專利名稱：有損耗非均勻多導(dǎo)體傳輸線瞬態(tài)響應(yīng)時域分析法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電子電路信號完整性領(lǐng)域，涉及高速電路的電磁兼容，特別是傳輸線之間的耦合干擾，具體是一種有損耗非均勻多導(dǎo)體傳輸線瞬態(tài)響應(yīng)時域分析法，可用于分析有損耗非均勻多導(dǎo)體傳輸線的瞬態(tài)響應(yīng)，為減少電路中的互連效應(yīng)提供理論指導(dǎo)，從而保證電路的信號完整性。
背景技術(shù)：
隨著超大規(guī)模集成電路特征尺寸的減小、上升時間的縮短、集成規(guī)模的擴大以及時鐘頻率的提高，互連線所造成的互連效應(yīng)如延遲、反射、畸變和串?dāng)_可能影響電路的性能指標(biāo)，使系統(tǒng)變得不穩(wěn)定，嚴(yán)重時甚至?xí)绊戨娐返恼９ぷ鳎虼诵盘柣ミB線之間的耦合成為影響電路信號完整性以及系統(tǒng)整體性能的重要因素。在高速電路中互連線已不再是簡單的電氣連接線，而應(yīng)作為具有分布參數(shù)的多導(dǎo)體傳輸線進行準(zhǔn)確的建模和仿真。目前，對傳輸線進行瞬態(tài)響應(yīng)分析的方法主要有以下幾種快速傅立葉逆變換法(Inverse Fast Fourier Transform, IFFT)。首先在頻域進行處理，求得頻域傳輸函數(shù)；再對給定的激勵波形，通過快速傅立葉變換(FFT)轉(zhuǎn)換到頻域，求得頻域響應(yīng)函數(shù)，最后通過IFFT轉(zhuǎn)換至?xí)r域。該方法適于分析線性終端傳輸線的問題。但是，其計算量隨著時間取樣點的平方增長，對于時間跨度很長的信號難以求解，而且當(dāng)取樣點不足時，將會產(chǎn)生頻譜混疊效應(yīng)，降低計算精度。數(shù)值反拉氏交換(Numerical Inverse Laplace Transform，NILT)。首先在頻域進行一定的數(shù)學(xué)處理，編制出一些數(shù)據(jù)表格，然后得出與各個部分分式相對應(yīng)的指數(shù)函數(shù)波形并將其疊加后得到總的時域響應(yīng)波形。NILT只對一個不太長的時間范圍較為有效，延續(xù)時間較長后波形將產(chǎn)生相當(dāng)大的誤差。漸進波形估值法(Asymptotic Waveform Evaluation，AWE)。將頻域內(nèi)表示互連線傳輸特性的超越函數(shù)通過I^ade逼近以及模式匹配(Moment Matching)，近似表述為一定階次的有理分式或展開為一定數(shù)量的部分分式和，再轉(zhuǎn)換為時域。這一方法的缺點在于模式匹配的模型難以保證其穩(wěn)定性，并且這種方法不易預(yù)測達到所需精度而需要的匹配模式數(shù)。特征法(Method of Characteristics，MoC)。將偏微分方程在特征線范圍內(nèi)按常微分方程的形式求解，具有較強的功能，特別適用于分析無耗傳輸線。該方法對時延較長的傳輸線的仿真效率很高。然而該方法不能保證宏模型的無源性。矩陣有理逼近法(MatrixRational Approximation, MRA)。通過 I^ade 逼近來得到指數(shù)矩陣的有理近似表達式，將電波方程直接轉(zhuǎn)化為時域宏模型，能有效地分析均勻傳輸線，并能保證宏模型的無源性。但是，在分析時延較長的互連線時，通常需要很高階數(shù)的近似才能滿足計算精度的要求，從而影響了計算的效率。時域有限差分法(Finite Difference Time Domain, FDTD)。FDTD 是一種直接的時域方法，將電波方程的時間和空間微分用中心差分來近似，得到一系列時間和空間離散的電壓和電流采樣點，然后采用相互迭代的方式進行求解。在分析多導(dǎo)體傳輸線的瞬態(tài)響應(yīng)時，該方法具有簡潔性和通用性的特點。但是，其計算結(jié)果由于采用中心差分方法產(chǎn)生振蕩，此振蕩問題可能影響瞬態(tài)響應(yīng)分析的準(zhǔn)確性，產(chǎn)生錯誤的瞬態(tài)分析結(jié)果，嚴(yán)重時甚至?xí)?dǎo)致分析結(jié)果發(fā)散，無法對傳輸線的瞬態(tài)響應(yīng)進行分析。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對上述FDTD法分析有損耗非均勻多導(dǎo)體傳輸線瞬態(tài)響應(yīng)的邊緣振蕩問題，提出一種運算量減小、仿真效率較高和較長時段有效的有損耗非均勻多導(dǎo)體傳輸線瞬態(tài)響應(yīng)時域分析法，通過仿真得到傳輸線上任意點的電壓和電流瞬態(tài)準(zhǔn)確值， 進而得到能夠消除邊緣振蕩的電壓和電流瞬態(tài)響應(yīng)波形。 在分布參數(shù)電路理論中，傳輸線的參數(shù)是以每單位長度的電路參數(shù)來表示的。用線間分布電容來反映沿傳輸線周圍空間分布的電場的儲能特性，所述的線間分布電容是單位長度線段的兩導(dǎo)線間的電容；用沿線的分布電感來反映沿傳輸線周圍空間分布的磁場的儲能特性，所述的沿線分布電感是單位長度線段上的電感；由于電流流過金屬導(dǎo)體而引發(fā)熱損耗的現(xiàn)象存在于傳輸線的整個長度上，用以反映這一過程的電路參數(shù)是沿線的分布電阻，所述的沿線分布電阻是單位長度線段上的電阻；因絕緣不完善而引起的線間泄漏電流也是沿線分布的，用以反映這一過程的電路參數(shù)是線間的分布漏電導(dǎo)，所述的沿線分布漏電導(dǎo)是單位長度線段的兩導(dǎo)線間的漏電導(dǎo)。