DE10159548C1

DE10159548C1 - Diagnoseverfahren zur korrekten Behandlung von Unstetigkeiten bei der Schaltungs- oder Mixed-Signal-Simulation

Info

Publication number: DE10159548C1
Application number: DE10159548A
Authority: DE
Inventors: Diana Estevez Schwarz
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2001-12-05
Filing date: 2001-12-05
Publication date: 2003-06-26
Anticipated expiration: 2021-12-06
Also published as: US20030105618A1

Abstract

Zur Diagnose einer eine Vielzahl von Elementen aufweisenden elektrischen Schaltung wird ein Abbild verwendet, das sich in einen Netzwerkgraphen sowie in ein Gleichungssystem gliedert. Der Netzwerkgraph beinhaltet dynamische Elemente, für die Spannungswerte vorgebbar sind. DOLLAR A Zur korrekten Behandlung solcher Vorgaben werden Aussagen darüber getroffen, für welche dynamischen Elemente keine Werte vorgebbar sind und ein Hilfsnetzwerkgraph aufgestellt, bei dem die dynamischen Elemente des Netzwerkgraphen durch geeignete Stromquellen und durch Spannungsquellen ersetzt werden. Unter Verwendung der Informationen des so modifizierten Netzwerkgraphen wird ein DC-lösbares Gleichungssystem erstellt. Die Lösung des so erhaltenen Gleichungssystems entspricht den Vorgaben für den Anfangswert des ursprünglichen Systems.

Description

Die Erfindung betrifft ein Diagnoseverfahren zur korrekten Be handlung von Unstetigkeiten bei der Schaltungs- oder Mixed- Signal-Simulation.

Das Verhalten von elektrischen Schaltungen wird bei der Simu lation durch ein Differentialgleichungssystem beschrieben. Solche Diffentialgleichungssysteme weisen Unstetigkeiten auf, die beispielsweise bei der Mixed-Signal-Simulation durch das Umschalten digitaler Signale zustande kommen. Dabei können z. B. durch einen Benutzer Werte für einzelne Variablen der si mulierten elektrischen Schaltung zu genau definierten Zeit punkten vorgegeben werden. Solche Werte werden unabhängig von dem vorhergehenden Verhalten der simulierten Komponente bzw. der simulierten elektrischen Schaltung angelegt.

Zu solchen Unstetigkeitszeitpunkten ergibt sich für die Dif fentialgleichungen das Problem des Bestimmens eines Anfangs werts. Die Berechnung eines geeigneten Anfangswerts solch ei nes Diffentialgleichungssystems setzt Vorgaben, die nicht zu einem nicht-lösbaren Gleichungssystem führen, voraus.

Im Falle der Konsistenz der Vorgaben erfolgt die Aufstellung eines eindeutig lösbaren Gleichungssystems sowie die Berech nung von neuen Startwerten für die weitere Simulation der be trachteten elektrischen Schaltung.

Bei Verfahren der sogenannten "schwachen Formulierung" wird jede Benutzervorgabe für eine Komponente so umformuliert, daß sie zunächst konsistent ausgebildet ist. In der Praxis lauft diese Vorgehensweise auf die Berechnung eines etwas "gestör ten" Startwertes hinaus.

Bei Schaltungen, die keine Induktivitäten enthalten, wird bei spielsweise zur Berechnung des Startwerts ein Direct Current- Gleichungssystem betrachtet, das aufgebaut wird, indem alle Kapazitäten des Netzwerkgraphen durch Spannungsquellen mit kleinen seriellen Widerständen ersetzt werden und parallel da zu Stromquellen hinzugenommen werden, die den Wert des Stromes einprägen, der vor dem Unstetigkeitszeitpunkt durch die Kapa zität floß.

Dabei erhalten die Spannungsquellen, die Kapazitäten mit vor gegebenen Werten ersetzen, den gewünschten Wert. Spannungs quellen, die Kapazitäten ohne vorgegebene Werte ersetzten, er halten den Wert der Zweigspannung, der vor dem Unstetigkeits zeitpunkt an der Kapazität anlag.

Durch die Hinzunahme der Widerstände sind alle Vorgaben reali sierbar, ohne daß nicht lösbare Gleichungssysteme zustande kommen. Die so erhaltenen Werte entsprechen den Vorgaben nur näherungsweise in Abhängigkeit der Größe der Widerstände.

In einem zweiten Schritt dieses Verfahrens werden die einge fügten Widerstände durch Grenzwertbetrachtungen auf solch kleine Werte abgeschwächt, daß der Fehler hinreichend klein ist. Hierbei ist von Nachteil, daß solche Grenzwertbetrachtun gen nicht immer möglich sind und die Widerspruchsfreiheit nicht grundsätzlich gegeben ist.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung ein Verfahren bereitzustel len, mit dem nicht konsistente Vorgaben von Werten für einzel ne Komponenten der elektrischen Schaltung bei der Simulation zuverlässig erkannt werden. Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem ein eindeu tig lösbares Gleichungssystem zur Berechnung eines geeigneten Anfangswerts direkt aufgestellt werden kann.

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des unabhängigen An spruchs gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen.

