CN113255268A - 一种电路仿真中瞬态分析不收敛的检测及修复方法 - Google Patents

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Abstract

一种电路仿真中瞬态分析不收敛的检测及修复方法，包括以下步骤：1)设置仿真时间步长并确定时间点；2)牛顿迭代解差分方程；3)确认迭代不收敛且截断误差不符合条件；4)确认符合调整步长条件；5)调整步长进行下一步仿真。本发明的电路仿真中瞬态分析不收敛的检测及修复方法，可以自动解决收敛问题，大大节约了电路设计者的时间。

Description

一种电路仿真中瞬态分析不收敛的检测及修复方法
技术领域
本发明涉及EDA电路仿真技术领域，尤其涉及电路仿真中电路的瞬态分析方法。
背景技术
电路仿真中的瞬态分析，是求解电路的时域响应。进行瞬态分析时，电路由一组常微分方程来描述，因此电路瞬态分析的实质就是如何求解常微分方程。
目前求解常微分方程的方法均采用数值积分方法，用数值积分法求解瞬态分析的过程主要分四步：对电路网络建模得到代数微分方程；将时间离散化；在各个时间点上将微分方程化为差分方程；求解差分(非线性)方程。在求解非线性方程时通常采用牛顿-拉夫森方法，每一次迭代需要求解以下公式：
J(Xk)*ΔX＝-F(Xk) (1)
ΔX＝Xk+1-Xk (2)
其中方程系数矩阵是对应节点的
Figure BDA0003078119830000011
当|ΔX|＜tolerence且|F(Xk)|＜tolerence时满足收敛条件。
其中，J(Xk)代表系数矩阵；ΔX表示未知数向量，即相邻两次迭代节点电压的差值；-F(Xk)表示右端项，是由model方程计算得出的。
现有仿真器，通常采用截断误差来预估步长，当一个时间点不收敛或者截断误差过大时，则缩小步长，重新求解，直至收敛且满足截断误差接受条件。但是当步长过小时，
Figure BDA0003078119830000012
远远大于G，动态电流太大，导致右端项很难收敛。当步长小于阈值时，则认为该瞬态分析不能收敛，仿真失败。所以需要一种方法来自动检测并解决瞬态分析因为步长过小而导致的不收敛问题。
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电路仿真中瞬态分析不收敛的检测及修复方法，可以自动检查瞬态分析不收敛情况并进行修复，从而加快方程迭代的收敛速度。
为实现上述目的，本发明提供的一种电路仿真中解决瞬态分析不收敛的方法，包括以下步骤：
1)设置仿真时间步长并确定时间点；
2)牛顿迭代解差分方程；
3)确认迭代不收敛且截断误差不符合条件；
4)确认符合调整步长条件；
5)调整步长进行下一步仿真。
进一步的，所述步骤4)还包括，
确认牛顿迭代不收敛且步长小于最小步长和/或牛顿迭代不收敛且步长放大次数小于阈值。
进一步的，所述最小步长根据电路属性确定。
进一步的，所述阈值，为2到10之间的整数。
进一步的，所述步骤5)还包括，
如果牛顿迭代不收敛、步长小于最小步长且步长放大次数小于阈值，则放大步长；
进一步的，所述放大步长的方法采用指数法，步长h＝h*an，其中，n代表步长放大的次数，a为2≤a≤10的整数。
进一步的，如果牛顿迭代不满足不收敛且步长小于最小步长的条件，则缩小步长。
更进一步的，还包括，调整收敛条件以保证收敛。
为实现上述目的，本发明还提供一种电子设备，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程序，所述处理器运行所述程序时执行上述电路仿真中瞬态分析不收敛的检测及修复方法的步骤。
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电路仿真中瞬态分析不收敛的检测及修复方法的步骤。
本发明的电路仿真中瞬态分析不收敛的检测及修复方法，相对于现有技术，具有如下的有益效果：在以往电路仿真中，瞬态分析某个时间点不收敛时，通常会缩小步长，以增加差分方程的精度。但如果电路中有比较大的电容，步长越小，动态电流越大，右端项更难收敛。当步长小于阈值时，则认为该瞬态分析不能收敛，仿真失败。目前遇到不收敛时，只能停止，让仿真产品工程师去解决问题，重启仿真。本发明提供的一种电路仿真中解决瞬态分析不收敛的方法，可以自动解决部分收敛问题，大大节约了电路设计者的时间。
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为根据本发明的电路仿真中瞬态分析不收敛的检测及修复方法流程图。
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。
本发明实施例中，将时间点离散化，每个时间点由微分方程变为差分方程，也就是非线性代数方程。非线性代数方程通常用牛顿-拉夫森迭代法求解，每一次迭代都求解线性方程组；求解之后，是否满足收敛条件，如果不收敛则进入步长调整流程。如果符合放大步长的条件，则将步长放大，进入下一个步骤，同时放松收敛条件，保证收敛。
实施例1
图1为根据本发明的电路仿真中瞬态分析不收敛的检测及修复方法流程图，下面将参考图1，对本发明的电路仿真中瞬态分析不收敛的检测及修复方法进行详细描述。
在步骤101，设置仿真时间步长。
本发明实施例中，在仿真过程中，将时间点离散化，将每个时间点由微分方程变为差分方程，也就是非线性代数方程。非线性代数方程通常用牛顿-拉夫森迭代法求解，每一次迭代都求解线性方程组(1)。在求解过程中，需要设置时间步长，在该步骤中，设置时间步长为h，时间tn＝tn-1+h。
在步骤102，牛顿迭代解差分方程。
本发明实施例中，将步骤101中计算得到的tn带入牛顿迭代方程，求解差分方程。
在步骤103，判断收敛和截断误差是否符合条件。
本发明实施例中，在瞬态分析的一个时间点中，当牛顿迭代结束时，需判断牛顿迭代方程所求的解是否满足收敛条件，且截断误差是否符合条件。
如果满足收敛条件且截断误差符合条件，则维持现有步长，进行下一步仿真，继续进行步骤101-103。如果不收敛或截断误差不符合条件，则进行步骤104。
在步骤104中，判断是否符合放大步长条件。
在该步骤中所指的放大步长的条件包括以下两个条件：
a)牛顿迭代不收敛且步长小于最小步长；
其中，关于最小步长，可以根据电路的属性确定，例如可以是1e-15到1e-17。
b)牛顿迭代不收敛且步长放大次数小于阈值。
其中，判断放大次数是否超过阈值中的阈值可根据电路类型和最小步长，取大于等于2且小于等于10的整数。
具体地，如果牛顿迭代满足条件a)和条件b)，则放大步长，返回步骤101并进行后续步骤。其中放大步长的方法，一般采用指数法，步长h＝h*an，n代表步长放大的次数，a代表每次放大的倍数，是经验值，也就是根据遇到的不收敛情况试出来比较有效的值，其取值为2≤a≤10的整数。
在将步长放大的同时，应放松收敛条件，保证收敛，即，在进入步长放大的流程后，牛顿迭代收敛条件的判定要适当放松，通常ΔX的tolerence放大2到4倍，右端项的tolerence放大4到16倍；或者只判断右端项收敛。
本发明实施例中，ΔX表示未知数向量，即相邻两次迭代节点电压的差值。NR迭代的收敛条件就是相邻两次解的差值足够小。
如果牛顿迭代不满足条件a)，则缩小步长，返回步骤101并进行后续步骤。
如果牛顿迭代满足条件a)但不满足条件b)，则终止瞬态分析，报不收敛。
实施例2
本发明还提供一种电子设备，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电路仿真中瞬态分析不收敛的检测及修复方法的步骤。
实施例3
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电路仿真中瞬态分析不收敛的检测及修复方法的步骤，所述电路仿真中瞬态分析不收敛的检测及修复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 (10)

