CN105824984A - 多通道高速级联的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多通道高速级联的方法，对多个S参数模型级联构成的拓扑结构求解得到结果S参数。本发明制定了一套端口与端口连接的方法，设计了一个算法：利用一个矩阵来表达多通道级联的拓扑关系；采用了向量拟合的方式解决了不同S参数模型对频域的依赖。使S参数模型在连接其他组件的时候不需要转换成其他类型的参数模型，并且具有支持多个S参数混合连接和使用矩阵式一次性解多个S参数的创新特点。相比传统的回路仿真，以上这些方法大大提高了模拟回路仿真的性能和精度。

Description

多通道高速级联的方法

技术领域

本发明涉及一种多通道高速级联的方法。

背景技术

S参数在微波、模拟回路仿真、参数模型设计中占据主导地位。传统上的模拟回路通过改变节点电压和支路电流的方式对模型进行验证和调整，这样不仅花费大量时间，模型的拓展性也受到很大的约束。面对越来越复杂的连接器，需要一种更加高效的多通道的快速级联方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的以上问题，提供一种多通道高速级联的方法，寻找一种方法来找到模拟回路仿真中S参数模型和其他组件连接的拓扑关系。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

制定了一套端口与端口连接的方法，设计了一个算法：利用一个矩阵来表达多通道级联的拓扑关系；采用了向量拟合的方式解决了不同S参数模型对频域的依赖，对多个S参数模型级联构成的拓扑结构求解得到结果S参数。

包括以下步骤：

a)使用探针端口来描述S参数间连接的不同情况，循环求得所有子关联矩阵S_i，i∈[1，NPort]，则散列参数由列向量S_i组成

b)把一对未连接同一个节点的端口对的导电率为看成0，用一个矩阵 $L=\left[\begin{array}{c}{L}_{mm}{L}_{mp}\\ L_{pm}{L}_{pp}\end{array}\right]$ 来替代四种不同的连接方式；

c)使用遍历二选一的方法减少对节点分析的次数；

d)用Y_s代表所有S参数模型的标准化的多端口导纳矩阵；

e)减小S参数模型的尺寸，S参数与S参数连接之后，会有一些端口未与其他端口连接的或者接地端口更或具有有限阻抗的终端端口，将这些类似的端口提前移除；

f)根据端口是否在边界归类为独立的两个子组；

g)采用向量拟合的方式解决不同S参数模型对频域的依赖，至此优化结束。

本发明的有益效果是:

与传统的回路仿真不一样的是，本发明制定了一套端口与端口连接的方法，使S参数模型在连接其他组件的时候不需要转换成其他类型的参数模型。这个方法主要将端口统一化，简而言之就是将S参数模型或其他组件统一看成一种”modelstamps”，用简单的两端口组件替代接地过孔、未与其他组件相连的模型或者最末端的模型，相当于在把这些模型放入到回路中之前就进行了缩小处理，同时采用了向量拟合的方式解决了不同S参数模型对频域的依赖。相比传统的回路仿真，具有支持多个S参数混合连接和使用矩阵式一次性解多个S参数的创新特点，以上这些方法大大提高了模拟回路仿真的性能和精度。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为两端口模型示意图；

图2为S参数模型级联拓扑结构图。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本发明。

参照图1、图2所示。一种多通道高速级联的方法，包括以下基本流程：

1、基于S参数的拓扑结构提取数学公式，使用入射和反射矢量AB表示S参数模型，关系简化成B＝SA

2、考虑到不同的S参数对应的阻抗不同，使用带有不同阻抗数据的对角矩阵z₀来表示电流和电压：

$V=z_0^{1/2}(A+B)$

$I=z_0^{-1/2}(A+B)$

3、使用关联矩阵来快速连接S参数。例如有两个单独的S参数模型S1:[S1.1,S1.2,S1.3,S1.4],S2:[S2.1,S2.2,S2.3,S2.4]，分别有四个端口，可以组合成图1中的两端口模型“探针端口”[P1,P2]，

	S1.1	S1.2	S1.3	S1.4	S2.1	S2.2	S2.3	S2.4	P1	P2
											N1	1	0	0	0	1	0	0	0	0	0
N2	0	0	1	0	0	1	0	0	0	0
											N3	0	1	0	1	0	0	1	0	1	0
N4	0	0	0	0	0	0	0	1	0	1