Gemäß der Erfindung wird eine elektrische Schaltung unter sucht, die sich in eine Vielzahl von Elementen gliedert. Zur Diagnose dieser elektrischen Schaltung liegt ein Abbild der elektrischen Schaltung auf einem Computersystem vor.

Dabei wird die reale elektrische Schaltung zunächst als Netz werkgraph auf dem Computersystem dargestellt. Bei diesem Netz werk sind die einzelnen Elemente durch graphische Symbole und durch die Zusammenschaltung der Elemente durch Verbindungsli nien dargestellt. Unter Verwendung der Informationen dieses Netzwerkgraphen wird ein System differential-algebraischer Gleichungen der Form

F(x', x, t) = 0

aufgestellt. Dieses differential-algebraische Gleichungssystem beschreibt das Verhalten der simulierten elektrischen Schal tung, indem es die physikalischen Zusammenhänge der Unbekann ten der betrachteten elektrischen Schaltungen darstellt.

Für dynamische Elemente des Netzwerkgraphen, die Kapazitäten und Induktivitäten umfassen, sind Werte insbesondere Span nungswerte bzw. Stromwerte durch einen Benutzer vorgebbar.

Für die Simulation der elektrischen Schaltung mittels eines differential-algebraischen Gleichungssystems ergeben sich Un stetigkeiten aus der Vorgabe solcher Werte und somit das Pro blem, einen Anfangswert für das so entstehende differential- algebraische Gleichungssystem zu bestimmen.

In dieser Erfindung wird das Abbild einer elektrischen Schal tung zu solch einem Unstetigkeitszeitpunkt betrachtet. Die vor diesem Unstetigkeitszeitpunkt angenommenen Werte der Spannung und des Stroms werden im nachfolgenden erfindungsgemäßen Ver fahren als bekannt vorausgesetzt.

Im folgenden wird das Problem anhand von Untersuchungen von Vorgaben für die Zweigspannungen von Kapazitäten dargestellt. Für die Behandlung von Unstetigkeiten von Strömen durch Induk tivitäten kann dual vorgegangen werden. Zur Vereinfachung wer den im folgenden Netzwerke betrachtet, die keine Induktivitä ten enthalten. Enthält eine Schaltung sowohl Kapazitäten als auch Induktivitäten, so ist bei den nachstehenden Überlegungen zusätzlich darauf zu achten, daß das insgesamt entstehende DC- Gleichungssystem bzw. Direct-Current-Gleichungssystem lösbar ist.

In einem ersten erfindungsgemäßen Verfahrensschritt erfolgt das Ermitteln aller linear unabhängigen Schleifen des Netz werkgraphen, die entweder ausschließlich Kapazitäten oder Ka pazitäten sowie Spannungsquelle aufweisen und das Kennzeichnen einer Kapazität pro linear unabhängiger Schleife dieser Art. Nach dem Kirchhoffschen Maschensatz dürfen Schleifen, die aus schließlich Spannungsquellen umfassen, nicht auftreten. Somit kann in jeder dieser linear unabhängigen Schleifen eine Kapa zität gekennzeichnet werden.

Zu diesem Zweck wird ausgehend von einem vorhandenen Netzwerk graphen sukzessive ein weiterer Graph aufgestellt.

Dabei wird dieser Graph erzeugt, indem zunächst alle Zweige von Spannungsquellen des vorhandenen Netzwerkgraphen zu diesem Graphen hinzugenommen werden. Der so aufgebaute Graph enthält nach dem Kirchhoffschen Maschensatz keine Schleifen.

Anschließend werden die Zweige der Kapazitäten einzeln zu die sem Graphen hinzugenommen, wobei differenziert wird nach Kapa zitäten, für die Zweigspannungen vorgegeben werden sollen und nach Kapazitäten, für die keine Zweigspannungen vorgegeben werden sollen.

Zuerst werden dabei die Zweige derjenigen Kapazitäten, für die Zweigspannungen vorgegeben werden sollen, sukzessive zu dem Graphen hinzugefügt. Dabei wird für jede Kapazität überprüft, ob der Zweig eine Schleife des Graphen schließt. Falls dies der Fall ist, so wird die Kapazität gekennzeichnet.

Unter dem Schließen einer Schleife wird dabei das Finden eines geschlossenen Pfades von einem Knoten des Zweigs zum anderen Knoten des Zweigs verstanden. Dies ist dann der Fall, wenn ein zusammenhängender Subgraph des davor aufgestellten Graphen den Zweig an beiden Knoten berührt.

Anschließend werden die Zweige derjenigen Kapazitäten, für die keine Zweigspannungen vorgegeben werden sollen, sukzessive zu dem Graphen hinzugefügt. Dabei erfolgt auch für diese Kapazi täten die Überprüfung, ob der Zweig einer Kapazität eine Schleife des Graphen schließt. Falls dies der Fall ist, so wird die Kapazität gekennzeichnet.

Durch diese Reihenfolge werden die Kapazitäten, für die Zweigspannungen vorgegeben werden sollen, nur dann gekenn zeichnet, wenn dies unumgänglich ist.

