DE10318202A1

DE10318202A1 - Verfahren, Bauelement und Herstellungsartikel zum Vorhersehen des elektrischen Verhaltens eines Mehrfachtorbauelements mit symmetrischen Bauelementtoren

Info

Publication number: DE10318202A1
Application number: DE10318202A
Authority: DE
Inventors: Vahe A Adamian; J Bradford Cole
Original assignee: Agilent Technologies Inc
Current assignee: Agilent Technologies Inc
Priority date: 2002-04-22
Filing date: 2003-04-22
Publication date: 2003-11-06
Also published as: JP2004030598A; US6757625B2; US20030200039A1

Abstract

Ein Verfahren zum Vorhersehen eines elektrischen Verhaltens eines Bauelements weist die Schritte des Darstellens von zumindest einem symmetrischen Anpassungsnetzwerk, das ein symmetrisches Eingangstor und ein symmetrisches Ausgangstor aufweist und ferner das Darstellen einer Verbindung zwischen dem Anpassungsnetzwerk an einem symmetrischen Ausgangstor und einem symmetrischen Eingangstor eines Bauelements auf. Eine Anpassungsnetzwerk-S-Parametermatrix wird berechnet und eine Bauelement-S-Parametermatrix wird entweder durch eine Messung oder aus einem Modell erhalten. Eine kaskadierte S-Parametermatrix für das Anpassungsnetzwerk in Kombination mit dem Bauelement wird berechnet, und aus der resultierenden kaskadierten S-Parametermatrix können kaskadierte Mischmodus-S-Parameter extrahiert werden. Die kaskadierten Mischmodus-S-Parameter assistieren einem Entwickler beim Vorhersehen und Analysieren des elektrischen Verhaltens der Differential- und unsymmetrischen Tore sowie der elektrischen Interaktion zwischen denselben.

Description

Datenübertragungsraten für digitale elektronische Geräte erhöhen sich in allen Bereichen von drahtloser und Drahtleitungs-Kommunikation. Dementsprechend erfordern digitale Datenströme für Video, hochauflösendes Fernsehen (HDTV = high-definition television), Graphiken, serielle Schnittstellen und viele andere Anwendungen eine höhere Bandbreite. Die Erhöhung der digitalen Datenübertragungsraten liegt teilweise an der wachsenden Popularität des Internets und erfordert Hochgeschwindigkeitsverbindungen zwischen Chips, funktionalen Platinen und Systemen. Wie ein Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet erkennt, sind die Daten digital, aber die Übertragungsmedien, entlang der sich die digitalen Daten bewegen, sind analog.

Die Erhöhung der Bandbreite dient dazu, die digitalen Kommunikationsschaltungen empfänglicher für Rauschquellen zu machen. Um die höheren Datenübertragungsraten zu erreichen, müssen die elektronischen Schaltungen ihre Immunität gegen elektromagnetische Interferenz verbessern, in der Lage sein, geradzahlige Oberwellen (Harmonische) zu unterdrücken und eine höhere Toleranz für nicht-ideale Massen aufweisen. Die Verwendung von symmetrischen Übertragungstopologien hilft dabei, das vorangehende zu erreichen. Dementsprechend werden symmetrische Übertragungstopologien häufiger verwendet als in der Vergangenheit. Fachleute auf dem Gebiet, die mit dem Ausdruck "symmetrische Topologie" vertraut sind, verstehen darunter, daß zwei geeignet gekoppelte Leiterleitungen vorliegen, die ein elektrisches Signal zu einem einzelnen symmetrischen Tor eines Bauelements liefern. Zwei Anschlüsse bilden ein einzelnes symmetrisches (balanced) Tor eines Bauelements, wobei jeder Anschluß mit einem der gekoppelten Leiter verbunden ist. Wie er hierin verwendet wird, bezieht sich der Ausdruck "Bauelement" auf ein Bauelement oder eine Schaltung, die ein elektrisches Verhalten aufweist. Eine Analyse symmetrischer Bauelemente kann durch Umwandeln der Standard-S-Parameter des Bauelements in Mischmodus-S-Parameter erreicht werden. Die Mischmodus-S- Parameter beschreiben Differentialtakt- und Gleichtakt- Signale, die sich in einer symmetrischen Struktur ausbreiten. Der Differentialtakt tritt auf, wenn zwei gekoppelte Leiter mit gleicher Stärke und 180° phasenverschoben im Hinblick aufeinander getrieben werden. Der Gleichtakt tritt auf, wenn zwei gekoppelte Leiter die gleiche Stärke aufweisen und phasengleich im Hinblick aufeinander sind. Ein ideales Signal in einer symmetrischen Struktur ist ein reiner Differentialtakt. Ein Differentialtakt ist vorteilhaft, da ein digitaler Hochgeschwindigkeits-Differentialempfänger eine größere Spannung erzeugen kann, relativ zu dem unsymmetrischen Fall, und eine digitale "1" darstellt, wenn die Spannungen an den gekoppelten Leitern den Zustand "1" darstellen und eine entgegengesetzte Polarität aufweisen. Auf ähnliche Weise erzeugt der Differentialempfänger eine kleinere Spannung, relativ zu dem unsymmetrischen Fall, und stellt eine digitale "0" dar, wenn die Spannungen an den gekoppelten Leitern einen Zustand "0" darstellen, und eine entgegengesetzte Polarität aufweisen. Der Zweck des Koppelns der Leiter einer Symmetrietopologie ist, zu erzwingen, daß ein Gleichtaktsignal, wie z. B. Rauschen, das in dem Rückweg der Masseebene erzeugt wird, gleichmäßig und phasengleich an beiden Leitern auftritt, wodurch es sich an dem digitalen Differentialempfänger aufhebt.

Als Teil des Toolkits bzw. der Hilfsprogrammausrüstung, die durch digitale Entwickler von Bauelementen mit unsymmetrischen (einendig; single ended) Topologien verwendet werden, wurden Test-, Meß- und Analyse-Verfahren entwickelt, um den Entwicklern zu helfen, ein elektrisches Verhalten eines Bauelements vorherzusagen, das aus mehreren verbundenen Bauelementen und Elementen eines Modells aufgebaut ist. Nach dem Vorbereiten eines Bauelemententwurfs ist der Entwickler in der Lage, das elektrische Verhalten des neu entworfenen Bauelements vorherzusagen und es mit gewünschten Verhaltensspezifikationen für das Bauelement zu vergleichen. In bestimmten Fällen stimmt das vorhergesagte elektrische Verfahren nicht mit den gewünschten Verhaltensspezifikationen überein und adressiert daher nicht den Bedarf, für den ein Bauelement entworfen wird. In einem solchen Fall wählt ein Elektronikentwickler, das neu entworfene Bauelement nicht als Prototyp zu verwenden und fährt mit dem Neuentwurf des Bauelements fort, um das gewünschte vorhergesagte Verhalten zu erreichen. Ein Verhindern des Prototyp-Schrittes für ein Bauelement mit mangelndem Verhalten verhindert die Verschwendung von Zeit und Geld und hilft, die Markteinführungszeit mit einem sich besser verhaltenden Produkt zu verbessern.

