CN112417794A - 一种散射参数计算方法 - Google Patents

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Abstract

一种散射参数计算方法，包括以下步骤：根据设置的频率，基于AC交流分析，计算出电路网络的导纳矩阵；根据给定的交流激励信号，逐个计算出每一个端口的响应电压；根据所述导纳矩阵和所述端口的响应电压，计算电路散射参数。本发明的散射参数计算方法，能够处理不同参考阻抗的散射参数计算，对于大规模的电路，特别是对于多端口电路，大大提高了计算效率。

Description

一种散射参数计算方法
技术领域
本发明涉及集成电路计算机辅助设计(Integrated Circuit/Computer AidedDesign)技术领域，特别是涉及电路仿真中快速准确求解散射参数的方法。
背景技术
散射参数用来模拟电子电路在不同频率下的行为，可以将电路描述成一个黑盒子。散射参数分析(也可以简称为S参数分析)是spice仿真器的一种分析类型，目的是使电路在直流工作点附近线性化，并且把原始电路等效成一个包含N个端口的等效电路，并输出在各个离散的频率点处的S参数值。
现有技术常用Y参数通过一系列的矩阵变换得到S参数，该方法可以很直观的根据端口的电流电压关系得到电路各个端口间的导纳系数矩阵即Y参数，然后通过一些列矩阵运算得到散射参数矩阵即S参数。还有一种直接计算S参数的方法，但是该方法只给出了相同参考阻抗的S参数计算方法。
发明内容
为了解决现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种散射参数计算方法，能够处理不同参考阻抗的散射参数计算，对于大规模的电路，特别是对于多端口电路，大大提高了计算效率。
为实现上述目的，本发明提供的一种散射参数计算方法，包括以下步骤：
根据设置的频率，基于AC交流分析，计算出电路网络的导纳矩阵；
根据给定的交流激励信号，逐个计算出每一个端口的响应电压；
根据所述导纳矩阵和所述端口的响应电压，计算电路散射参数。
进一步地，所述根据设置的频率，基于AC交流分析，计算出电路网络的导纳矩阵的步骤，进一步包括，根据端口对应的特征阻抗建立AC交流分析的电路方程。
进一步地，所述根据给定的交流激励信号，逐个计算出每一个端口的响应电压的步骤，进一步包括，
求解对应的AC交流分析的线性方程组，得到解向量；
将所述解向量中对应于AC交流激励信号源位置的分量端口位置减去1；
所述解向量中其他位置的分量乘以参考阻抗比例因子。
更进一步地，所述交流激励信号，其强度为2伏。
为实现上述目的，本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序运行时执行如上文所述的散射参数计算方法步骤。
为实现上述目的，本发明还提供一种散射参数计算设备，包括存储器和处理器，所述存储器上储存有在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器运行所述计算机程序时执行如上文所述的散射参数计算方法步骤。
本发明的一种散射参数计算方法，具有以下有益效果：
1)可以处理不同参考阻抗的散射参数计算。
2)一方面避免了从Y参数到S参数的复杂转换过程，另一方面也避免了在转换过程中的数值误差积累。
3)对于大规模的电路，特别是对于多端口电路，大大提高了计算效率。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，并与本发明的实施例一起，用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为根据本发明的散射参数计算方法流程图；
图2为根据本发明的实施例一两端口网络示意图；
图3为根据本发明的实施例一端口电路结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
图1为根据本发明的散射参数计算方法流程图，下面将参考图1，对本发明的散射参数计算方法进行详细描述。
首先，在步骤101，对原始多端口网络进行AC分析。
优选地，设置一个频率，计算AC分析(交流分析)的导纳矩阵。
本实施例中，基于AC分析的结果，以及不同port处的参考阻抗来直接计算散射参数。假定电路有n个port，每个port的参考阻抗是Ri(其中i＝1,...,n)。
在步骤102，分别在每个端口逐次添加2伏的AC激励信号源，并根据AC分析结果计算其余端口相应的AC响应。
优选地，逐个在每个端口添加2伏的激励信号，通过仿真器求解AC分析的结果，得到其余各端口相应的AC激励源的响应。
在步骤103，建立AC分析的线性方程组，得到解向量，即每个端口的电压。
优选地，建立满足Y参数的电路方程
Figure BDA0002816880660000031
(公式1)，其中Y指Y参数，I是单位矩阵，Z0是对角矩阵，对角元素分别是端口对应的特征阻抗。
建立S参数与S1之间的等价关系
Figure BDA0002816880660000032
(公式2)。
根据公式1中Y参数的方程求解AC分析得到的v和i之后，计算S参数的公式
Figure BDA0002816880660000033
(公式3)，将公式1和公式2代入公式3计算原始电路的S参数。
在步骤104，将解向量对应于AC交流激励信号源位置的分量端口位置减去1。
在步骤105，将解分量里其他位置的分量乘以参考阻抗比例因子
Figure BDA0002816880660000034
下面结合一具体实施例对本发明的布线方法做进一步的说明。
图2为根据本发明的实施例一两端口网络示意图，如图2所示，一个简单的两端口电路网络，端口特征阻抗是不同的，指定需要模拟的端口，分别对两端口轮流指定一个2伏的ac激励源，通过仿真器求解ac分析的结果，对其中一个端口指定AC激励信号时，得到两个端口对该端口的响应；根据S参数计算公式，求得系统的S参数，仿真出该待分析电路网络的S参数特性。
图3为根据本发明的实施例一端口电路结构示意图，如图3所示，带有特征阻抗的0伏电压源，每个端口的特征阻抗可以不同。
本发明提供一种散射参数计算方法，由于电路矩阵的条件数较差，通过复杂的矩阵计算会产生较大的数值误差，因此我们采用直接计算S参数的方法，将已有的相同参考阻抗的S参数计算方法推广到不同参考阻抗的情形，从而满足设计工程师不同的设计需求。
本发明的一个实施例中，还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序运行时执行如上文所述的散射参数计算方法的步骤。
本发明的一个实施例中，还提供一种散射参数计算设备，包括存储器和处理器，所述存储器上储存有在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器运行所述计算机程序时执行如上文所述的散射参数计算方法的步骤。
本领域普通技术人员可以理解：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，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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 (6)

1.一种散射参数计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
根据设置的频率，基于AC交流分析，计算出电路网络的导纳矩阵；
根据给定的交流激励信号，逐个计算出每一个端口的响应电压；
根据所述导纳矩阵和所述端口的响应电压，计算电路散射参数。
2.根据权利要求1所述的散射参数计算方法，其特征在于，所述根据设置的频率，基于AC交流分析，计算出电路网络的导纳矩阵的步骤，进一步包括，根据端口对应的特征阻抗建立AC交流分析的电路方程。
3.根据权利要求1所述的散射参数计算方法，其特征在于，所述根据给定的交流激励信号，逐个计算出每一个端口的响应电压的步骤，进一步包括，
求解对应的AC交流分析的线性方程组，得到解向量；
将所述解向量中对应于AC交流激励信号源端口位置的分量位置减去1；
所述解向量中其他位置的分量乘以参考阻抗比例因子。
4.根据权利要求1所述的散射参数计算方法，其特征在于，所述交流激励信号，其强度为2伏。
5.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序运行时执行权利要求1至4任一项所述的散射参数计算方法步骤。
6.一种散射参数计算设备，其特征在于，包括存储器和处理器，所述存储器上储存有在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器运行所述计算机程序时执行权利要求1至4任一项所述的散射参数计算方法步骤。
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