In einem nächsten erfindungsgemäßen Schritt wird überprüft, ob eine gekennzeichnete Kapazität existiert, für welche die Zweigspannung vorgegeben werden soll. Wenn ja, so sind die Vorgaben nicht konsistent. In diesem Fall wird eine Fehlermel dung ausgegeben und das Verfahren ist an dieser Stelle been det.

Daraufhin wird ein neuer Graph aufgestellt. Dieser ist zu nächst ein Abbild des ursprünglichen Graphen, der dann wie folgt modifiziert wird. Diejenigen nicht gekennzeichneten Ka pazitäten, für die Werte vorgegeben werden, werden durch Span nungsquellen ersetzt, die den vorgegebenen Wert einprägen. Parallel dazu werden Stromquellen hinzugenommen, die den Wert des Stromes einprägen, der vor dem Unstetigkeitszeitpunkt durch die Kapazität floß.

Diejenigen nicht gekennzeichneten Kapazitäten, für die keine Werte vorgegeben werden, werden durch Spannungsquellen er setzt, die den Wert der Zweigspannung einprägen, der vor dem Unstetigkeitszeitpunkt anlag. Parallel dazu werden Stromquel len hinzugenommen, die den Wert des Stromes einprägen, der vor dem Unstetigkeitszeitpunkt durch die Kapazität floß.

Die gekennzeichneten Kapazitäten werden lediglich durch Strom quellen ersetzt, die den Wert des Stromes einprägen, der vor dem Unstetigkeitszeitpunkt durch die Kapazität floß.

Bei der Substitution ist die Reihenfolge der Kapazitäten irre levant. Die nicht gekennzeichneten Kapazitäten, für die Werte vorgegeben werden, die nicht gekennzeichneten Kapazitäten, für die keine Werte vorgegeben werden sowie die gekennzeichneten Kapazitäten können in beliebiger Reihenfolge durch Stromquel len und/oder Spannungsquellen ersetzt werden.

Anschließend erfolgt der erfindungsgemäße Schritt des Aufstel lens und des Lösens der DC-Gleichungen des so erhaltenen Netz werkgraphen. Dies ist dem Fachmann bekannt.

Die so erhaltenen Lösungswerte werden auf den ursprünglichen Netzwerkgraphen übertragen. Diese Werte entsprechen den Vorga ben und genügen den Gleichungen des Systems. Mittels dieser Lösungswerte kann eine zulässige Lösung des Netzwerkgraphen an dem Unstetigkeitszeitpunkt gefunden werden.

Mittels dieser Lösung des Netzwerkgraphen an dem Unstetig keitszeitpunkt kann die nachfolgende Simulation besser ausge führt werden.

Gemäß einem Grundgedanken der Erfindung wird ein graphentheo retisches Verfahren zur Diagnose von elektrischen Schaltungen eingesetzt, mit dem die hinsichtlich der Lösbarkeit kritischen Konfigurationen aufgezeigt und lokal umgangen werden können.

Die bei den bekannten Verfahren verwendete Vorgehensweise zur Behandlung von Unstetigkeitsstellen versucht, die Lösbarkeits probleme des Differentialgleichungsproblems dadurch global zu umgehen, daß serielle Widerstände hinzugenommen werden. Wider spruchsfreiheit und Genauigkeit sind dabei nicht garantiert. Durch die erfindungsgemäße Verwendung von graphentheoretischen Verfahren ist hingegen eine direkte und korrekte Behandlung möglich.

Die durch das erfindungsgemäße Verfahren aufgestellten bzw. geänderten Netzwerkgraphen sind durch lösbare Gleichungssyste me darstellbar. Die Lösung des so erhaltenen Gleichungssystems entspricht den Vorgaben für den Anfangswert des ursprünglichen Systems.

Zu bemerken ist noch, daß die Lösungen, die mit der bisherigen oder mit der neuen Vorgehensweise berechnet werden, in dem Sinne konsistent sind, daß sie den Kirchhoffschen Gleichungen genügen. Sie sind aber nicht notwendigerweise konsistente An fangswerte im Sinne der differential-algebraischen Systeme. Um einen im Sinne der differential-algebraischen Systeme konsi stenten Wert zu erhalten, kann daraufhin der in Dokument [1] beschriebene Algorithmus verwendet werden.

Kapazitäten, für die keine Spannungswerte vorgegeben werden dürfen, werden durch dieses Verfahren zuverlässig identifi ziert. Anhand dieser Ergebnisse ist somit eine Veränderung in konsistenter Vorgaben möglich. Der Anwender erhält dadurch die Möglichkeit, Fehler gezielt zu beheben.

Gemäß einer weiteren Idee der Erfindung kann bei der Behand lung von Unstetigkeiten von Strömen durch Induktivitäten dual vorgegangen werden.

Bei der Betrachtung von Induktivitäten werden insbesondere Wertevorgaben für den fließenden Strom betrachtet. Statt wie bei der Behandlung von Unstetigkeiten der Spannungen von Kapa zitäten Schleifen von nur Kapazitäten und/oder Spannungsquel len zu betrachten, werden hier Schnittmengen von nur Indukti vitäten und/oder Stromquellen betrachtet.