Die Agilent-Anmeldung 1364-1 mit dem Titel "De-embedding and Embedding S-Parameter Networks Using a Vector Network Analyzer" (hierin bezeichnet als "De-embedding/Embedding Application Note" bzw. Entbettung-/Einbettung-Anmeldung), lehrt ein Verfahren das "de-embedding" bzw. entbetten genannt wird. Das Entbettungsverfahren wird verwendet, um die S-Parameter eines Bauelements aus einer Messung des Bauelements zu bestimmen, das mit zwei Adaptern kaskadiert ist, und einer Messung der zwei Adapter selbst. Die Entbettung- /Einbettung-Anmeldung lehrt ferner ein Verfahren, das "embedding" bzw. Einbetten genannt wird, zum Vorhersagen des elektrischen Verhaltens eines modellierten Bauelements. Bei dem Einbettungsverfahren hilft eine Kombination von Bauelement-S-Parametern und zwei Adapter-S-Parametern, das Verhalten des Bauelements in elektrischer Kombination mit den Adaptern vorherzusagen. Die S-Parameter, die bei dem Einbettungsprozeß verwendet werden, können von dem Entbettungsprozeß erhalten werden oder können durch Modellieren einer Schaltung und Berechnen der zugeordneten S-Parameter erhalten werden. Die Verwendung des Verfahrens zum Einbetten und Entbetten liefert eine wichtige Verbindung zwischen den computergestützten Entwurfstools und den Meßtools in dem Toolkit des Elektronikentwicklers.

Eine Einschränkung des Einbettungsverfahrens, das in der Entbettungs-/Einbettungs-Anmeldung ist ist, daß die Anwendungen der Lehren auf unsymmetrische Bauelemente gerichtet sind. Der Stand der Technik liefert kein Verfahren, das an symmetrische Bauelemente anwendbar ist, doch die Verwendung von symmetrischen Bauelementen auf dem Gebiet des Elektronikentwurfs erhöht sich. Es besteht daher ein Bedarf nach einem Einbettungsverfahren, das an symmetrische Bauelemente und Schaltungen anwendbar ist.

Die Verwendung von Bauelementen und Schaltungen, die sowohl symmetrische als auch unsymmetrische Bauelementtore aufweisen, wird ebenfalls immer bedeutender. Bauelemente oder Schaltungen, die beide Torarten aufweisen, werden hierin als "Mischtorbauelemente" bezeichnet. Es wird ferner darauf hingewiesen, daß sich der Ausdruck "Bauelement" sowohl auf Bauelemente als auch auf Schaltungen bezieht. Bei Mischtorbauelementen ist es üblich, daß die unsymmetrischen Bauelementtore und die symmetrischen Tore mit einer unsymmetrischen Topologie mit einer symmetrischen Topologie schnittstellenmäßig verbunden sind, um unsymmetrische und symmetrische Topologien zusammen als ein einzelnes Arbeitssystem zu integrieren. Es besteht daher ein Bedarf nach einem Verfahren zum Vorhersehen des elektrischen Verhaltens von sowohl rein symmetrischen als auch Mischtor-Bauelementen.

