CN113033128A - 一种选取电路仿真中牛顿迭代的初值的方法 - Google Patents

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Abstract

一种选取电路仿真中牛顿迭代的初值的方法，包括以下步骤：建立电路中器件的拓扑连接关系；根据所述电路中器件的拓扑连接关系，标记节点属性；根据所述节点属性，确定牛顿迭代初值。本发明的选取电路仿真中牛顿迭代的初值的方法，可根据节点属性可以采取不同的初值预测方法，得到一个更接近真实电压值的初值，基于这个初值，采用牛顿迭代算法可以得到较好的收敛速度，从而提高整个仿真器的仿真效率。

Description

一种选取电路仿真中牛顿迭代的初值的方法
技术领域
本发明属于集成电路计算机辅助设计(Integrated Circuit/Computer AidedDesign)领域，尤其是EDA电路仿真技术领域，特别涉及电路仿真中控制仿真精度的方法。
背景技术
电路仿真工具spice是根据电路中的电子元件的连接关系，基于基尔霍夫电流定律建立一套微分方程组，并进行求解的一套仿真工具。在时间尺度上，会根据数值积分方法对原始的微分方程组进行离散，从而得到每个工作点上电路所满足的非线性方程组。通过Newton-Raphson方法求解该非线性方程组，得到该工作点上电路中每个节点的电压。Newton-Raphson方法是非常实用且经典的迭代求解方法。通过设置足够好的初始值，可以保证Newton-Raphson迭代算法快速准确的收敛。
由于电路中集成了各种复杂的电子元器件，每个工作点处要求解的电路方程特性较为复杂，对于常规的Newton-Raphson迭代算法很难保证收敛。但是如果合理的选择初始值，算法具有非常好的二次收敛性，基本上两三次迭代就能收敛到满足用户要求的精度的工作点电压。
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选取电路仿真中牛顿迭代的初值的方法，合理选择牛顿迭代的初始值，提高整个仿真器的仿真效率。
为实现上述目的，本发明提供的选取电路仿真中牛顿迭代的初值的方法，包括以下步骤：
建立电路中器件的拓扑连接关系；
根据所述电路中器件的拓扑连接关系，标记节点属性；
根据所述节点属性，确定牛顿迭代初值。
进一步的，所述根据所述电路中器件的拓扑连接关系，标记节点属性的步骤，还包括，根据每个节点在电路中连接的器件的属性，将所述节点属性划分为电压源节点和普通节点；利用所述电压源节点或普通节点，标记节点属性。
进一步的，所述根据所述节点属性，确定牛顿迭代初值的步骤，还包括，
如果当前节点为电压源节点，则根据电压源的属性计算出当前时刻的电压源值，作为牛顿迭代初值；
如果当前节点为普通节点，则采用二次插值预测牛顿迭代的初始值。
更进一步的，所述采用二次插值预测牛顿迭代的初始值的步骤，还包括，进行二次插值预测时，选取前面相邻三个时刻的电压值进行二次插值，预测得到新的时刻的电压值，作为新的时刻的牛顿迭代算法的初始值。
为实现上述目的，本发明还提供一种选取电路仿真中牛顿迭代的初值的装置，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程序，所述处理器运行所述程序时执行上述的选取电路仿真中牛顿迭代的初值的方法的步骤。
为实现上述目的，本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，所述计算机指令运行时执行上述的选取电路仿真中牛顿迭代的初值的方法的步骤。
有益效果：本发明根据节点属性可以采取不同的初值预测方法，这样就可以得到一个更接近真实电压值的初值。基于这个初值，采用Newton-Raphson迭代算法，就可以得到较好的收敛速度。从而提高整个仿真器的仿真效率。
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为根据本发明的选取电路仿真中牛顿迭代的初值的方法的流程图；
图2为电压源节点为常规pulse源示意图；
图3为电压源节点为sine源示意图；
图4示出了普通节点的线性插值预测和二次插值预测的结果示意图。
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为根据本发明的选取电路仿真中牛顿迭代的初值的方法的流程图，下面将参考图1，对本发明的选取电路仿真中牛顿迭代的初值的方法进行详细描述。
在步骤11，建立电路中器件的拓扑连接关系。
在电路仿真过程中，首先建立电路中器件的拓扑连接关系。
在步骤12，根据电路中器件的拓扑连接关系，标记节点属性。
标记节点属性时需要标记每个节点属性。标记每个节点属性时候，包括根据每个节点在电路中连接的器件的属性，区分该节点是电压源节点，还是普通节点。例如，将电压源的正极和负极标记为电压源节点，其他节点(例如电阻、电容、晶体管等的节点)标记为普通节点。
在步骤13，根据节点属性，确定牛顿迭代初值。
在该步骤中，如果根据节点属性判断出当前节点是常规的电压源节点，则只需根据电压源的属性计算出当前时刻的电压源值(例如，对于电压源器件的种类sine源，pwl源，pulse源等，输出电压都是跟时间相关的sine函数、分段线性函数、阶跃函数等，可以通过表达式计算出来当前时刻的电压值)，将计算出的当前时刻的电压源值作为牛顿迭代初值，即，对于如图2和图3所示的电压源节点，在新的时间点处，不需要进行预测，只需要计算出当前时刻的准确电压即可。
如果根据节点属性判断出当前节点是普通节点，则进行二次插值预测牛顿迭代的初始值。其中，进行二次插值预测时，选取前面三个时刻的电压值进行二次插值预测。
在每一次Newton-Raphson迭代开始时，都需要根据步骤13根据节点的属性合理地确定初值。
在图4示出了普通节点的线性插值预测和二次插值预测的结果示意图。由图4中示出的结果对比可以看出，通过前面三个时刻的电压值进行二次插值预测比通过前面两个时刻进行线性插值预测得到的初始值更接近真实电压值，因此会有更好的收敛性。
因此，需要特别指出的是，在瞬态分析的每个时间点，需要保存至少3个相邻的前面的时刻的节点电压，并且标记出节点属性，从而保证二次插值预测的顺利进行。
本发明还提供一种选取电路仿真中牛顿迭代的初值的装置，包括存储器和处理器，存储器上储存有在处理器上运行的程序，处理器运行所述程序时执行上述选取电路仿真中牛顿迭代的初值的方法的步骤。
本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，所述计算机指令运行时执行上述的选取电路仿真中牛顿迭代的初值的方法的步骤，所述选取电路仿真中牛顿迭代的初值的方法参见前述部分的介绍，不再赘述。
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)