In diesem Fall kann pro linear unabhängiger Schnittmenge von nur Induktivitäten und/oder Stromquellen für eine Induktivität der Strom nicht vorgegeben werden.

Enthält eine Schaltung sowohl Kapazitäten als auch Induktivi täten, so ist bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Ver fahrens zusätzlich darauf zu achten, daß das insgesamt entste hende Direct Current-Gleichungssystem lösbar ist.

Schaltungen können auch gesteuerte Quellen enthalten. Diese gesteuerten Spannungsquellen können als stromgesteuerte und/oder spannungsgesteuerte Spannungsquellen und/oder als stromgesteuerte und/oder spannungsgesteuerte Stromquellen vor liegen.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann nur auf Schaltungen ange wendet werden, deren gesteuerte Quellen gewissen Voraussetzun gen genügen. Die für das erfindungsgemäße Verfahren zulässigen Quellen sind in Klassen von erlaubten gesteuerten Quellen in Hinblick auf die Möglichkeit, Aussagen über den "Differential- Algebraic Equations"-Index bzw. "DAE-Index" zu treffen, zusam mengefaßt.

Eine Beschreibung der erlaubten gesteuerten Quellen, für die das erfindungsgemäße Verfahren durchführbar ist, ist in den Dokumenten [1] und [2] zu finden.

Enthält eine Schaltung gesteuerte Quellen, die nicht diesen Klassen entsprechen, so sind durch graphentheoretische Algo rithmen Regularisierungsvorschläge angebbar, mit denen die ge steuerten Quellen behandelbar werden.

Die graphentheoretischen Untersuchungen der Erfindung sind auch in einem Computerprogramm zur Ausführung eines Diagnose verfahrens zur korrekten Behandlung von Unstetigkeiten bei der Schaltungs- oder Mixed-Signal-Simulation verwirklicht.

Das Computerprogramm ist dabei so ausgebildet, daß nach Einga be des Abbilds der elektrischen Schaltung die graphentheoreti schen Untersuchungen eines erfindungsgemäßen Verfahrens in ei ner oben beschriebenen Ausführungsform durchführbar sind.

Dabei ist als Ergebnis des Verfahrens eine Aussage darüber treffbar, ob vom Benutzer vorgegebene Werte für einzelne dyna mische Komponenten der elektrischen Schaltung möglich sind. Die Aufstellung der entsprechenden Gleichungen zur Berechnung geeigneter Werte wird in einem darauf aufbauenden Computerpro gramm vorgenommen.

Durch das auf dem Computersystem verwirklichte Verfahren kann eine Veränderung der Vorgaben für einzelne dynamische Kompo nenten der elektrischen Schaltung einfach vorgenommen werden.

Durch das erfindungsgemäß verbesserte Computerprogramm ergeben sich eine verbesserte Anwendbarkeit des Verfahrens für eine Vielzahl von elektrischen Schaltungen, eine einfache und ef fektive Erkennung von unzulässigen Benutzervorgaben.

Die Erfindung betrifft außerdem ein Computerprogramm, das auf einem Speichermedium enthalten ist, das in einem Computerspei cher abgelegt ist, das in einem Direktzugriffsspeicher enthal ten ist oder das auf einem elektrischen Trägersignal übertra gen wird.

Weiterhin betrifft die Erfindung einen Datenträger mit einem solchen Computerprogramm sowie ein Verfahren bei dem ein sol ches Computerprogramm aus einem elektrischen Datennetz, wie beispielsweise aus dem Internet, auf einen an das Datennetz angeschlossenen Computer heruntergeladen wird.

Die Erfindung ist in den Figuren anhand eines Ausführungsbei spiels näher veranschaulicht.

Fig. 1 zeigt ein Flußdiagramm 1 des erfindungsgemäßen Dia gnoseverfahrens zur korrekten Behandlung von Unste tigkeiten bei der Schaltungs- oder Mixed-Signal- Simulation,

Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung einer elektri schen Schaltung 2 gemäß einem Ausführungsbeispiel,

Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung einer modifi zierten elektrischen Schaltung 10 gemäß dem Ausfüh rungsbeispiel.

Fig. 1 zeigt ein Flußdiagramm 1 des erfindungsgemäßen Diagno severfahrens zur korrekten Behandlung von Unstetigkeiten bei der Schaltungs- oder Mixed-Signal-Simulation.

Das Flußdiagramm gliedert sich in ein Startfeld, in elf Ver fahrensschritte 101 bis 111 und in ein Endfeld.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine reale elektri sche Schaltung betrachtet, die eine Vielzahl von Elementen aufweist. Das Abbild dieser real vorliegenden elektrischen Schaltung liegt in Form eines Netzwerkgraphen und in Form ei nes Systems differential-algebraischer Gleichungen vor.

Ein solcher Netzwerkgraph veranschaulicht die realen Elemente des zugrundeliegenden elektrischen Systems durch graphische Symbole und die Zusammenschaltung dieser Komponenten durch Verbindungslinien. Ein typischer Netzwerkgraph eines NAND- Gates ist in Dokument [1] auf Seite 75 enthalten.