Bei vielen symmetrischen Topologien möchte der Benutzer das elektrische Verhalten eines Bauelements vorhersehen, wenn dasselbe in ein Anpassungsnetzwerk eingebettet ist. Üblicherweise repräsentiert eine Modell- oder S-Parameter-Messung das Anpassungsnetzwerk. Ein Vektornetzwerkanalysator (VNA = Vector Network Analyzer) mißt die S-Parameter linearer Bauelemente. Da die meisten handelsüblichen erhältlichen VNAs auf einen 50-Ohm-Standard kalibriert sind, sind die gemessenen S-Parameter, S_D, auf eine 50-Ohm-Charakteristikimpedanz normiert. Die S-Parametermatrix, S_D, ist daher eine Funktion der charakteristischen Impedanz. Bestimmte symmetrische Bauelemente, wie z. B. symmetrische Filter, erfordern einer Normierung auf eine andere charakteristische Impedanz als die herkömmlichen 50 Ohm für unsymmetrische Bauelementtore und die herkömmlichen 100 Ohm für symmetrische Tore. Zusätzlich dazu könnte sich die Bauelementimpedanznormierung von Tor zu Tor unterscheiden. Viele handelsübliche Softwarepakete der elektronischen Entwurfsautomatisierung (Electronic Design Automation) sind zum Modellieren unsymmetrischer Anpassungsnetzwerke verfügbar, die durch ein Modell dargestellt sind und ermöglichen, daß das Modell auf eine benutzerspezifizierte Impedanz normiert wird. Es existiert kein derartiges handelsübliches Softwarepaket für symmetrische und Mischtor-Topologien. Es besteht daher ein Bedarf nach einem Verfahren zum Einbetten von reinen Differential- und Mischtor-Bauelementen, die eine Normierung auf einen beliebigen Impedanzwert ermöglichen.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Vorhersehen des elektrischen Verhaltens eines Bauelements, ein System zum Vorhersehen des elektrischen Verhaltens eines Bauelements und einen Herstellungsartikel, der ein computerlesbares Speicherungsmedium aufweist, mit verbesserten Charakteristika zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Vorhersehen eines elektrischen Verhaltens eines Bauelements gemäß Anspruch 1, ein System zum Vorhersehen eines elektrischen Verhaltens eines Bauelements gemäß Anspruch 15 und einen Herstellungsartikel, der ein computerlesbares Speicherungsmedium aufweist, gemäß Anspruch 28 gelöst.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines symmetrischen Anpassungsnetzwerks gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 eine Darstellung eines symmetrischen Impedanztranslationselements;
Fig. 3 eine Darstellung eines Nebenschluß-Netzwerkelements;
Fig. 4 eine Darstellung eines Gitternetzwerkelements (Lattice-Netzwerkelement);
Fig. 5 eine Darstellung eines symmetrischen Bauelements, das 2n symmetrische Bauelementtore aufweist, wobei das Bauelement in eine Mehrzahl von symmetrischen Anpassungsnetzwerken eingebettet ist;
Fig. 6-18 Beispiele von Schaltungselementen, die zusammen mit dem Anpassungsnetzwerk aus Fig. 1 verwendet werden können;
Fig. 19 ein Modell eines Bauelements, das ein unsymmetrisches Bauelementtor und ein symmetrisches Bauelementtor in Kombination mit einem unsymmetrischen Anpassungsnetzwerk bzw. einem symmetrischen Anpassungsnetzwerk aufweist;
Fig. 20 eine Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines unsymmetrischen Anpassungsnetzwerks gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung;
Fig. 21 eine Darstellung eines unsymmetrischen Impedanztranslationselements;
Fig. 22 eine Darstellung eines unsymmetrischen Nebenschlußnetzwerkelements;
Fig. 23 eine Darstellung eines unsymmetrischen Gitternetzwerkelements, das nach unten zu einem Reinimpedanzelement reduziert; und
Fig. 24 eine Flußdiagrammdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens, das die Lehren der vorliegenden Erfindung verwendet.
Eine Anpassungs-Schaltung oder ein -Netzwerk stellt ein elektrisches Modell dar, das die Impedanz beschreibt, die einem Bauelement präsentiert wird. Die Lehren der vorliegenden Erfindung ermöglichen eine Beschreibung einer bestimmten Anpassungsschaltung, die in Kombination mit einem Bauelement dargestellt ist. Unter spezifischer Bezugnahme auf Fig. 1 der Zeichnungen ist ein Anpassungsnetzwerk 100 gezeigt, das ein symmetrisches Eingangstor 102, das einen ersten und einen zweiten Eingangsanschluß 104, 106 aufweist, und ein symmetrisches Ausgangstor 108 aufweist, das einen ersten und einen zweiten Ausgangsanschluß 110, 112 aufweist. Das Anpassungsnetzwerk 100 ist ein Ausführungsbeispiel eines allgemeinen Schaltungsmodells, um eine Impedanz zwischen dem symmetrischen Eingangstor 102 und dem symmetrischen Ausgangstor 108 darzustellen. Das Ausführungsbeispiel des Anpassungsnetzwerks 100, das in Fig. 1 gezeigt ist, weist eine elektrische Kombination aus drei unterschiedlichen Teilschaltungen auf. Jede Teilschaltung ist mit einem jeweiligen einzelnen symmetrischen Eingangstor und einem einzelnen symmetrischen Ausgangstor dargestellt.
Herkömmliche VNAs messen Parameter eines Bauelements in einer festen Impedanzumgebung. Üblicherweise ist die feste Impedanzumgebung 50 Ohm für alle gemessenen Bauelementtore und wird als die "charakteristische Referenzimpedanz" bezeichnet. Es ist wünschenswert, eine Auswahl einer beliebigen Impedanz für jedes Tor eines Bauelements zu ermöglichen, das charakterisiert wird. Ein erster Teilschaltungsabschnitt ist ein Impedanztranslationselement 202 und ist in Fig. 2 der Zeichnungen gezeigt. Das Impedanztranslationselement 202 ist ein idealisiertes Modell eines symmetrischen 2-Tor-Schaltungselements, das eine Impedanz an einem symmetrischen Impedanztranslations-Eingangstor 204 in eine unterschiedliche Impedanz an einem symmetrischen Impedanztranslations-Ausgangstor 206 umwandelt.
