專利名稱：Hspice兼容等效電路仿真系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電路仿真系統(tǒng)及方法，特別是關(guān)于一種Hspice兼容等效電路仿真系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
S參數(shù)被廣泛運(yùn)用在封裝與印刷電路板(Printed Circuit Board,PCB)的信道模型上。通過量測(cè)儀器如網(wǎng)絡(luò)分析儀，或全波型式場(chǎng)效求解軟件如Ansoft公司的HFSS軟件， 可對(duì)待測(cè)信道系統(tǒng)萃取S參數(shù)，由此可得到信道系統(tǒng)的等效全波模型。其次，此等效系統(tǒng)模型的準(zhǔn)確度較高，可應(yīng)用在高速信號(hào)電路仿真流程中。Synopsys公司所開發(fā)的Hspice電路仿真軟件使用傅立葉轉(zhuǎn)換GnverseFourier Transform, IFT)演算方式來處理S參數(shù)模型在時(shí)域上的問題。當(dāng)S參數(shù)與系統(tǒng)電路連結(jié)后，時(shí)域模擬的過程中會(huì)消耗大量的處理器(例如CPU)運(yùn)算時(shí)間以致于影響產(chǎn)品開發(fā)速度。再者，S參數(shù)不符合電路被動(dòng)特性(passivity)，會(huì)造成仿真軟件在時(shí)域求解過程中無法達(dá)到仿真電路的收斂性問題。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于以上內(nèi)容，有必要提供一種Hspice兼容等效電路仿真系統(tǒng)及方法，能夠利用多端口系統(tǒng)資料仿真產(chǎn)生Hspice兼容等效電路，提高電路仿真效能，以及解決仿真電路的收斂性問題。所述的Hspice兼容等效電路仿真系統(tǒng)，安裝并運(yùn)行于計(jì)算機(jī)中。該系統(tǒng)包括資料采集模塊，用于從計(jì)算機(jī)的資料存儲(chǔ)單元內(nèi)讀取多端口電路系統(tǒng)資料文件，及從該多端口電路系統(tǒng)資料文件內(nèi)獲取S參數(shù)矩陣；參數(shù)檢查模塊，用于檢查S參數(shù)矩陣內(nèi)的所有S參數(shù)是否滿足電路被動(dòng)特性，當(dāng)S參數(shù)矩陣內(nèi)的S參數(shù)不滿足電路被動(dòng)特性時(shí)，執(zhí)行內(nèi)差算法補(bǔ)足具有電路被動(dòng)特性的S參數(shù)；函數(shù)產(chǎn)生模塊，用于設(shè)定產(chǎn)生S參數(shù)的有理數(shù)函數(shù)所需的極值-殘值數(shù)量及系統(tǒng)誤差；等效電路產(chǎn)生模塊，用于基于極值-殘值數(shù)量執(zhí)行向量擬合算法產(chǎn)生S參數(shù)的有理數(shù)函數(shù)矩陣，及根據(jù)該有理數(shù)函數(shù)矩陣仿真合成Hspice兼容等效電路。所述的Hspice兼容等效電路仿真方法，該方法包括步驟從計(jì)算機(jī)的資料存儲(chǔ)單元內(nèi)讀取多端口電路系統(tǒng)資料文件；從該多端口電路系統(tǒng)資料文件內(nèi)獲取S參數(shù)矩陣；檢查S參數(shù)矩陣內(nèi)的所有S參數(shù)是否滿足電路被動(dòng)特性；當(dāng)S參數(shù)矩陣內(nèi)的S參數(shù)不滿足電路被動(dòng)特性時(shí)，執(zhí)行內(nèi)差算法補(bǔ)足具有電路被動(dòng)特性的S參數(shù)；設(shè)定產(chǎn)生S參數(shù)的有理數(shù)函數(shù)所需的極值-殘值數(shù)量及系統(tǒng)誤差；基于極值-殘值數(shù)量執(zhí)行向量擬合算法產(chǎn)生S參數(shù)的有理數(shù)函數(shù)矩陣；根據(jù)有理數(shù)函數(shù)矩陣仿真合成Hspice兼容等效電路。