Методы и алгоритмы анализа установившихся режимов в радиотехнических интегральных схемах

• Автор: Гурарий, Марк Моисеевич
• Шифр специальности: 05.13.12
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 182 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение
ГЛАЗА 1. Анализ методов моделирования установившихся режимов, и определение основных направлений их совершенствования
1.1. Анализ вычислительных методов моделирования установившихся режимов в нелинейных радиочастотных цепях
1.2. Совершенствование метода пристрелки для моделирования установившихся режимов во временной области
1.2.1. Решение нелинейной краевой задачи методом Ньютона на основе экономичного способа вычисления Якобиана
1.2.2. Модифицированные алгоритмы метода пристрелки для расчета периодических
режимов
1.2.3 . Повышение эффективности методов пристрелки за счет ускорения расчета
переходного процесса
1.2.4. Применение метода пристрелки для анализа генераторных схем
1.3. Основные задачи развития метода гармонического баланса и его применения в современных системах автоматизации проектирования радиотехнических ИС
1.3.1. Общая характеристика метода гармонического баланса
1.3.2.Требования к современным симуляторам на базе метода гармонического баланса. 27 1.3.3.Основные направления совершенствования метода гармонического баланса
1.4. Выводы по главе
ГЛАВ'А 2. Разработка базовых вычислительных методов для нового поколения программ моделирования методом гармонического баланса
2.1.Формирование уравнений для задач гармонического баланса
2.1.1. Формирование уравнений ГБ с использованием моделей компонентов SPICE
2.1.2. Алгоритмы моделирования многочастотных схем
2.1.3. Алгоритм малосигнального гармонического анализа
2.2. Разработка алгоритмов решения линейных систем в задачах гармонического баланса
2.2.1. Проблема размерности в задачах гармонического баланса и выбор базовых вычислительных методов
2.2.2. Итеративные методы на базе подпространств Крылова в задачах гармонического баланса
2.2.3. Особенности применения методов подпространства Крылова в задачах гармонического баланса
2.2.4. Окончательная форма алгоритмов подпространства Крылова для задач гармонического баланса
2.2.5. Сравнение GMRES и QMR. методов
2.3. Выводы по главе
Глава 3 . Разработка вычислительных алгоритмов метода гармонического баланса для учёта латентности в частотной области
3.1. Постановка задачи
3.2. Удаление линейных узлов
3.3. Разработка алгоритма с переменным количеством гармоник
3.3.1. Принципы построения алгоритма
3.3.2. Общая вычислительная схема алгоритма
3.3.3. Схема регулировки параметра с
3.3.4. Эскиз программной реализации

3.4. Алгоритмы регулировки гармоник и точек отбора
3.4.1. Предварительное рассмотрение вопроса
3.4.2. Регулировка гармоник по варианту А
3.4.3. Регулировка гармоник по варианту Б (одночастотная задача)
3.4.4. Регулировка гармоник по варианту Б (многочастотная задача)
3.4.5. Простой вариант регулировки точек отбора
3.4.6. Принципы построения оптимизированного алгоритма
3.4.7. Регулировка точек отбора (одночастотная задача)
3.4.8. Регулировка точек отбора (многочастотная задача)
3.5. Экспериментальные результаты
3.6. Выводы по главе
Глава 4. Разработка вычислительного метода гармонического баланса для моделирования генераторных схем
4.1. Анализ проблемы моделирования автономных схем
4.1.1. Постановка задачи
4.1.2. Состояние вопроса
4.1.3. Ограничения стандартной стратегии, основанной на методе продолжения
4.1.4. Требования к алгоритму' моделирования генераторных схем
4. 2.Разработка численных алгоритмов.’
4.2.1. Предлагаемый вариант метода продолжения
4.2.2. Алгоритм определения начального значения частоты
4.2.3. Разработка элементов ПЧ-алгоритма метода продолжения
4.3. Решение линейной системы в ПЧ алгоритме
4.4. Исследование свойств разработанных алгоритмов
4.4.1. Сравнение ФЧ и ПЧ Алгоритмов
4.5. Выводы по главе
Глава 5. Прикладное ПО для моделирования установившихся процессов в нелинейных схемах
5.1. Краткая характеристика разработанного прикладного ПО
5.2. Применение ПО для расчета типовых характеристик радиотехнических схем
5.2.1 Моделирование балансного смесителя на биполярных транзисторах
5.2.2. Моделирование автогенераторных схем
5.3. Выводы по главе
Заключение
Литература
ПРИЛОЖЕНИЯ