Ein zweiter Teilschaltungsabschnitt isst ein allgemeines symmetrisches 2-Tor-Nebenschlußnetzwerk 302, wie in Fig. 3 gezeigt ist. Das Nebenschlußnetzwerk 302 weist ein Parallelimpedanzelement 304 auf, das zwischen einem ersten und einem zweiten Nebenschlußknoten 306, 308 angeordnet ist. Der erste Nebenschlußknoten 306 ist dem ersten Eingangsanschluß 310 und dem ersten Ausgangsanschluß 314 gemeinsam. Der zweite Nebenschlußknoten 308 ist dem zweiten Eingangsanschluß 312 und dem zweiten Ausgangsanschluß 316 gemeinsam. Der erste und der zweite Eingangsanschluß 310, 312 weisen ein erstes symmetrisches Eingangstor 318 für das Nebenschlußnetzwerk 302 auf. Der erste und der zweite Ausgangsanschluß 314, 316 weisen ein zweites symmetrisches Ausgangstor 320 für das Nebenschlußnetzwerk 302 auf. Das allgemeine Nebenschlußnetzwerk 320 weist ferner ein erstes Nebenschlußelement 322 auf, das elektrisch zwischen dem ersten Nebenschlußknoten 306 und dem gemeinsamen Potential 111 angeordnet ist, und ein zweites Nebenschlußelement 324, das elektrisch zwischen dem zweiten Nebenschlußknoten 308 und einem gemeinsamen Potential 101 angeordnet ist. Wie ein Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet erkennt, wenn ein solches Modell verwendet wird, kann eines der Impedanzelemente allgemein entweder als eine Kurzschluß- oder einer Leerlauf-Schaltung bezeichnet werden.
Ein dritter Teilschaltungsabschnitt ist ein allgemeines symmetrisches 2-Tor-Gitternetzwerk 402, wie in Fig. 4 der Zeichnungen gezeigt ist. Das Gitternetzwerk 402 weist ein erstes Reihenimpedanzelement 404 zwischen dem ersten und dem dritten Gitternetzwerkknoten 406, 410 auf. Das Gitternetzwerk 402 weist ferner ein zweites Reihenimpedanzelement 414 zwischen dem zweiten und dem vierten Gitternetzwerkknoten 408, 412 auf. Der erste und der zweite Gitternetzwerkknoten 406, 408 weisen ein symmetrisches Eingangstor 416 des Gitternetzwerks 402 auf. Der dritte und der vierte Gitternetzwerkknoten 410, 412 weisen ein symmetrisches Ausgangstor 418 des Gitternetzwerks 402 auf. Das allgemeine Gitternetzwerk 402 weist ferner ein erstes und ein zweites Kreuz- bzw. Überkreuzungs-Impedanzelement 420, 422 auf. Das erste Überkreuzungsimpedanzelement 422 ist elektrisch zwischen dem ersten und dem vierten Gitternetzwerkknoten 406, 412 angeordnet. Das zweite Überkreuzungsimpedanzelement 420 ist elektrisch zwischen dem zweiten und dem dritten Gitternetzwerkknoten 408, 410 angeordnet. Wie ein Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet erkennt, wenn ein solches Modell verwendet wird, kann eines der Impedanzelemente allgemein entweder als eine Kurzschluß- oder eine Leerlauf-Schaltung bezeichnet werden.
Das Anpassungsnetzwerk-Ausführungsbeispiel, das in Fig. 1 gezeigt ist, weist ein Impedanztranslationselement 202 und zwei Schaltungen auf, die die Kombination aus einem Nebenschlußnetzwerk 302 und einem Gitternetzwerk 402 aufweisen. Fig. 1 stellt ein Ausführungsbeispiel einer allgemeinen Schaltung dar, um eine Impedanz zwischen dem symmetrischen Eingangstor 102 und dem symmetrischen Ausgangstor 108 darzustellen. Eine komplexere Anpassungsschaltung kann als eine Kombinationsschaltung dargestellt sein, die so viele zusätzliche Nebenschluß- und Gitter-Netzwerke umfaßt wie nötig.
Unter spezifischer Bezugnahme auf Fig. 5 der Zeichnungen ist ein Mehrfachtorbauelement 500 gezeigt, das eine symmetrische Topologie aufweist. Das Bauelement 500 ist innerhalb einer Mehrzahl von symmetrischen Anpassungsnetzwerken eingebettet, die in ihrer Struktur ähnlich zum dem symmetrischen Anpassungsnetzwerk 100 sind, das in Fig. 1 der Zeichnungen dargestellt ist. Die Lehren der vorliegenden Erfindung zusammen mit dem Vorteil der Offenbarung der U.S.-Patentanmeldung mit dem Titel "Method, Apparatus, and Article of Manufacture for De-embedding and Embedding any Multiport DUT", eingereicht am 14. März 2002 (hierin "die Einbettungs-/Entbettungs-Patentanmeldung"), ermöglichen das Vorhersehen der S-Parameter des Mehrfachtorbauelements 500, das innerhalb einer Mehrzahl der symmetrischen Anpassungsnetzwerke 100 eingebettet ist. Die Einbettungs-/Entbettungs-Patentanmeldung, deren Lehren hierin durch Bezugnahme aufgenommen sind, lehrt ein Verfahren zum Vorhersehen des Verhaltens eines N-Tor-Bauelements in einem elektrischen Kontext mit einem 2N-Toradapter, mit dem dasselbe verbunden ist. Die Lehren zeigen, wie das elektrische Verhalten einer kaskadierten Kombination von zwei Bauelementen oder Schaltungen vorhergesehen werden kann, wenn die Streuparameter ("S-Parameter") von sowohl dem Bauelement als auch dem oder der Adapter, mit dem oder denen dasselbe verbunden ist, bekannt sind. Das Ergebnis ist eine kaskadierte S-Parametermatrix, S_C.
Um die Lehren der Einbettungs-/Entbettungs-Patentanmeldung zu verwenden, werden die S-Parameter von jedem der symmetrischen Anpassungsnetzwerke erhalten, die als S_M dargestellt sind. Unter spezifischer Bezugnahme auf Fig. 3 der Zeichnungen stellt 21 die komplexe Impedanz des ersten Nebenschlußelements 322 dar, 22 stellt die komplexe Impedanz des parallelen Elements 304 dar und 23 stellt das komplexe Impedanzelement des zweiten Nebenschlußelements 324 dar. Entsprechend ist die Leerlaufimpedanzmatrix, Z, des Nebenschlußnetzwerks 302 wie folgt:
Unter spezifischer Bezugnahme auf Fig. 4 der Zeichnungen stellen 24 und 27 die komplexe Impedanz des ersten und des zweiten Reihenimpedanzelements 404 bzw. 414 dar. 25 und 26 stellen die komplexe Impedanz des ersten und des zweiten Überkreuzungsimpedanzelements 422 bzw. 420 dar. Entsprechend ist die Kurzschluß-Admittanzmatrix, Y, des Gitternetzwerks 402 wie folgt:
Jedes Nebenschluß-, Reihen- und Überkreuzungs-Impedanzelement des Anpassungsnetzwerks, das in Fig. 1 der Zeichnungen dargestellt ist, kann eine einer Anzahl von Schaltungen sein. Als ein Beispiel und ausschließlich zu darstellenden Zwecken sind bestimmte der üblicheren Schaltungstopologien in den Fig. 6 bis 14 der Zeichnungen gezeigt. Ein Entwickler von symmetrischen Topologien wählt aus, jedes der Impedanzelemente 114 bis 128 in einem Modell des Anpassungsnetzwerks 100 darzustellen. Jede einzelne der Schaltungen, die in den Fig. 6 bis 14 gezeigt sind, kann bezüglich ihrer komplexen Impedanzen dargestellt sein. Dementsprechend ist jedes der Impedanzelemente 114 bis 118, das ein Bestandteil des Anpassungsnetzwerks 100 ist, mathematisch hinsichtlich einer echten und einer imaginären Impedanzkomponente dargestellt werden. Die echten und imaginären Teile jeder komplexen Impedanz, die in den Fig. 6 bis 14 gezeigt sind, werden durch die Gleichungen 3 bis bzw. 11 beschrieben.