相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明所述的Hspice兼容等效電路仿真系統(tǒng)及方法能夠利用 Touchstone格式的多端口電路系統(tǒng)資料仿真產(chǎn)生Hspice兼容等效電路，避免復(fù)雜的傅立葉轉(zhuǎn)換運(yùn)算，提高電路仿真效能。此外，本發(fā)明通過內(nèi)差算法避免非被動(dòng)特性的S頻域參數(shù)，從而解決仿真電路的收斂性問題。


圖1是本發(fā)明Hspice兼容等效電路仿真系統(tǒng)較佳實(shí)施例的實(shí)施架構(gòu)圖。
圖2是本發(fā)明Hspice兼容等效電路產(chǎn)生方法較佳實(shí)施例的流程圖。
圖3是多端口電路系統(tǒng)的示意圖。
圖4是Hspice兼容-等效電路的主電路示意圖。
圖5是Hspice兼容-等效電路的子電路示意圖。
主要元件符號(hào)說明
計(jì)算機(jī)1
等效電路仿真系統(tǒng)12
資料采集模塊121
參數(shù)檢查模塊122
函數(shù)產(chǎn)生模塊123
等效電路產(chǎn)生模塊124
資料存儲(chǔ)單元10
中央處理器11
輸出設(shè)備具體實(shí)施例方式如圖1所示，是本發(fā)明Hspice兼容等效電路仿真系統(tǒng)較佳實(shí)施例的實(shí)施架構(gòu)圖。 在本實(shí)施例中，該等效電路仿真系統(tǒng)12安裝并運(yùn)行于計(jì)算機(jī)1中。所述的計(jì)算機(jī)1包括資料存儲(chǔ)單元10以及中央處理器(centralprocessing unit，CPU)ll。該計(jì)算機(jī)1連接輸出設(shè)備2，例如顯示器。資料存儲(chǔ)單元10用于存儲(chǔ)Touchstone格式(例如*. SNP)的多端口 (N-ports)電路系統(tǒng)(參考圖3所示)資料文件，該多端口電路系統(tǒng)資料文件包括電子元件的頻域參數(shù)與S參數(shù)資料。所述的Touchstone格式是IBIS協(xié)會(huì)所規(guī)范的一種資料存儲(chǔ)的標(biāo)準(zhǔn)文件格式(Touchstone File R)rmatSpecif ication)。所述的等效電路仿真系統(tǒng)12用于從資料存儲(chǔ)單元10內(nèi)讀取Touchstone標(biāo)準(zhǔn)文件格式的多端口電路系統(tǒng)資料文件，根據(jù)該多端口電路系統(tǒng)資料文件的S參數(shù)資料產(chǎn)生Hspice兼容等效電路(參考圖4-5所示)， 并將該等效電路輸出至輸出設(shè)備2，例如顯示器。所述Hspice (Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis，集成電路仿真程序)是一種電路仿真軟件，其能夠在給定電路結(jié)構(gòu)和電子元件參數(shù)的條件下仿真出電路以及計(jì)算電路的性能。Hspice規(guī)定了一系列輸入、輸出語句，用于描述電路的模型、連接方式、電子元件的名稱、參數(shù)，以及分析電子元件的類型。所述的等效電路仿真系統(tǒng)12包括資料采集模塊121、參數(shù)檢查模塊122、函數(shù)產(chǎn)生模塊123、以及等效電路產(chǎn)生模塊124。