Введение
Диссертационная работа посвящена разработке и исследованию методов и алгоритмов анализа установившихся режимов в нелинейных радиотехнических интегральных схемах.
Быстрое развитие средств связи на современной элементной базе, наблюдающееся в последние годы, широкая номенклатура портативных и мобильных радиоустройств, высокие темпы роста сложности радиотехнических БИС и СБИС требуют постоянного изменения и обновления математического и программного обеспечения САПР радиотехнических схем. Разработка высокоэффективных методов и алгоритмов автоматизаций проектирования радиотехнических интегральных схем является в настоящее время одним из наиболее актуальных научно-исследовательских направлений развития САПР СБИС.
Для успешного применения в процессе проектирования современные САПР должны иметь в своем составе программные средства для проведения полного цикла расчетов основных характеристик таких схем, включая анализ по постоянному току, расчет переходных процессов, малосигнальный анализ, анализ шумов Наиболее важным является анализ установившегося режима периодических или почти периодических колебаний, по результатам которого рассчитываются основные характеристики радиотехнических схем. Для определения установившегося режима в принципе возможно применение таких стандартных хорошо развитых средств схемотехнического моделирования, как анализ переходных процессов. При этом требуется моделирование многопериодных нелинейных колебаний на отрезке интегрирования. Однако вследствие значительных вычислительных затрат такого моделирования целесообразна разработка и применение специализированных методов моделирования нелинейных радиотехнических цепей, обеспечивающих существенное ускорение в сравнении со стандартными методами моделирования.
Известные алгоритмы анализа установившихся режимов нелинейных схем делятся на две основные группы - алгоритмы во временной области и алгоритмы в частотной области. В зависимости от вида схем методы одной группы имеют преимущество над методами другой группы. Так как в современных радиотехнических устройствах находят широкое применение как частотные так и импульсные методы обработки сигналов, то в САПР интегральных радиотехнических схем необходимо использование алгоритмов анализа и во. временной и в частотной области.

где gmn - oim/d’n - узловая проводимость. Аналогично:
где с = ёят/дуп - узловая емкость.
Таким образом, элементы Якобиана могут быть вычислены используя гармоники проводимостей и емкостей:
Для определение правой части уравнений (2.14) нужно вычислить гармоники im(y(i))

и qm(v(t)). Для определения r={rnJ, g={gmn} и с={стп} в SPICE можно вызывать модель схемы в DC и АС режиме.
В DC режиме SPICE загружает значения правой части: rhs = i - g*v,
где / - вектор DC узловых токов.
В АС режиме загружается матрица проводимостей:
У = g+j®c
Так что g, спг можно определять используя загруженные значения:
Эти операции должны быть выполнены в каждой точке отбора для определения значений гармоник Я в и С с помощью ДПФ.
Описанные методы могут использоваться только в том случае, если все компонентов модели удовлетворяют закону сохранения заряда для каждого вывода. Если это условие не выполняется, то нужно использовать уравнения схемы в форме произвольной модели первого порядка:
(2.15)
g = Re (у), с = Im (у) При ©
r(0 ”/(v(0, v(0) +w(0 = 0
RLk)(V) = i!n] (V) + (V) = 0,
m - 1, 2, к = -K,.0,1
(2.16)
При этом формулы для вычисления Якобиана примут вид:
Jm (к) п (/) = Gm„ +JG)lCn l)
(2.17)