Durch die Anwendung der Kirchhoffschen Gesetze und durch die Anwendung von Strombeziehungen und Spannungsbeziehungen an den Netzwerkelementen, insbesondere an Knoten des Netzwerks, ist ein System von differential-algebraischen Gleichungen auf stellbar, welches das Verhalten der zugrundeliegenden elektri schen Schaltung beschreibt. Die Kirchhoffschen Knotengleichun gen besagen, daß für jeden Netzwerkknoten die Summe aller zu fließenden Ströme gleich der Summe der abfließenden Ströme ist.

Diese differential-algebraischen Gleichungen enthalten Parame ter, insbesondere die Zeit t, Unbekannte insbesondere Flüsse, Ladungen, Ströme, Spannungen sowie deren Ableitungen. Das dif ferentianl-algebraische Gleichungssystem zur Beschreibung des in Dokument [1] auf Seite 75 durch einen Netzwerkgraphen be schriebenen NAND-Gates ist in Dokument [1] auf Seite 119 f. enthalten.

Differential-algebraische Gleichungssysteme können Unstetig keiten aufweisen, die beispielsweise durch das Umschalten di gitaler Signale oder durch Wertevorgaben des Benutzers für dy namische Elemente, d. h. für Kapazitäten und Induktivitäten entstehen.

In den hier behandelten Ausführungsbeispielen werden Span nungswerte für bestimmte Kapazitäten zu einem definierten Zeitpunkt vorgegeben. Diese Spannungswerte werden in dem Ab bild der realen elektrischen Schaltung zu dem definierten Zeitpunkt an die gewählte Kapazität angelegt, unabhängig von dem vorhergehenden Verhalten bzw. von dem vorhergehenden Span nungswert der betreffenden Kapazität.

Das erfindungsgemäße Diagnoseverfahren zur korrekten Behand lung von Unstetigkeiten bei der Schaltungs- oder Mixed-Signal- Simulation geht aus von einem Netzwerkgraphen einer realen elektrischen Schaltung und betrachtet das aus dem Netzwerkgra phen herleitbare Gleichungssystem, das die zugrundeliegende elektrische Schaltung beschreibt, zu einem solchen Unstetig keitszeitpunkt.

Die an den einzelnen Elementen vor diesem Unstetigkeitszeit punkt anliegenden Spannungswerte und Stromwerte werden als be kannt vorausgesetzt.

In dem in Fig. 1 dargestellten Flußdiagramm sind die einzel nen Verfahrensschritte durch Felder dargestellt, wobei die Ab folge der Verfahrensschritte durch Pfeile verdeutlicht wird. Entscheidungsfelder sind durch Rauten dargestellt, Verfahrens schritte zur Ausführung im Abbild der elektrischen Schaltung sind durch Rechtecke dargestellt.

Gemäß einem ersten Verfahrensschritt 101 wird ein neuer Graph gebildet, der alle Zweige von Spannungsquellen eines vorhande nen Netzwerkgraphen aufweist.

Ein zweiter Verfahrensschritt 102 sieht das sukzessive Hinzu nehmen aller Zweige derjenigen Kapazitäten eines Netzwerkgra phen zu dem Graphen vor, für die Zweigspannungen vorgegeben sollen. Dabei wird eine Kapazität gekennzeichnet, falls der Zweig der Kapazität eine Schleife des Graphen schließt.

Daran schließt sich ein dritter Verfahrensschritt 103 an, ge mäß dem sukzessive alle Zweige derjenigen Kapazitäten eines Netzwerkgraphen zu dem Graphen hinzugefügt werden, für die keine Zweigspannungen vorgegeben sollen. Dabei wird eine Kapa zität gekennzeichnet, falls der Zweig der Kapazität eine Schleife des Graphen schließt.

Der darauffolgende, in Fig. 1 als Raute dargestellte vierte Verfahrensschritt 104 stellt ein Entscheidungsfeld dar. In diesem vierten Verfahrensschritt 104 wird geprüft, ob eine Ka pazität gekennzeichnet ist, für die eine Zweigspannung vorge geben werden soll.

Ist dies der Fall, so erfolgt in einem fünften Verfahrens schritt 105 die Ausgabe einer Fehlermeldung, und das Verfahren ist danach abgeschlossen.

Wird keine gekennzeichnete Kapazität detektiert, für die eine Zweigspannung vorgegeben werden soll, so wird das erfindungs gemäße Verfahren mit dem sechsten Verfahrensschritt 106 fort gesetzt. In dem sechsten Verfahrensschritt 106 wird ein neuer Netzwerkgraph aufgestellt, der zunächst ein Abbild des ur sprünglichen Netzwerkgraphen ist. Anschließend werden folgende Ersetzungen durchgeführt:
In dem siebten Verfahrensschritt 107 werden diejenigen nicht gekennzeichneten Kapazitäten ersetzt, für die Werte vorgegeben sind. Diese werden dabei ersetzt durch Spannungsquellen, die den vorgegebenen Wert einprägen, sowie durch parallel dazu an geordnete Stromquellen, die den Wert des vor dem Unstetig keitszeitpunkt durch die Kapazität fließenden Stroms einprä gen.