本發(fā)明所稱模塊是一種能夠完成特定功能的計(jì)算機(jī)程序段，其比程序更適合于描述軟件在計(jì)算機(jī)中的執(zhí)行過程，因此本發(fā)明對(duì)軟件的描述均以模塊描述。所述的資料采集模塊121用于從資料存儲(chǔ)單元10內(nèi)讀取Touchstone標(biāo)準(zhǔn)文件格式的多端口電路系統(tǒng)資料文件，以及從該多端口電路系統(tǒng)資料文件內(nèi)獲取S參數(shù)矩陣。如圖3所示的多端口電路系統(tǒng)，該多端口電路系統(tǒng)定義了電子元件的頻域參數(shù)與S參數(shù)資料， Vl和VN是端口 I(Portl)和端口 N(PorN)上的電壓，I1和In是流入到端口 1與端口 N的分支電流。所述的S參數(shù)矩陣是一種用于描述高頻電路中穿透電壓波與反射電壓波之間關(guān)系的散射矩陣，其中S參數(shù)是建立在入射波電壓波、反射電壓波關(guān)系基礎(chǔ)上的頻域參數(shù)。所述的參數(shù)檢查模塊122用于檢查S參數(shù)矩陣內(nèi)的所有S參數(shù)是否滿足電路被動(dòng)特性(passivity)，當(dāng)S參數(shù)矩陣內(nèi)的S參數(shù)不滿足電路被動(dòng)特性時(shí)，執(zhí)行內(nèi)差算法補(bǔ)足具有電路被動(dòng)特性的S參數(shù)。所述的電路被動(dòng)特性也稱電子元件的無源特性，是電子元件電阻、電感、電抗及電容的一項(xiàng)基本特性。所述的函數(shù)產(chǎn)生模塊123用于設(shè)定產(chǎn)生S參數(shù)的有理數(shù)函數(shù)的極值-殘值 (pole-residue)數(shù)量、遞歸次數(shù)與系統(tǒng)誤差。該系統(tǒng)誤差是仿真等效電路所允許的最大誤差，該S參數(shù)的有理數(shù)函數(shù)表示為如下公式f(s)= Σ ~-~ + d + se其中，f(s)為連續(xù)函數(shù)，rm為殘值(residue)，pm為極值(pole)。函數(shù)產(chǎn)生模塊 123通過設(shè)定pole-residue數(shù)量與算法遞歸次數(shù)，可增加有理數(shù)函數(shù)f ( 的準(zhǔn)確度。所述的等效電路產(chǎn)生模塊IM用于基于pole-residue數(shù)量執(zhí)行向量擬合(Vector Fitting)算法產(chǎn)生由S參數(shù)的有理數(shù)函數(shù)f(S)構(gòu)成的有理數(shù)函數(shù)矩陣(Rational function matrix)，以及根據(jù)該有理數(shù)函數(shù)矩陣仿真合成Hspice兼容的等效電路。等效電路產(chǎn)生模塊IM還用于判斷有理數(shù)函數(shù)矩陣的均方根誤差(rms)是否小于選定的系統(tǒng)誤差，以及當(dāng)系統(tǒng)誤差大于等于均方根誤差時(shí)增加pole-residue數(shù)量繼續(xù)執(zhí)行向量擬合算法。如圖2所示，是本發(fā)明Hspice兼容等效電路產(chǎn)生方法較佳實(shí)施例的流程圖。在本實(shí)施例中，該方法能夠利用多端口系統(tǒng)資料仿真產(chǎn)生Hspice兼容等效電路，以及通過內(nèi)差算法避免非被動(dòng)特性頻域范圍的S參數(shù)，從而解決仿真電路的收斂性問題以及提高電路仿真效能。步驟S21，資料采集模塊121從資料存儲(chǔ)單元10內(nèi)讀取Touchstone標(biāo)準(zhǔn)文件格式的多端口電路系統(tǒng)資料文件，其包括電子元件的頻域參數(shù)與S參數(shù)資料。所述的 "Touchstone格式是IBIS協(xié)會(huì)所規(guī)范的一種存儲(chǔ)資料的標(biāo)準(zhǔn)文件格式(Touchstone File Format Specification)。