基于等效电路模型的频变互连线网络并行仿真技术 

摘要：
针对超大规模集成电路中复杂互连线网络的快速仿真需求,提出并实现了含频变分布参数互连线网络的并行仿真技术.建立频变互连线的等效传输线模型,并借助多端口等效模型将互连线部分与其他电路单元相分离,实现互连线仿真的并行化.互连线采用时域有限差分方法求解,而除去互连线的其他电路则在集成电路模型程序（SPICE）中进行仿真,两者在同一时间步内交换数据.基于该技术开发出并行仿真软件FdSPICE.数值实验证明,该软件计算精度较高,可有效提高复杂互连线网络的仿真效率.

关键词：
互连线; 频变参数; 并行仿真; 时域有限差分

中图分类号： TN 47
文献标志码： A

 XIE De fu,TANG Min,MA Li zhuang,MAO Jun fa


Abstract：     

互连线高效时域多步积分模型降阶算法

为了进一步提高现有互连电路模型降阶算法的精度和效率,提出一种基于时域多步积分的互连线模型降阶算法.首先对原始电路的时域方程进行多步积分得到关于状态变量的二阶递推关系,然后通过二次Arnoldi方法得到投影矩阵,再通过投影矩阵对原始时域方程进行投影得到降阶系统.该算法可以保证时域积分后降阶系统和原始系统的状态变量在离散时间点的匹配,保证时域降阶精度,同时继承了已有算法所具有的数值稳定性及降阶系统的无源性.该算法不仅比现有的时域模型降阶算法复杂度低和比现有的频域模型降阶算法精度高,而且与时域单步积分的模型降阶算法相比,可以在保证与其计算复杂度相当的基础上,达到更高的精度.     

基于预应力模态综合法的失谐叶片减振优化

为了降低失谐导致的叶盘系统的振动局部化程度,以预应力模态综合法建立航空发动机压气机叶盘系统有限元缩减模型,计算了不同模态截断数下的固有频率,通过对比分析获得了在满足计算精度前提下的最小模态截断数,缩减了整体模型的自由度数.在该缩减模型的基础上提出一种叶片减振排布优化算法,该算法每次迭代计算时只生成叶片位置发生变化的子结构,而其他叶片的数据文件不动.结果表明,该优化算法兼顾了模型精度和计算速度,能大大降低叶片振动幅值,使叶盘系统振动局部化程度明显降低.     

基于MatLab的线性网络及其灵敏度分析

将线性电路网络转换成信号流图,以系统环节的信息变换、环节问的信息传递和互连方式来代替实际的电路网络,消除电流的负载效应,明确信号间的运算关系.针对网络分析中的灵敏度问题,通过附加灵敏电源点的方式,推出灵敏度计算关系.根据MatLab的数值计算与符号运算功能,给出具体算例的计算模型,得到电路参数变化的全程灵敏度曲线,验证所述方法的有效性.     

7kA半个衰减正弦波闸流管脉冲成形瞬态特性研究

对合肥电子储存环注入系统新冲击磁铁脉冲发生装置中充氘闸流管脉冲成形主回路进行了较细致的分析,建立了基本电路模型并进行了仿真计算,针对其不足建立了具有反向能量吸收电路及负载消尖峰电路的脉冲成形电路模型,对该电路也进行了分析和仿真计算并将结果与基本电路进行了比较,最后给出了实测波形．     

高速集成电路系统互连线网时域响应的双极点近似分析

给出了高速集成电路系统在考虑互连线效应时的一种电路分析方法。将超越函数形式的互连传输线段的ＡＢＣＤ参量以幂线数形式发展开，再表达成为有理函数形式的Ｙ参数，在二阶截断后可转换为时域的２个指数函数，然后运用递归方法使数值计算简化，从而明显提高电路模拟过程的计算效率。     

一种基于FDTD的互连线串扰耦合噪声算法

针对现有仿真互连线串扰耦合噪声的算法大多只适应于特定类型的问题,运用偏微分方程的数值解理论,得到一种基于Lax格式的全新差分计算格式,根据不同的电路模型,利用传输线集中参数的等效模型确定相应的边界条件,可以准确地分析串扰耦合噪声。通过将仿真结果与ABCD矩阵模型分析结果对比,验证了该算法的准确性。同时该算法原理简单,计算量小,更接近于实际。     

经皮无线供能系统多物理场仿真技术

为了研究人工心脏经皮无线供能系统各电路电量与物理场场量之间的相互关系以及系统生物安全性,提出了一种多物理场仿真研究方法。该方法基于COMSOL仿真软件建立了经皮无线供能系统的电-磁-热多物理场耦合模型,模型包括电路模型和几何模型,电路模型主要包括逆变电路、补偿电路和整流滤波电路,几何模型主要包括发射线圈、接收线圈以及人体皮肤生物组织模型。通过仿真计算获得经皮无线供能系统在谐振和非谐振状态下各电路的电流、电压波形以及生物组织安全性指标比吸收率、场强和温度的数值,并参照国际人体电磁安全和人体生理学标准进行安全性评估,该研究为人工心脏经皮无线供能系统的设计和优化提供了有力的分析工具。     

互连线负载的有效电容计算模型

在大量仿真数据以及当前集成电路设计工艺的基础上,提出了一种简单互连线负载的有效电容计算模型.该模型基于精确的互连线π模型,考虑了互连线电阻对负载互连线的屏蔽作用,并能与目前常用的器件时延公式兼容.实验结果表明,该模型与电路模拟软件SPICE仿真结果相比较误差小于1.2%.     