Ein darauffolgender achter Verfahrensschritt 108 sieht das Er setzen derjenigen nicht gekennzeichneten Kapazitäten, für die keine Werte vorgegeben sind, einerseits durch Spannungsquel len, die den Wert der vor dem Unstetigkeitszeitpunkt anliegen den Zweigspannung einprägen und andererseits durch parallel angeordnete Stromquellen, die den Wert des vor dem Unstetig keitszeitpunkt durch die Kapazität fließenden Stroms einprä gen, vor.

Gemäß einem neunten Verfahrensschritt 109 werden die gekenn zeichneten Kapazitäten ersetzt, und zwar durch Stromquellen, die den Wert des vor dem Unstetigkeitszeitpunkt durch die Ka pazität fließenden Stromes einprägen.

In einem erfindungsgemäßen zehnten Verfahrensschritt 110 wer den basierend auf dem in den vorgehend ausgeführten Verfah rensschritten ermittelten Graphen DC-Gleichungen aufgestellt. Diese werden anschließend mittels dem Fachmann bekannter Ver fahren gelöst.

Diese Lösungswerte werden in einem elften Verfahrens schritt 111 auf den ursprünglichen Netzwerkgraphen übertragen.

Ein Wesensmerkmal des in Fig. 1 durch das Flußdiagramm 1 be schriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens ist es, daß für alle Kapazitäten des Netzwerks bis auf eine Kapazität je einer li near unabhängigen Schleife, die nur aus Kapazitäten und/oder Spannungsquellen besteht, Spannungen vorgebbar sind.

Sind bei einer solchen Schleife für alle Kapazitäten Spannun gen vorgegeben bzw. ist für die einzig vorhandene Kapazität eine Spannung vorgegeben, so sind diese Vorgaben nicht konsi stent. Es erfolgt eine detaillierte Fehlermeldung mit der Be schreibung der Schleife. Mit dieser Fehlermeldung kann der Be nutzer die Vorgaben so verändern, daß sie konsistent sind.

Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung einer elektrischen Schaltung 2 gemäß einem Ausführungsbeispiel.

Die elektrische Schaltung 2 gliedert sich in eine erste Kapa zität 3, in einen Ohmschen Widerstand 4, in eine erste Strom quelle 5, in einen ersten Knoten 6, in eine erste Spannungs quelle 7, in eine zweite Kapazität 8 sowie in einen zweiten Knoten 9.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist zur Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Verfahrens genau eine Schleife der elek trischen Schaltung 2 relevant. Diese umfaßt die erste Kapazi tät 3, die erste Spannungsquelle 7 und die zweite Kapazität 8. Auf dieser Schleife sind in Fig. 2 der erste Knoten 6 sowie der zweite Knoten 9 angeordnet.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist ein Wert für die Span nung der ersten Kapazität 3 vorgegeben.

Aus der in Fig. 2 gezeigten elektrischen Schaltung 2 ist ein Gleichungssystem herleitbar.

Wird die ladungsorientierte "MNA" bzw. "Modified Nodal Analy sis" verwendet, so lautet dieses Gleichungssystem:

q '|1 + r(e₁) + i(t) + j_V = 0

-j_V + q '|2 = 0

e₁ - e₂ = v(t)

q₁ = q_C1(e₁)

q₂= q_C2(e₂)

Dabei stellt q₁ die Ladung der ersten Kapazität 3, q₂ die La dung der zweiten Kapazität 8, e₁ das Knotenpotential des er sten Knotens 6, e₂ das Knotenpotential des zweiten Knotens 9, r(e₁) den Strom durch den Ohmschen Widerstand 4, v(t) die cha rakteristische Funktion der ersten Spannungsquelle 7, j_V den Strom durch die erste Spannungsquelle 7 sowie i(t) den Strom durch erste Stromquelle 5 dar.

Betrachtet man die Schleife, die aus der ersten Kapazität 3, aus der ersten Spannungsquelle 7 und aus der zweiten Kapazi tät 8 besteht, so ist leicht zu erkennen, daß die zweite Kapa zität 8 mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gekennzeichnet wird.

Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung einer modifizier ten elektrischen Schaltung 10 gemäß dem Ausführungsbeispiel.

Die modifizierte elektrische Schaltung 10 gliedert sich in den Ohmschen Widerstand 4, in die erste Stromquelle 5, in die er ste Spannungsquelle 7, in eine zweite Stromquelle 11, in eine zweite Spannungsquelle 12, in eine dritte Stromquelle 13, in den ersten Knoten 6 sowie in den zweiten Knoten 9.

Die modifizierte elektrische Schaltung 10 entspricht der in Fig. 2 gezeigten elektrischen Schaltung 2, mit dem Unter schied, daß die erste Kapazität 3 durch die zweite Stromquel le 11 sowie durch die parallel dazu geschaltete zweite Span nungsquelle 12 ersetzt ist und daß die zweite Kapazität 8 durch die dritte Stromquelle 13 ersetzt ist.