步驟S22，資料采集模塊121從Touchstone標(biāo)準(zhǔn)文件格式的多端口電路系統(tǒng)資料文件內(nèi)獲取S參數(shù)矩陣。如圖3所示的多端口(N-ports)電路系統(tǒng)，該多端口電路系統(tǒng)定義了電子元件的頻域參數(shù)與S參數(shù)資料，V1和Vn是端口 1 (Portl)和端口 N(PorN)上的電壓，I1和In是流入到端口 1與端口 N的分支電流。所述的S參數(shù)矩陣是一種用于描述高頻電路中穿透電壓波與反射電壓波之間關(guān)系的散射矩陣，其中S參數(shù)是建立在入射波電壓波、反射電壓波關(guān)系基礎(chǔ)上的頻域參數(shù)。步驟S23，參數(shù)檢查模塊122檢查S參數(shù)矩陣內(nèi)的所有S參數(shù)是否滿足電路被動(dòng)特性(passivity)。若S參數(shù)矩陣內(nèi)的S參數(shù)不滿足電路被動(dòng)特性時(shí)，執(zhí)行步驟S24。若S參數(shù)矩陣內(nèi)的S參數(shù)滿足電路被動(dòng)特性時(shí)，執(zhí)行步驟S25。
步驟S24，參數(shù)檢查模塊122執(zhí)行內(nèi)差算法補(bǔ)足具有電路被動(dòng)特性的S參數(shù)。由于原始S參數(shù)必須符合電路被動(dòng)特性條件，若S參數(shù)為非被動(dòng)特性，則所有電子元件的頻域參數(shù)點(diǎn)的S參數(shù)必需滿足如下公式(1)
權(quán)利要求
1.一種Hspice兼容等效電路仿真系統(tǒng)，安裝并運(yùn)行于計(jì)算機(jī)中，其特征在于，該系統(tǒng)包括資料采集模塊，用于從計(jì)算機(jī)的資料存儲(chǔ)單元內(nèi)讀取多端口電路系統(tǒng)資料文件，以及從該多端口電路系統(tǒng)資料文件內(nèi)獲取S參數(shù)矩陣；參數(shù)檢查模塊，用于檢查S參數(shù)矩陣內(nèi)的所有S參數(shù)是否滿足電路被動(dòng)特性，當(dāng)S參數(shù)矩陣內(nèi)的S參數(shù)不滿足電路被動(dòng)特性時(shí)，執(zhí)行內(nèi)差算法補(bǔ)足具有電路被動(dòng)特性的S參數(shù)； 函數(shù)產(chǎn)生模塊，用于設(shè)定產(chǎn)生S參數(shù)的有理數(shù)函數(shù)所需的極值-殘值數(shù)量與系統(tǒng)誤差；等效電路產(chǎn)生模塊，用于基于極值-殘值數(shù)量執(zhí)行向量擬合算法產(chǎn)生S參數(shù)的有理數(shù)函數(shù)矩陣，以及根據(jù)該有理數(shù)函數(shù)矩陣仿真合成Hspice兼容等效電路。
2.如權(quán)利要求1所述的Hspice兼容等效電路仿真系統(tǒng)，其特征在于，所述的等效電路產(chǎn)生模塊還用于判斷有理數(shù)函數(shù)矩陣的均方根誤差是否小于選定的系統(tǒng)誤差，以及當(dāng)均方根誤差大于等于系統(tǒng)誤差時(shí)，增加極值-殘值數(shù)量繼續(xù)執(zhí)行向量擬合算法。
3.如權(quán)利要求1所述的Hspice兼容等效電路仿真系統(tǒng)，其特征在于，所述的多端口電路系統(tǒng)資料文件是以Touchstone標(biāo)準(zhǔn)文件格式存儲(chǔ)于資料存儲(chǔ)單元內(nèi)。
4.如權(quán)利要求1所述的Hspice兼容等效電路仿真系統(tǒng)，其特征在于，所述的S參數(shù)矩陣是一種用于描述高頻電路中穿透電壓波和反射電壓波之間關(guān)系的散射矩陣。