隨著電路中工作頻率的提高，越來越多的電路成為高速電路，而在高速電路中，信號連接線通常認(rèn)為是具有分布參數(shù)的有損耗非均勻多導(dǎo)體傳輸線，本發(fā)明對其結(jié)構(gòu)進行建模分析。本發(fā)明是一種有損耗非均勻多導(dǎo)體傳輸線瞬態(tài)響應(yīng)時域分析法，其特征在于在不考慮外界電磁場作用的情況下，在傳輸線上取任意一小段長度Δζ，Δζ越小，就越接近傳輸線的實際情況。當(dāng)Δζ — O時，近似用集總參數(shù)模型來描述該小段，其等效電路參見圖 1，根據(jù)上面對傳輸線參數(shù)的描述，此等效電路上有電阻RA ζ、電感LA ζ、電容CA ζ和漏電導(dǎo)G Δ ζ，其中R為單位長度電阻，單位Ω /m ；L為單位長度電感，單位H/m ；C為單位長度電容，單位F/m;G為單位長度漏電導(dǎo)，單位S/m。整個傳輸線是無限多個上述等效電路的級聯(lián)電路。從傳輸線ζ到ζ+Δ z段，根據(jù)基爾霍夫電壓和電流定律，當(dāng)ΔΖ — 0時，則有
權(quán)利要求
1. 一種有損耗非均勻多導(dǎo)體傳輸線瞬態(tài)響應(yīng)時域分析法，其特征在于本發(fā)明分析基礎(chǔ)是采用傳輸線的電波方程，此電波方程是在無外場激勵的情況下對非均勻有損耗多導(dǎo)體傳輸線進行分析的，具體實現(xiàn)步驟包括(1)設(shè)傳輸線的長度為d，將傳輸線均勻地分為2N段，每段的長度為(1Λ2Ν)，此每段長度表示為Δ ζ/2,即Δ ζ = d/N, Δ ζ為仿真的空間步長；(2)將第1個點設(shè)為電壓始端采樣點V1，然后將間隔Δζ的采樣點依次設(shè)定為電壓的離散采樣點V2、V3……直到電壓終端采樣點VN+1 ；(3)將第2個點設(shè)為電流采樣點I1，然后將間隔Δζ的采樣點依次設(shè)定為電流的離散采樣點12、I3......直到In，始端和終端的電流采樣點分別設(shè)定為Itl和ΙΝ+1 ；(4)對電波方程中的空間微分算子采用一階中心差分來近似，并以梯形積分法對方程中的時間微分算子進行積分，得到離散電壓和電流采樣點的迭代公式為
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有損耗非均勻多導(dǎo)體傳輸線瞬態(tài)響應(yīng)時域分析法，其特征在于被分析的有損耗非均勻多導(dǎo)體傳輸線的總數(shù)要大于等于3根，其中至少有一根作為參考導(dǎo)體的一無限大金屬平板傳輸線，還有兩根相互耦合干擾的作為信號線的傳輸線，始端加激勵電壓源即干擾其他傳輸線的傳輸線稱為攻擊線，始端未端接激勵電壓源即被干擾的傳輸線稱為靜態(tài)線，在多導(dǎo)體傳輸線系統(tǒng)中攻擊線和靜態(tài)線都可以有多條，但作為參考導(dǎo)體的無限大金屬平板傳輸線一般只有一條。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有損耗非均勻多導(dǎo)體傳輸線瞬態(tài)響應(yīng)時域分析法，其特征在于該方法適用條件之一為多導(dǎo)體傳輸線是有損耗的，所述有損耗是表示多導(dǎo)體傳輸線沿線的分布電阻R和線間的分布漏電導(dǎo)G不為0。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有損耗非均勻多導(dǎo)體傳輸線瞬態(tài)響應(yīng)時域分析法，其特征在于該方法適用條件之二為多導(dǎo)體傳輸線是非均勻的，所述非均勻是表示多導(dǎo)體傳輸線整個長度上的分布參數(shù)沿傳輸線方向非均勻分布，且隨空間坐標(biāo)而改變。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種有損耗非均勻多導(dǎo)體傳輸線瞬態(tài)響應(yīng)時域分析法。針對電子電路信號完整性領(lǐng)域中有損耗非均勻多導(dǎo)體傳輸線之間的耦合干擾計算問題，該方法首先對電波方程中的空間微分算子進行差分離散，然后利用梯形積分法對電波方程中的時間微分算子進行積分，從而能夠有效地消除計算結(jié)果由于采用中心差分的方法所造成的振蕩，得到傳輸線上任意點的電壓和電流瞬態(tài)響應(yīng)波形，而且在一個較長的時間范圍內(nèi)傳輸線的瞬態(tài)分析都較為有效，在延續(xù)時間較長時分析波形也不會產(chǎn)生太大的誤差，并且在對傳輸線進行建模時無需對耦合傳輸線進行解耦，本發(fā)明減少了運算量，提高了仿真效率?？捎糜诜治鲇袚p耗非均勻多導(dǎo)體傳輸線的瞬態(tài)響應(yīng)。
文檔編號G06F17/50GK102411647SQ201110221758
公開日2012年4月11日 申請日期2011年8月3日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月3日
發(fā)明者史凌峰, 葉強, 曹成美, 來新泉, 賈軍 申請人:西安電子科技大學(xué)