一套大型微波集成电路与互连系统仿真软件──清华微波SPICE

介绍了在通用电路模拟软件ＳＰＩＣＥ３ｅ２源程序的基础上，针对微波电路与互连系统的分析特点所作的改进，经过多年的努力而研制成功的一套大型微波集成电路与互连系统仿真软件：清华微波ＳＰＩＣＥ。其核心技术包括：微波无源元件的建模及其在节点法软件中的内嵌；任意无源网络（包括互连线）的时域分析；进行电磁场分析时电路分析的加速；电原理图编辑器的研制。清华微波ＳＰＩＣＥ在微带不均匀区模型及互连系统的时域分析方面具有很高精度，是一部大型微波集成电路与互连系统仿真软件，具有很好的应用前景。     

高速集成电路电源网络的电容参数提取

提出一种基于矩量法的加速计算均匀介质中高速集成电路电源网络分布电容参数的方法。利用电源网络中电源线与地线交替分布且具有一定周期性的特点，引入周期单元，通过在适当的位置添加电壁和磁壁，可以显著减小求解空间。单元的格林函数解具有无穷级数的形式，收敛缓慢，采用Pade逼近对其进行加速。计算结果表明，该方法有效提高了电源网络电容参数的提取效率，且具有较高的精度。     

低功耗高速擦写Flash Memory的研究

随着嵌入式系统和移动通信的发展及集成电路特征尺寸的减小,对低功耗和更快的擦写速度提出了新的要求。文章从传统Flash Memory的结构缺陷上分析,为降低功耗及提高擦写速度方面提出了改进方法,并介绍了Flash Memory技术的发展趋势。     

电路同构验证的递归集簇算法

在超大规模集成电路的自动化设计中 ,用电路同构验证方法解决设计结果的验证问题是非常有用的。提出了一种电路同构验证的方法 ,利用高效的集簇算法建立电路的层次化结构 ,从而极大地减少同路同构验证过程中的 CPU运行时间和所需要的内存。实验结果表明 ,与 HCNC方法相比 ,该方法的验证时间要少很多 ,尤其在对称性比较高的大电路的验证上 ,不存在内存溢出的问题 ,而且和理论分析一致。     

三极管开关型Marx脉冲成形电路的改进

介绍了三极管进入雪崩状态的3种方式,分析了采用三极管的脉冲电路的工作机理,研究了三极管做开关的Marx电路中限流电阻在电路中的作用,以及对电路造成的损耗问题及其对输出脉冲电压的影响,采用降低电阻的隔离电压和二极管代替部分电阻的方法提高脉冲电源的输出峰值.通过实验对比了不同方案的十级脉冲发生器的输出,结果表明,改进后的发生器输出脉冲电压幅值更高,二极管代替限流电阻方案的输出脉冲前沿更快,输入功率减小,输出功率增大,发生器的工作效率提高.     

一种性价比较高的ADC电路设计

A/D转换电路的结构和功能较复杂 ,其内部所包含的单元既有模拟电路又有数字电路 ,是模拟与数字系统相结合的典型电路。但由于采用传统器件设计转换速度不高 ,为此 ,在十进制数转化为二进制数的数学原理基础上提出一种采用新型器件的 A DC电路设计方法。该电路的特点是超高速 ,其转换速度可以达到 40 0 MHz,同时由于其采用的器件价格较低 ,所以电路系统的性价比较高。     

转速监控器的设计

介绍了转速监控器的设计方法,并根据监控转速的要求,对电路进行优化设计.选用霍尔开关集成电路作转速传感器,藉助时钟控制电路、计数电路、输出电路等控制继电器的动作,达到监控转速的目的.此外,还介络了监控器的标定方法.     

一种高速ADC静态参数的内建自测试结构

针对混合信号电路的测试问题,提出了一种内建自测试(BIST)结构,分析并给出了如何利用该结构来计算片上高速模数转换器(ADC)的静态参数.该方法利用三角波信号作为测试激励,采用码密度直方图分析方法快速计算ADC的各静态参数.根据改进测试算法所构造的BIST结构实现了芯片内只有ADC电路的可测性设计,而不需要用到片内集成DSP.内嵌的信号发生器能自动生成高频连续三角波测试信号,适合高速ADC的测试.该BIST结构硬件开销小,易于片上集成,仿真试验表明了该结构的有效性.     

电流模式电路中的新型模拟集成块

分析比较了传统电压运算放大器与电流模式运算放大器在结构和性能上的区别,论述了实现电流模式电路的新型集成电路。结果表明,电流模式电路比电压模式电路更具有优越性     

在电力系统振荡情况下提取故障分量的新方法

针对过去提取故障分量时易受系统振荡影响的问题，提出了一种新的适用于快速保护的提取故障分量新方法，用这种方法在不采用频率锁相的条件下也能极大地削弱振荡情况下的不平衡输出，保证反应于故障分量的保护在电力系统振荡时不误起动。     

微波多级放大器电路拓扑优化

采用机辅扰动法（CAP法）进行微波多级放大器电路的优化设计。该方法借助计算机的快速计算和逻辑判断能力，自动设计出合理的多级放大器电路拓扑结构和满足要求的电路结构参数。利用编制的设计程序设计了一个2.5GHz-4.5GHz的两级微波放大器，并在微波电路CAD软件MicroScope上进行仿真验证，证明了这种方法的可靠性和实用性。