如上表所示，可以简单的将关联矩阵K分成两个部分，一部分是常规的S参数端口K_m，即表格中深色底部分，另一部分是探针端口K_p，即表格中浅色底部分。循环求得所有子关联矩阵S_i，i∈[1，NPort]，则散列参数由列向量S_i组成。

4、同样的，将这类关联矩阵运用到(2)中的电流和电压上，结合电流电压和关联矩阵，根据基尔霍夫电流定律(Kirchhoffcurrentlaw)可推导出关系方程组，可得到最终的矩阵式：

$\left[\begin{array}{ccccc}0& -L_m& L_m& L_p& -L_p\\ 0& I& -S& 0& 0\\ L_m^{\′}& -I& -I& 0& 0\\ L_p^{\′}& 0& 0& -I& -I\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{V}_N\\ B_m\\ A_m\\ A_p\\ B_p\end{array}\right]=0$

其中L_m和L_p分别代表K_mZ_m ^-1/2和K_pZ_p ^-1/2。

5、如果要使用简单的方式将标准化的端口连接到每个端口节点，为了减少计算量提高级联效率，对以上结论进一步优化：

5.1把标准化的阻抗节点n看做模型端口的非标准化阻抗的倒数和，那么这里Z_0kn表示模型上连接到节点n的单端口阻抗k_n。然后可以把作为包含所有标准化阻抗的对角矩阵。

5.2一个端口自身的标准导电率与阻抗相反，如果一对端口未连接同一个节点，那么这对端口的导电率为0，否则可以看成：这两个组成对的端口可以来自不同的多端口S参数模型。将四个矩阵放入一个矩阵L中可得： $L=\left[\begin{array}{c}{L}_{mm}{L}_{mp}\\ L_{pm}{L}_{pp}\end{array}\right].$

由此可见在式子(11)左边可以代表正常情况下对结果没有影响的或者稍微有影响的模块，在理论上其中只有未使用到的矩阵发生变化时才会对整个结果有直接影响，其他情况下均未有明显变化。

5.3使用遍历二选一的方法减少对节点分析的次数，从所有S参数模型中排除所有非探针端口变量，只留下节点的电压信息，这样可以有效降低整个系统的复杂度。

5.4用Y_s代表所有块状S参数模型的标准化的多端口导纳矩阵。

5.5减小S参数模型的尺寸，S参数与S参数连接之后，会有一些端口未与其他端口连接的或者接地端口更或具有有限阻抗的终端端口，这些类似的端口可以在添加到关系式之前就移除。可以将这些端口用同一个等式描述：

A_i＝ρ_iB_i.

这里把作为一个最终的反射系数，其中Z_0i和Z_i分别是正常的端口和终端端口的阻抗，这样即可将端口是否在边界归类为独立的两个子组。

5.6在实际的级联过程中会遇到连接的两个S参数频域不同的，这时采用了向量拟合的方式解决了不同S参数模型对频域的依赖，至此优化结束。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种多通道高速级联的方法，其特征在于：利用一个矩阵来表达多通道级联的拓扑关系；采用了向量拟合的方式解决了不同S参数模型对频域的依赖，对多个S参数模型级联构成的拓扑结构求解得到结果S参数。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，包括以下步骤：

a)使用探针端口来描述S参数间连接的不同情况，循环求得所有子关联矩阵S_i，i∈[1，NPort]，则散列参数由列向量S_i组成

b)把一对未连接同一个节点的端口对的导电率为看成0，用一个矩阵 $L=\left[\begin{array}{cc}{L}_{\mathrm{mm}}& L_{\mathrm{mp}}\\ L_{\mathrm{pm}}& L_{\mathrm{pp}}\end{array}\right]$ 来替代四种不同的连接方式；

c)使用遍历二选一的方法减少对节点分析的次数；

d)用Y_s代表所有S参数模型的标准化的多端口导纳矩阵；

e)减小S参数模型的尺寸，S参数与S参数连接之后，会有一些端口未与其他端口连接的或者接地端口更或具有有限阻抗的终端端口，将这些类似的端口提前移除；

f)根据端口是否在边界归类为独立的两个子组；

g)采用向量拟合的方式解决不同S参数模型对频域的依赖，至此优化结束。