Aus der modifizierten elektrischen Schaltung 10 ist mittels der "MNA" das folgende Gleichungssystem zur Beschreibung der modifizierte elektrische Schaltung 10 herleitbar:

i_C1old + j_VC1 + r(e₁) + i(t) + j_V = 0

-j_V + i_C2old = 0

e₁ - e₂ = v(t)

e₁ = V₁

Dabei ist I_C1old der Wert des Stroms der zweiten Stromquel le 11. Dieser entspricht dem Wert des Stroms, der vor dem Un stetigkeitszeitpunkt durch die erste Kapazität 3 floß. I_C2old stellt den Wert des Stroms der dritten Stromquelle 13 dar. Dieser entspricht dem Wert des Stroms, der vor dem Unstetig keitszeitpunkt durch die zweite Kapazität 8 floß. V₁ ist der Wert der zweiten Spannungsquelle 12. Diese entspricht dem für die erste Kapazität 3 vorgegebenen Spannungswert.

Die Bezeichnungen der restlichen Parameter entsprechen den Pa rametern des Gleichungssystems zur Beschreibung der elektri schen Schaltung 2.

Dieses Gleichungssystem ist lösbar. Der gewünschte Lösungswert wird durch Anwendung von dem Fachmann bekannten Standard- Lösungsverfahren direkt erhalten.

Die in Fig. 1 anhand des Flußdiagramms 1 gezeigte Vorgehens weise des erfindungsgemäßen Diagnoseverfahrens zur korrekten Behandlung von Unstetigkeiten bei der Schaltungs- oder Mixed- Signal-Simulation wird nachfolgend anhand des Ausführungsbei spiels erläutert.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die elektrische Schal tung 2 aus einem vorhandenen Netzwerkgraphen erzeugt worden.

Dabei ist in dem ersten Verfahrensschritt 101 ein neuer Graph der elektrischen Schaltung 2 gebildet worden, der die Zweige der ersten Spannungsquelle 7 enthält.

Danach ist in dem zweiten Verfahrensschritt 102 der Zweig der ersten Kapazität 3, für den die Zweigspannung vorgegeben ist, zu dem Graphen hinzugenommen worden. Dieser Zweig schließt keine Schleife. Demzufolge wird diese Kapazität nicht gekenn zeichnet.

Im dritten Verfahrensschritt 103 wird die zweite Kapazität 8 zu dem Graphen hinzugenommen. Da dieser Zweig eine Schleife schließt, wird die zweite Kapazität 8 gekennzeichnet.

Bei der Überprüfung im fünften Verfahrensschritt 105 wurde keine gekennzeichnete Kapazität detektiert, für die ein Wert vorgegeben ist.

Im siebten Verfahrensschritt 107 wurden die nicht gekennzeich nete erste Kapazität 3, für die ein Wert vorgegeben ist, sowie die gekennzeichnete zweite Kapazität 8 ersetzt, für die kein Wert vorgegeben ist. Dabei wurde die erste Kapazität 3 durch die zweite Spannungsquelle 12, die den vorgegebenen Wert für die erste Kapazität 3 einprägt, sowie durch die parallel ge schaltete zweite Stromquelle 11 ersetzt, die den Wert des vor dem Unstetigkeitszeitpunkt durch die erste Kapazität 3 flie ßenden Stroms einprägt.

Im achten Verfahrensschritt 108 werden keine Ersetzungen von Kapazitäten vorgenommen.

Die zweite Kapazität 8 wurde im neunten Verfahrensschritt 109 durch die dritte Stromquelle 13 ersetzt, die den Wert des vor dem Unstetigkeitszeitpunkt durch die zweite Kapazität 8 flie ßenden Stroms einprägt.

Im elften Verfahrensschritt 111 wird für den so erhaltenen in Fig. 3 gezeigten Graphen ein DC-Gleichungssystem aufgestellt.

Das aus der modifizierten elektrischen Schaltung 10 herleitba re Gleichungssystem ist lösbar. Eine Berechnung des Startwerts dieses Gleichungssystems zur Berechnung des zugrundeliegenden Netzwerkgraphen ist durch Anwendung von Standard-Lösungsver fahren möglich. Diese sind dem Fachmann bekannt. Der so ermit telte Wert dient als geeigneter Anfangswert für den der elek trischen Schaltung 2 zugrundeliegenden Netzwerkgraphen.

Zu bemerken ist noch, daß für den Fall, daß sowohl für die er ste Kapazität 3 als auch für die zweite Kapazität 8 Werte vor gegeben werden sollen, die zweite Kapazität dennoch gekenn zeichnet wäre und somit der fünfte Verfahrensschritt 105 die entsprechende Fehlermeldung ausgeben würde.

Im Rahmen dieses Dokuments wurden folgende Veröffentlichungen zitiert:
[1] Estévez Schwarz, D.: Consistent initialization for dif ferential-algebraic equations and its application to circuit simulation. Fachbereich Mathematik, Humboldt- Univ. zu Berlin, PhD Thesis, (2000). Available at: http:\ \ dochost.rz.hu-berlin.de/dissertationen
[2] Estévez Schwarz, D., Tischendorf, C.: Structural analy sis of electric circuits and consequences for MNA. Int. J. Circ. Theor. Appl. 28 (2000), pp. 131-162.