wobei R einen Widerstand in Ohm darstellt, L die Induktivität in Henrie, C eine Kapazität in Farad und W = 2πƒ, wobei π eine Konstante ist und ƒ eine Frequenz der Operation in Hertz darstellt. Komplexere Impedanzelemente können aus Reihen- oder Parallel-Verbindungen der üblichen Topologien aufgebaut sein, die durch die Fig. 6 bis 14 gegeben sind. Als ein Beispiel ist Fig. 15 aus einer parallelen Kombination der Schaltungen aufgebaut, die in den Fig. 8 und 9 der Zeichnungen gezeigt sind. Fig. 16 ist aus einer parallelen Kombination aus den Fig. 7 und 10 aufgebaut. Fig. 17 ist aus einer parallelen Kombination aus den Fig. 6 und 11 aufgebaut. Fig. 18 ist aus einer Reihenkombination aus Fig. 6, 7 und 8 aufgebaut. Die komplexen Impedanzcharakteristika aller Schaltungen, die in den Fig. 6 bis 18 dargestellt sind, können in einer Softwarebibliothek gespeichert sein. Wenn ein Schaltungsentwickler das geeignete Anpassungsnetzwerk 100 einrichtet, kann auf spezifische Schaltungstopologien aus der Bibliothek zugegriffen werden und dieselben können in das allgemein Modell für das Anpassungsnetzwerk eingefügt werden, unter Verwendung eines herkömmlichen "Klicken-und-Fallenlassen"-Verfahrens (click and drop). Wenn alle der zugehörigen Impedanzen für das Anpassungsnetzwerk ausgewählt sind, kann die entsprechende Gesamtimpedanz berechnet werden.
Für jede Schaltung, die eine komplexe Impedanzkomponente aufweist, wenn der Q-Faktor und die Frequenz der induktiven oder kapazitiven Reaktanz spezifiziert sind, kann dann der Äquivalentwiderstand berechnet und in das Impedanzelement ersetzt werden. Der Äquivalentreihenwiderstand R_QL eines Induktors ist gegeben durch:
Der Äquivalent-Reihenwiderstand R_QC eines Kondensators ist gegeben durch:
Der Äquivalent-Parallelwiderstand R_QC eines Kondensators ist gegeben durch:
Unter spezifischer Bezugnahme auf Fig. 1 der Zeichnungen werden alle Impedanzelemente 114 bis 128 auf die bezeichnete charakteristische Referenzimpedanz, Z_ref, normiert, vor dem Berechnen der Leerlaufimpedanz, Z, und der Kurzschlußadmittanzmatrizen, Y. Üblicherweise wird die charakteristische Referenzimpedanz als 50 Ohm bezeichnet. Die S- Parametermatrix, S, bezüglich der Leerlaufimpedanz und der Kurzschlußadmittanzmatrizen ist gegeben durch:

S = (Z + I)^-1(Z + I) (15)

oder

S = (I + Y)^-1(I - Y) (16)