1.一种电路仿真中瞬态分析不收敛的检测及修复方法，包括以下步骤：
1)设置仿真时间步长并确定时间点；
2)牛顿迭代解差分方程；
3)确认迭代不收敛且截断误差不符合条件；
4)确认符合调整步长条件；
5)调整步长进行下一步仿真。
2.根据权利要求1所述的电路仿真中瞬态分析不收敛的检测及修复方法，其特征在于，所述步骤4)还包括，
确认牛顿迭代不收敛且步长小于最小步长和/或牛顿迭代不收敛且步长放大次数小于阈值。
3.根据权利要求2所述的电路仿真中瞬态分析不收敛的检测及修复方法，其特征在于，所述最小步长根据电路属性确定。
4.根据权利要求2所述的电路仿真中瞬态分析不收敛的检测及修复方法，其特征在于，所述阈值，为2到10之间的整数。
5.根据权利要求1所述的电路仿真中瞬态分析不收敛的检测及修复方法，其特征在于，所述步骤5)还包括，
如果牛顿迭代不收敛、步长小于最小步长且步长放大次数小于阈值，则放大步长。
6.根据权利要求5所述的电路仿真中瞬态分析不收敛的检测及修复方法，其特征在于，所述放大步长的方法采用指数法，步长h＝h*an，其中，n代表步长放大的次数，a为2≤a≤10的整数。
7.根据权利要求2所述的电路仿真中瞬态分析不收敛的检测及修复方法，其特征在于，如果牛顿迭代不满足不收敛且步长小于最小步长的条件，则缩小步长。
8.根据权利要求6或7所述的电路仿真中瞬态分析不收敛的检测及修复方法，其特征在于，还包括，调整收敛条件以保证收敛。
9.一种电子设备，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程序，所述处理器运行所述程序时执行权利要求1-8任一项所述的电路仿真中瞬态分析不收敛的检测及修复方法的步骤。
10.一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1-8任一项所述的电路仿真中瞬态分析不收敛的检测及修复方法的步骤。
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