Bezugszeichenliste

1

Flußdiagramm

101

erster Verfahrensschritt

102

zweiter Verfahrensschritt

103

dritter Verfahrensschritt

104

vierter Verfahrensschritt

105

fünfter Verfahrensschritt

106

sechster Verfahrensschritt

107

siebter Verfahrensschritt

108

achter Verfahrensschritt

109

neunter Verfahrensschritt

110

zehnter Verfahrensschritt

111

elfter Verfahrensschritt

2

elektrische Schaltung

3

erste Kapazität

4

Ohmscher Widerstand

5

erste Stromquelle

6

erster Knoten

7

erste Spannungsquelle

8

zweite Kapazität

9

zweiter Knoten

10

modifizierte elektrische Schaltung

11

zweite Stromquelle

12

zweite Spannungsquelle

13

dritte Stromquelle

Claims

1. Diagnoseverfahren zur korrekten Behandlung von Unstetig keiten bei der Schaltungs- oder Mixed-Signal-Simulation,
wobei sich die elektrische Schaltung in eine Vielzahl von Elementen gliedert,
wobei ein Abbild der elektrischen Schaltung vorliegt, das folgende Merkmale aufweist:

- das Abbild liegt sowohl als Netzwerkgraph als auch als System differential-algebraischer Gleichungen der Form
F(x', x, t) = 0
vor,
- im Abbild sind Werte für die an bestimmten Kapazitä ten (3, 8) anliegenden Spannungen vorgebbar,
- das Abbild wird zu einem Unstetigkeitszeitpunkt be trachtet,

wobei unter Verwendung der Informationen des Netzwerkgra phen ein weiterer Graph gebildet wird,
wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:

a) Bilden eines neuen Graphen, der alle Zweige von Span nungsquellen (7) eines vorhandenen Netzwerkgraphen auf weist,
b) Sukzessives Hinzunehmen aller Zweige von Kapazitä ten (3) des Netzwerkgraphen zu dem neuen Graphen, für die Zweigspannungen vorgegeben sind, und Überprüfen je der Kapazität (3), ob der Zweig der Kapazität (3) eine Schleife des Graphen schließt und falls dies der Fall ist: Kennzeichnen der betreffenden Kapazität (3),
c) Sukzessives Hinzunehmen aller Zweige von Kapazitä ten (8) des Netzwerkgraphen, für die keine Zweigspan nungen vorgegeben sind, zu dem neuen Graphen und Über prüfen jeder Kapazität (8), ob der Zweig der Kapazität (8) eine Schleife des Graphen schließt und falls dies der Fall ist: Kennzeichnen der betreffenden Kapazität (8),
d) Überprüfen, ob eine Kapazität (3) gekennzeichnet ist, für die eine Zweigspannung vorgegeben worden ist und falls dies der Fall ist: Ausgeben einer Fehlermeldung,
e) Ersetzen derjenigen nicht gekennzeichneten Kapazitä ten (3), für die Werte vorgegeben sind, durch Span nungsquellen (12), die den vorgegebenen Wert einprägen, sowie durch parallel dazu angeordnete Stromquel len (11), die den Wert des vor dem Unstetigkeitszeit punkt durch die Kapazität (3) fließenden Stroms einprä gen,
f) Ersetzen derjenigen nicht gekennzeichneten Kapazitäten, für die keine Werte vorgegeben sind, durch Spannungs quellen, die den Wert der vor dem Unstetigkeitszeit punkt anliegenden Zweigspannung einprägen, sowie durch parallel angeordnete Stromquellen, die den Wert des vor dem Unstetigkeitszeitpunkt durch die Kapazität fließen den Stroms einprägen,
g) Ersetzen der, gekennzeichneten Kapazitäten (8) durch Stromquellen (13), die den Wert des vor dem Unstetig keitszeitpunkt durch die Kapazität (8) fließenden Stro mes einprägen,
h) Aufstellen und Lösen von DC-Gleichungen des neuen Gra phen,
i) Übertragen der Lösungswerte auf den Netzwerkgraphen.

2. Computerprogrammprodukt sowie Computerprogramm zur Ausfüh rung eines Diagnoseverfahrens zur korrekten Behandlung von Unstetigkeiten bei der Schaltungs- oder Mixed-Signal- Simulation, das so ausgebildet ist, daß ein Verfahren ge mäß Anspruch 1 ausführbar ist.

3. Computerprogramm nach Anspruch 2, das auf einem Speicher medium enthalten ist.

4. Computerprogramm nach Anspruch 2, das in einem Computer speicher abgelegt ist.

5. Computerprogramm nach Anspruch 2, das in einem Direktzu griffsspeicher enthalten ist.

6. Computerprogramm nach Anspruch 2, das auf einem elektri schen Trägersignal übertragen wird.

7. Datenträger mit einem Computerprogrammprodukt bzw. Compu terprogramm nach Anspruch 2.

8. Verfahren, bei dem ein Computerprogrammprodukt bzw. Compu terprogramm nach Anspruch 2 aus einem elektronischen Da tennetz auf einen an das Datennetz angeschlossenen Compu ter heruntergeladen wird.