5.如權(quán)利要求1所述的Hspice兼容等效電路仿真系統(tǒng)，其特征在于，所述的Hspice兼容等效電路包括電阻與相依電流源的電子元件資料。
6.一種Hspice兼容等效電路仿真方法，其特征在于，該方法包括如下步驟 從計(jì)算機(jī)的資料存儲(chǔ)單元內(nèi)讀取多端口電路系統(tǒng)資料文件；從該多端口電路系統(tǒng)資料文件內(nèi)獲取S參數(shù)矩陣； 檢查S參數(shù)矩陣內(nèi)的所有S參數(shù)是否滿足電路被動(dòng)特性；當(dāng)S參數(shù)矩陣內(nèi)的S參數(shù)不滿足電路被動(dòng)特性時(shí)，執(zhí)行內(nèi)差算法補(bǔ)足具有電路被動(dòng)特性的S參數(shù)；設(shè)定產(chǎn)生S參數(shù)矩陣的有理數(shù)函數(shù)所需的極值-殘值數(shù)量與系統(tǒng)誤差； 基于極值-殘值數(shù)量執(zhí)行向量擬合算法產(chǎn)生S參數(shù)的有理數(shù)函數(shù)矩陣； 根據(jù)有理數(shù)函數(shù)矩陣仿真合成Hspice兼容等效電路。
7.如權(quán)利要求6所述的Hspice兼容等效電路仿真方法，其特征在于，該方法還包括步驟判斷有理數(shù)函數(shù)的均方根誤差是否小于選定的系統(tǒng)誤差；當(dāng)均方根誤差大于等于系統(tǒng)誤差時(shí)，增加極值-殘值數(shù)量繼續(xù)執(zhí)行向量擬合算法。
8.如權(quán)利要求6所述的Hspice兼容等效電路仿真方法，其特征在于，所述的多端口電路系統(tǒng)資料文件是以Touchstone標(biāo)準(zhǔn)文件格式存儲(chǔ)于資料存儲(chǔ)單元內(nèi)。
9.如權(quán)利要求6所述的Hspice兼容等效電路仿真方法，其特征在于，所述的S參數(shù)矩陣是一種用于描述高頻電路中穿透電壓波和反射電壓波之間關(guān)系的散射矩陣。
10.如權(quán)利要求6所述的Hspice兼容等效電路仿真方法，其特征在于，所述的Hspice 兼容等效電路包括電阻與相依電流源的電子元件資料。
全文摘要
一種Hspice兼容等效電路仿真系統(tǒng)及方法，該系統(tǒng)包括資料采集模塊，用于從計(jì)算機(jī)的資料存儲(chǔ)單元內(nèi)讀取Touchstone格式的多端口電路系統(tǒng)資料文件，從該多端口電路系統(tǒng)資料文件內(nèi)獲取S參數(shù)矩陣；參數(shù)檢查模塊，用于檢查S參數(shù)矩陣內(nèi)的所有S參數(shù)是否滿足電路被動(dòng)特性；函數(shù)產(chǎn)生模塊，用于設(shè)定產(chǎn)生S參數(shù)的有理數(shù)函數(shù)所需的極值-殘值數(shù)量與系統(tǒng)誤差；等效電路產(chǎn)生模塊，用于基于極值-殘值數(shù)量執(zhí)行向量擬合算法產(chǎn)生S參數(shù)的有理數(shù)函數(shù)矩陣，根據(jù)該有理數(shù)函數(shù)矩陣仿真合成Hspice兼容等效電路。實(shí)施本發(fā)明，能夠利用多端口系統(tǒng)資料產(chǎn)生Hspice兼容等效電路，提高電路仿真效能以及解決仿真電路的收斂性問題。
文檔編號(hào)G06F17/50GK102279896SQ20101019710
公開日2011年12月14日 申請(qǐng)日期2010年6月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月10日
發(fā)明者曾文亮, 李政憲, 李昇軍, 白育彰, 許壽國 申請(qǐng)人:鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司, 鴻海精密工業(yè)股份有限公司