1.一种选取电路仿真中牛顿迭代的初值的方法，其特征在于，包括以下步骤：
建立电路中器件的拓扑连接关系；
根据所述电路中器件的拓扑连接关系，标记节点属性；
根据所述节点属性，确定牛顿迭代初值。
2.根据权利要求1所述的选取电路仿真中牛顿迭代的初值的方法，其特征在于，所述根据所述电路中器件的拓扑连接关系，标记节点属性的步骤，还包括，根据每个节点在电路中连接的器件的属性，将所述节点属性划分为电压源节点和普通节点；利用所述电压源节点或普通节点，标记节点属性。
3.根据权利要求1所述的选取电路仿真中牛顿迭代的初值的方法，其特征在于，所述根据所述节点属性，确定牛顿迭代初值的步骤，还包括，
如果当前节点为电压源节点，则根据电压源的属性计算出当前时刻的电压源值，作为牛顿迭代初值；
如果当前节点为普通节点，则采用二次插值预测牛顿迭代的初始值。
4.根据权利要求3所述的选取电路仿真中牛顿迭代的初值的方法，其特征在于，所述采用二次插值预测牛顿迭代的初始值的步骤，还包括，进行二次插值预测时，选取前面相邻三个时刻的电压值进行二次插值，预测得到新的时刻的电压值，作为新的时刻的牛顿迭代算法的初始值。
5.一种选取电路仿真中牛顿迭代的初值的装置，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程序，所述处理器运行所述程序时执行权利要求1-4任一项所述的选取电路仿真中牛顿迭代的初值的方法的步骤。
6.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，其特征在于，所述计算机指令运行时执行权利要求1-4任一项所述的选取电路仿真中牛顿迭代的初值的方法的步骤。
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