wobei I eine 4 mal 4 Identitätsmatrix ist, gegeben durch:
Die S-Parameter jedes Teilschaltungsabschnitts, der das Anpassungsnetzwerk 100 aufweist, können aus den Gleichungen (15) und (16) berechnet werden. Unter Verwendung der Gleichungen (1) oder (2) ist es möglich, nach der Gesamtimpedanzmatrix jeder zugehörigen Schaltung aufzulösen. Unter Verwendung der resultierenden Impedanzmatrix in den Gleichungen (15) oder (16) ist es möglich, nach der entsprechenden S-Parametermatrix der zugehörigen Schaltung aufzulösen. Unter Verwendung der Lehren der Einbettungs-/Entbettungs-Patentanmeldung ist es möglich, zwei S-Parametermatrizen zu kombinieren, um die S-Parametermatrix für die elektrische Kombination von zwei Bauelementen zu erreichen. Dieses Verfahren wird für alle Teilschaltungsabschnitte wiederholt, bis eine einzelne S-Parameter-Gesamtmatrix des Anpassungsnetzwerks 100, S_M, bestimmt ist. Die resultierende S-Parametermatrix für das Anpassungsnetzwerk 100, S_M, wird auf dieselbe charakteristische Referenzimpedanz normiert wie die Impedanz- oder Admittanz-Natrizen.
Unter spezifischer Bezugnahme auf Fig. 5 der Zeichnungen ist das symmetrische Mehrfachtor-Bauelement 500 gezeigt, eingebettet in eine Mehrzahl der symmetrischen Anpassungsnetzwerke 100. Jedes symmetrische Anpassungsnetzwerk 100 kann ein unterschiedliches Impedanznetzwerk sein, durch Auswahl unterschiedlicher zugehöriger Schaltungen für die Impedanzelemente 114-128. Jedes der Anpassungsnetzwerke 100, in dem das symmetrische Bauelement 500 eingebettet ist, weist eine unterschiedliche Anpassungsnetzwerk-S- Parametermatrix S_M auf. Die Lehren der U.S.-Patentanmeldung Seriennummer 09/954,962 mit dem Titel "Method and Apparatus For Linear Characterization of Multiterminal Single-ended or Balanced Devices", eingereicht am 7.8. September 2001, die Priorität aus der U.S.-Provisionalanmeldung Seriennummer 60/233,596 beansprucht (hierin die "'596 Provisionalanmeldung") sind hierin durch Bezugnahme aufgenommen und offenbaren ein Verfahren zum Extrahieren von Mehrfachtor- Mischmodus-S-Parametern. Das Verfahren umfaßt eine Transformation einer Mehrfachtor-Standardbauelement-S-Parametermatrix, die als S_D bezeichnet wird, in einen linearen symmetrischen Parameter, die als Mischmodus-S-Parameter bekannt sind, bezeichnet durch die Matrix S_Dmm. Die Mischmodus-S-Parameter S_Dmm liefern Ausdrücke, die die Interaktion zwischen symmetrischen und unsymmetrischen Toren des Bauelements definieren. Die "596 Provisionalanmeldung beschreibt eine allgemeine vereinheitlichende Lösung, um die unsymmetrischen und symmetrischen Parameter einer reinen symmetrischen Mehrfachtortopologie oder einer Mehrfachtor- Mischtor-Topologie zu extrahieren. Das Verfahren, das in der '596 Provisionalanmeldung offenbart ist, ist in der Lage, eine Kopplung zwischen den symmetrischen und unsymmetrischen Toren des Mehrfachtorbauelements vorherzusehen, einschließlich eines reinen Differential-, eines reinen Gleichtakt-, und eines reinen unsymmetrischen elektrischen Verhaltens, sowie die Interaktion zwischen dem Differential- und Gleichtakt-Verhalten, dem Differential- und dem unsymmetrischen Verhalten und dem unsymmetrischen und dem elektrischen Gleichtakt-Verhalten. Unter Verwendung der Lehren der Einbettungs-/Entbettungs-Patentanmeldung, wenn die S-Parameter des symmetrischen Bauelements 500, S_D, bekannt sind, ist es möglich, die S-Parameter der kaskadierten Kombination des symmetrischen Mehrfachtor-Bauelements 500 und der Mehrzahl von symmetrischen Anpassungsnetzwerken 100 zu bestimmen. Die resultierende S-Parametermatrixbezeichnung der kaskadierten Kombination ist S_C. Nach dem Bestimmen der S-Parameter der kaskadierten Kombination des symmetrischen Mehrfachtorbauelements 500 und der Mehrzahl von Anpassungsnetzwerken 100 können die resultierenden S- Parameter S_C mit dem Vorteil der Lehren der '596 Provisionalanmeldung verwendet werden, um die Mischmodus-S-Parameter der kaskadierten Kombination, S_Cmm, zu extrahieren. Die Mischmodus-S-Parameter liefern Informationen, um beim Vorhersehen und Analysieren des Differential-, Gleichtakt-, unsymmetrischen und Mischmodus-Verhaltens der kaskadierten Kombination zu helfen. Entsprechend ist es möglich, die Mischmodus-S-Parametermatrix der elektrischen Kombination des symmetrischen Bauelements, das in eine Mehrzahl von symmetrischen Netzwerken 100 eingebettet ist, aus den linearen S-Parametern des Bauelements und ein Impedanzmodell der symmetrischen Anpassungsnetzwerke 100 zu extrahieren.
Es besteht ferner ein Bedarf zum Vorhersehen des elektrischen Verhaltens eines Mischtorbauelements, d. h. eines Bauelements, das sowohl unsymmetrische als auch symmetrische Tore aufweist. Dieses Szenario ist eine Erweiterung der allgemeinen Lösung, die hierin präsentiert ist. Unter spezifischer Bezugnahme auf Fig. 19 der Zeichnungen ist ein Mischtorbauelement 1900 gezeigt. Wie dargestellt ist, ist das Mischtorbauelement 1900 ein Bauelement, das sowohl unsymmetrische als auch symmetrische Anpassungsschaltungen aufweist, die mit unterschiedlichen Toren des Bauelements 1900 verbunden sind. Es sind viele Mischtorbauelemente aktuell in Verwendung. Beispiele umfassen Unsymmetrisch-zu- Symmetrisch-Leitungsbalune, Filter, 3-dB-Leistungs-Teiler/- Kombinierer, Niedrigtemperatur-Co-fired-Keramikbauelemente und Hochleistungs-Mikroprozessorkomponenten und die integrierten Schaltungen, die dieselben stützen.
Fig. 20 stellt ein unsymmetrisches Ausführungsbeispiel eines Anpassungsnetzwerks 2000 dar. Das unsymmetrische Anpassungsnetzwerk 2000 weist eine vereinfachte Version des allgemeinen symmetrischen Anpassungsnetzwerks 100 dar. Genauer gesagt und unter spezifischer Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 4 der Zeichnungen, wenn der zweite Eingangs- und Ausgangs- Anschluß 106, 112 des symmetrischen Anpassungsnetzwerks 100 mit dem Massepotential 101 verbunden wären und der zweite Nebenschlußknoten 308 und der zweite und der vierte Reihenknoten 408 und 412 ebenfalls mit dem Massepotential 101 verbunden wären, ist das Ergebnis das unsymmetrische Anpassungsnetzwerk 2000, das in Fig. 20 gezeigt ist. Die Fig. 21 bis 23 zeigen ferner das resultierende zugehörige unsymmetrische Impedanztranslationselement 2100 und die unsymmetrischen Nebenschluß- und Gitter-Netzwerke 2200 und 2300. Wie ein Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet erkennen wird, führt das Abschließen bestimmter Knoten an dem Referenzpotential 101 zu einem viel einfacheren Impedanzweg im Vergleich zu der symmetrischen Konfiguration. Die allgemeinen Elemente, die in den Fig. 21 bis 23 gezeigt sind, werden verwendet, um die unsymmetrische Anpassungsnetzwerktopologie zu erzeugen, die in Fig. 20 gezeigt ist. Wie bei dem allgemeinen symmetrischen Anpassungsnetzwerk 100 ist es möglich, zusätzliche Ausführungsbeispiele des unsymmetrischen Anpassungsnetzwerkmodells zu erreichen, durch Verwenden zusätzlicher Nebenschluß- und Reihen-Impedanzelemente in der Schaltung, wie für die Anwendung geeignet ist. Ein Vorteil der allgemeinen Lösung, die hierin gelehrt wird ist, daß dieselbe an eine Schaltungskonfiguration angewendet werden kann, die erzeugt ist, um das symmetrische und unsymmetrische Anpassungsnetzwerk 100 und 2000 zu modellieren.
Das Ausführungsbeispiel des unsymmetrischen Anpassungsnetzwerks 2000, das in Fig. 20 gezeigt ist, weist ein erstes und ein zweites Nebenschlußimpedanzelement 2002 und 2004 und ein erstes und ein zweites Reihenimpedanzelement 2006 und 2008 auf. Um die S-Parameter des unsymmetrischen Anpassungsnetzwerks 2000 zu berechnen, wird die Leerlaufimpedanz und die Kurzschlußadmittanz für die zugehörigen Teilschaltungselemente 2001 bis 2008 berechnet.
Die Leerlauf-Nebenschlußimpedanzmatrix [Z] der Fig. 22 ist gegeben durch:
Die Kurzschluß-Reihenadmittanzmatrix [Y] der Fig. 23 ist gegeben durch:
Nach dem Bestimmen der Impedanz- oder Admittanz-Matrizen der Teilschaltungen unter Verwendung der Gleichungen (18) und (19) können die S-Parameter jeder Teilschaltung, die ein unsymmetrisches Anpassungsnetzwerk 2000 aufweist, unter Verwendung der Gleichungen (15) und (16) berechnet werden. Wie ein Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet erkennen wird, ist in diesem Fall die Matrixdimension der Gleichungen (15) und (16) 2 mal 2. Unter Verwendung der Lehren der Einbettungs-/Entbettungs-Patentanmeldung ist es möglich, die S- Parameter der kaskadierten Kombination der zwei Teilschaltungen zu bestimmen. Durch Wiederholen dieses Verfahrens mehrere Male für alle Teilschaltungen in Kombination mit der vorangehend kaskadiert angeordneten Schaltung, kann eine einzelne S-Parametermatrix für das gesamte unsymmetrische Anpassungsnetzwerk 2000 bestimmt werden. Die resultierende S-Parametermatrix wird auf dieselbe charakteristische Referenzimpedanz normiert wie die Leerlaufimpedanzmatrizen und die Kurzschlußadmittanzmatrizen der zugehörigen Teile.
Wie vorangehend erörtert wurde, ermöglichen VNAs die Charakterisierung eines Bauelements in einer festen Impedanzumgebung. Die 50-Ohm-Umgebung ist jedoch häufig nicht repräsentativ für die tatsächliche Elektrische-Impedanz- Umgebung eines Bauelements. Üblicherweise ist jedes Bauelementtor mit einer Impedanz verbunden, die einen unterschiedlichen Wert zu einer Impedanz aufweist, die mit allen anderen Bauelementtoren verbunden ist. Die Fähigkeit, ein Bauelement in einer Impedanzumgebung zu charakterisieren, die näher an der Impedanzumgebung ist, in der das Bauelement arbeiten wird, liefert eine genauere und zuverlässigere Charakterisierung. Es besteht daher ein Bedarf zum Charakterisieren eines Bauelements mit Benutzer-ausgewählten Impedanzwerten an jedem Tor des charakaerisierten Bauelements. Die Lehren der vorliegenden Erfindung ermöglichen ein Vorhersehen des elektrischen Verhaltens der kaskadierten Kombination des unsymmetrischen oder symmetrischen Bauelements 1900, 500 in Verbindung mit einem oder mehreren der unsymmetrischen oder symmetrischen Anpassungsnetzwerke 2000, 100. Unter spezifischer Bezugnahme auf die Fig. 2 und 21 sind symmetrische und unsymmetrische Impedanztranslationselemente 202 bzw. 2100 gezeigt. Die Funktion der Impedanztranslationselemente ist es, die S-Parametermatrix, die auf die charakteristische Referenzimpedanz normiert ist, auf einen unterschiedlichen Impedanzwert zu ändern. Idealerweise kann ein Schaltungsentwickler beliebig einen Normierungsimpedanzwert festlegen, der sich von dem Referenzimpedanzwert unterscheidet. Es ist ferner wünschenswert, daß jedes Tor des Bauelements 500 oder 1900 auf eine Impedanz normiert wird, die unabhängig von dem Normierungsimpedanzsatz für andere Tore des Bauelements 500 oder 1900 ist. Um diese Impedanztranslation zu erreichen, wird eine 2×2- Matrixoperation für die unsymmetrischen Anpassungsnetzwerke verwendet, und eine 4×4-Matrixoperation, wird für die symmetrischen Anpassungsnetzwerke verwendet. Die Normierungsformulierung, die hierin beschrieben ist, gilt für eine symmetrische Topologie; dafür wird eine 4-mal-4-Matrixoperation verwendet. Dieselbe Formulierung kann für den unsymmetrischen Fall verwendet werden, außer daß eine 2×2- Matrixoperation verwendet wird.
Für das symmetrische Anpassungsnetzwerk 100 kann eine Lösung für eine 4×4-S-Parametermatrix, die auf eine charakteristische Impedanz normiert ist, die sich von der charakteristischen Referenzimpedanz unterscheidet, bezüglich der Leerlaufimpedanzmatrix Z oder der Kurzschluß- Admittanzmatrix Y ausdrückt werden. Die mathematischen Gleichungen, die nach den S-Parametern als eine Funktion der Netzwerkimpedanz auflösen, normiert auf eine unterschiedliche charakteristische Impedanz, sind:

S = (Zc^-1 + c)^-1(Zc^-1 - c) (20)

und

S = (c^-1 + Yc)^-1(c^-1 - Yc) (21)

wobei die Matrix, c, eine Normierungsmatrix ist.
Die Normierungsmatrix ist so aufgebaut, daß Elemente, bei denen die tiefgestellten Reihen- und Spalten-Zeichen nicht gleich sind, einen Wert von 0 aufweisen. Wenn die tiefgestellten Reihen- und Spalten-Zeichen der Normierungsmatrix gleich sind, dann weisen die Matrixelemente einen Wert ungleich 0 auf. Entsprechend sind Werte nur entlang der Matrixdiagonalen ungleich 0. Die Werte ungleich 0 sind gleich der Quadratwurzel der charakteristischen Impedanz für jedes Tor, das normiert wird. Wenn die Normierung für ein Tor bleiben soll wie sie ist, weist das Matrixelement einen Wert der Quadratwurzel der charakteristischen Referenzimpedanz Z_ref auf. Entsprechend, wenn das Tor i auf eine unterschiedliche charakteristische Impedanz normiert werden soll als die charakteristische Referenzimpedanz, dann ist der Wert des Matrixelements in Reihe 1, Spalte i gleich der Quadratwurzel der neuen charakteristischen Impedanz, √Z_0i, wobei i gleich der Tornummer ist, die normiert werden soll. Die willkürliche Impedanznormierungsmatrix, c, für ein symmetrisches Zweitor-Bauelement oder ein unsymmetrisches Vier-Anschluß-Bauelement ist daher gegeben durch:
Wenn alle Tore auf die Referenzimpedanz normiert werden sollen, dann weisen alle Werte entlang der Matrixdiagonalen für die Normierungsmatrix einen Wert von √Z_ref auf. In diesem Fall ist die Referenzcharakteristik-Normierungsmatrix die Matrix c_ref und ist für ein symmetrisches Zweitor- Bauelement wie folgt definiert:
Die S-Parametermatrix, die auf die Referenzcharakteristik- Normierungsmatrix c_ref normiert ist, ist die Matrix S_ref. Die Matrix S ist als die S-Parametermatrix definiert, die auf die beliebige Impedanznormierungsmatrix c normiert ist. Beide normierten S-Parametermatrizen S_ref und S weisen dieselbe Leerlaufimpedanz oder Kurzschlußadmittanz auf. Die S- Parameter sind abhängig von der Normierung der charakteristischen Impedanz. S-Parameter, die auf unterschiedliche charakteristische Impedanzen normiert sind, ändern jedoch die Leerlaufimpedanz oder Kurzschlußadmittanz nicht, die jeder S-Parametermatrix entspricht. Entsprechend sind die Impedanzmatrizen, die sowohl aus der S-Parametermatrix, die auf eine charakteristische Referenzimpedanz normiert ist, und aus der S-Parametermatrix, die auf eine beliebige charakteristische Impedanz normiert ist, berechnet werden, äquivalent zueinander.
Aus den Gleichungen 20 und 21 können die Impedanz- und Admittanz-Matrizen als eine Funktion der S-Parametermatrix und der Normierungsmatrix ausgedrückt werden, wobei:

Z = c(I + S)(I - S)^-1c (24)

und

Y = c^-1(I - S)(I + S)^-1c^-1 (25)
Da der Prozeß des Normierens der S-Parametermatrix weder die Leerlaufimpedanz, Z, noch die Kurzschlußadmittanz, Y, ändert, ist es dann möglich, dieselbe Gleichung für zwei unterschiedliche Normierungsfälle anzuwenden. Unter Verwendung des Prinzips der Gleichheit der Impedanz- und Admittanz-Matrizen unabhängig von der Normierung, ist es möglich, nach der S-Parametermatrix aufzulösen, mit der beliebigen Normierung als eine Funktion der S-Parametermatrix, die auf die charakteristische Referenzimpedanz, die Referenznormierungsmatrix, C_ref, und die beliebige Normierungsmatrix, c, normiert ist. Als ein Beispiel wird Gleichung 24 verwendet, um die Impedanzmatrix, Z, als eine Funktion von sowohl der S-Parametermatrix normiert auf die charakteristische Referenzimpedanz, S_ref, und als eine Funktion der S- Parametermatrix normiert auf die beliebige Impedanzmatrix, S. festzulegen. Entsprechend gilt:

Z = c(I + S)(I - S)^-1c (26)

und

Z = c_ref(I + S(I+ S_ref)(I - S_ref)^-1c_ref (27)

Unter Verwendung des Gleichheitsprinzips können die Gleichungen für Z einander gleichgesetzt werden, wobei:

c(I + S)(I - S)^-1c = c_ref(I + S_ref)(I - S_ref)^-1c_ref (28)
Wenn nach der S-Parametermatrix, S. aufgelöst wird, gilt:

S = (I - α)(I + α)' wobei α = c^-1c_ref(I + S_ref)(I - S_ref)^-1c_refc^-1 (29)
Unter Verwendung der Admittanzmatrix gilt das nachfolgende ferner gemäß denselben Prinzipien, die in den Gleichungen 26 bis 29 ausgedrückt sind, wobei:

Y = c^-1(I - S)(I + S)^-1c^-1 (30)

und

Y = c_ref ^-1(I - S_ref)(I + S_ref)^-1c_ref ^-1 (31)
Unter Verwendung des Gleichheitsprinzips können die Gleichungen für Y einander gleichgesetzt werden, wobei:

c^-1(I - S)(I + S)^-1c^-1 = c_ref ^-1(I - S_ref)(I + S_ref)^-1c_ref ^-1 (32)
Wenn nach der S-Parametermatrix, S. aufgelöst wird, gilt:

S = (I - β)(I + β)^-1 wobei β = cc_ref ^-1(I - S_ref)(I + S_ref)^-1c_ref ^-1c (33)
Unter Verwendung der Lehren der vorliegenden Erfindung können daher die S-Parameter für die kaskadierte Kombination eines symmetrischen Bauelements, eines unsymmetrischen Bauelements oder eines Bauelements mit beiden Arten von Toren mit einem oder mehreren Anpassungsnetzwerken entweder an der charakteristischen Referenzimpedanz oder an der willkürlichen Impedanz vorhergesehen werden.
Es ist vorteilhaft, die Lehren der vorliegenden Erfindung bei einem Ausführungsbeispiel zu implementieren, das die Verarbeitungs-, Speicherungs- und Graphische-Benutzerschnittstelle-Fähigkeit eines Computers umfaßt. Unter spezifischer Bezugnahme auf Fig. 24 der Zeichnungen kann das symmetrische Anpassungsnetzwerk 100, wie z. B. das, das in Fig. 1 dargestellt ist, graphisch einem Entwickler eines Bauelements vorgelegt werden, wie z. B. das, das in Fig. 5 der Zeichnungen als symmetrisches Bauelement 500 dargestellt ist. Jedes symmetrische Tor des Bauelements 500 kann mit einem unterschiedlichen symmetrischen Anpassungsnetzwerk 100 verbunden sein, obwohl die allgemeine Schaltungstopologiedarstellung ähnlich ist. Genauer gesagt können die Schaltungskonstrukte aus Fig. 6 bis 18 sowie andere visuell dem Entwickler mit einer graphischen Benutzerschnittstelle (hierin "GUI" = graphical user interface) präsentiert werden. Zusätzlich dazu kann ein Leerlauf und ein Kurzschluß als ein Impedanzelement dargestellt sein. Eine Software auf dem Computer ermöglicht es dem Entwickler, auf eines der Schaltungskonstrukte zu "klicken" und dasselbe in eines oder mehrere der Impedanzelemente in einem der symmetrischen Anpassungsnetzwerke "fallen zu lassen". Eines oder mehrere der Anpassungsnetzwerke können in der GUI dem Entwickler von symmetrischen und Mischtor-Bauelementen repräsentiert werden. Die Software auf dem Computer ermöglicht es dem Entwickler, auf eines der Schaltungskonstrukte zu "klicken", wie in den Fig. 6-18 der Zeichnungen gezeigt ist, um dasselbe auszuwählen, und das ausgewählte Schaltungskonstrukt dann in eines oder mehrere der Impedanzelemente in einem der unsymmetrischen oder symmetrischen Anpassungsnetzwerke "fallen zu lassen". Unter spezifischer Bezugnahme auf Schritt 2402 aus Fig. 24 der Zeichnung wird dieser "klicken und fallen lassen" (dick & drop) Prozeß wiederholt, bis alle Impedanzelemente, die die unsymmetrischen oder symmetrischen Anpassungsnetzwerke 100, 2000 aufweisen, im Hinblick auf eine Schaltung definiert sind, die Impedanzwerte aufweist. Ferner, als Teil des Verfahrens, können Werte für jede elektrische Schaltung, wie z. B. Widerstand, Induktivität, Kapazität, Q-Faktor und Betriebsfrequenz nach Bedarf zugewiesen werden. Dieser Schritt kulminiert in der Darstellung aller Anpassungsnetzwerke 100, 2000 bezüglich ihrer Impedanzelemente Z1 bis Z14, die als Bezugszeichen 114-128 oder 2002-2008 gezeigt sind, und der Impedanztranslationselemente 202 oder 2001. Unter spezifischer Bezugnahme auf Schritt 2404, wenn alle der unsymmetrischen oder symmetrischen Anpassungsnetzwerke 100, 2000 mit ihren zugehörigen Schaltungen definiert sind, ist der Prozessor des Computers in der Lage, die komplexe Leerlaufimpedanzmatrix, Z, oder die komplexe Kurzschlußadmittanzmatrix, Y, aus den Gleichungen (1) oder (2) und (3) bis (11) zu berechnen. Aus der Impedanz- oder Admittanz-Matrix, Z oder Y, ist der Prozessor ferner in der Lage, die zugeordneten S-Parameter des Anpassungsnetzwerks, S_M, an der charakteristischen Referenzimpedanz zu berechnen. Unter spezifischer Bezugnahme auf Schritt 2406 ist es ferner möglich, die S-Parameter des symmetrischen Bauelements 500, S_D, an der charakteristischen Referenzimpedanz zu erhalten. Die Bauelement-S-Parameter, S_D, können durch ein Modell des Bauelements 500 und die Berechnung der erwarteten S- Parameter erhalten werden, durch eine Messung der S- Parameter eines tatsächlichen Bauelements oder aus einer Datendatei, die durch den Computer zugreifbar ist, der die geeigneten Bauelement-S-Parameter für eine Wiedergewinnung durch das vorliegende Verfahren gespeichert hat. Unter spezifischer Bezugnahme auf Schritt 2408 und unter Verwendung der Lehren der Einbettungs-/Entbettungs-Patentanmeldung ist der Prozessor in der Lage, die S-Parameter der kaskadierten Kombination des symmetrischen Bauelements 500 und die symmetrischen Anpassungsnetzwerke 100, S_C, zu berechnen. Falls erwünscht, unter Verwendung der Gleichungen (20) oder (21), ist der Prozessor ferner in der Lage, die kaskadierten S- Parameter normiert an einer beliebigen charakteristischen Impedanz für jedes Tor der Kombination des Bauelements 500 und der Anpassungsnetzwerke 100, 2000 zu berechnen. Unter spezifischer Bezugnahme auf Schritt 2410 und mit dem Vorteil der Lehren der '596 Provisionalanmeldung ist der Prozessor dann in der Lage, die Mischmodus-S-Parameter, S_Cmm, der resultierenden S-Parametermatrix, S_C, zu extrahieren, um die Vorhersage des elektrischen Verhaltens des symmetrischen Bauelements 500 zu unterstützen, das in der Mehrzahl von Anpassungsnetzwerken 100, 2000 eingebettet ist. Die softwarebasierte Implementierung des symmetrischen Falls, wie in Fig. 24 der Zeichnungen dargestellt und oben offenbart ist, kann für den unsymmetrischen sowie den Mischtor- Fall angepaßt und verwendet werden. Ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung kann unter Verwendung eines Personalcomputers mit einer Microsoft Windows Betriebsumgebung unter Verwendung von Microsoft Visual Studio 6.0, Roguewave Stringray Studio, Roguewave Math H++ und der Victor Imaging Processing Library-Softwarepakete implementiert sein.

Claims

1. Verfahren zum Vorhersagen des elektrischen Verhaltens eines Bauelements (500; 1900), das folgende Schritte aufweist:
Darstellen von zumindest einem symmetrischen Anpassungsnetzwerk (100), das ein symmetrisches Eingangstor (102) und ein symmetrisches Ausgangstor (108) aufweist,
Darstellen einer Verbindung des zumindest einen Anpassungsnetzwerks zwischen dem symmetrischem Ausgangstor (108) und einem symmetrischen Tor des Bauelements (500),
Berechnen einer Anpassungsnetzwerk-S-Parametermatrix (S_M),
Erhalten einer Bauelement-S-Parametermatrix (S_D),
Berechnen einer kaskadierten S-Parametermatrix (S_C) für das Anpassungsnetzwerk (100) in Kombination mit dem Bauelement (500), und
Extrahieren von kaskadierten Mischmodus-S-Parametern (S_Cmm) aus der kaskadierten S-Parametermatrix.

2. Verfahren zum Vorhersehen gemäß Anspruch 1, bei dem der Schritt des Darstellens des zumindest einen Anpassungsnetzwerks (100) ferner die Schritte des Darstellens des zumindest einen Anpassungsnetzwerks mit einer Kombination aus einem Nebenschlußnetzwerk (302) und einem Gitternetzwerk (402) aufweist.

3. Verfahren zum Vorhersehen gemäß Anspruch 2, das ferner den Schritt des Darstellens des zumindest einen Anpassungsnetzwerks mit einem Impedanztranslationselement (202) aufweist.

4. Verfahren zum Vorhersehen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem das zumindest eine Anpassungsnetzwerk (100) eine kaskadierte Kombination eines symmetrischen Impedanztranslationselements (202), eines ersten Nebenschlußnetzwerks (114, 116, 117), eines ersten Gitternetzwerks (118-121), eines zweiten Nebenschlußnetzwerks (122-124) und eines zweiten Gitternetzwerks (125-128) aufweist, wobei
jedes Nebenschlußnetzwerk ein Parallelimpedanzelement (304) zwischen einem ersten und einem zweiten Nebenschlußknoten (306, 308) und ein erstes und ein zweites Nebenschlußelement (322, 324) zwischen dem ersten bzw. dem zweiten Nebenschlußknoten (306 bzw. 308) und einem Referenzpotential (101) aufweist, und
jedes Gitternetzwerk ein erstes Reihenimpedanzelement (40) zwischen dem ersten und dem dritten Gitterknoten (406, 410), ein zweites Gitterimpedanzelement (414) zwischen dem zweiten und dem vierten Gitterknoten (408, 412), ein erstes Überkreuzungsimpedanzelement (422) zwischen dem ersten und dem vierten Gitterknoten (406, 412) und ein zweites Überkreuzungsimpedanzelement (420) zwischen dem zweiten und dem dritten Gitterknoten (408, 410) aufweist,
Berechnen einer entsprechenden Anpassungsnetzwerk-S- Parametermatrix (S_M), und
Charakterisieren von zumindest einem Tor des Bauelements (100) in elektrischer Kombination mit dem Anpassungsnetzwerk (100).

5. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem der Schritt des Berechnens der Anpassungsnetzwerk-S- Parametermatrix ferner folgende Schritte aufweist:
Berechnen einer Leerlaufimpedanzmatrix (Z) für sowohl das erste als auch das zweite Nebenschlußnetzwerk und Berechnen einer Kurzschlußadmittanzmatrix für sowohl das erste als auch das zweite Gitterimpedanznetzwerk, Berechnen einer Impedanzmatrix für das Anpassungsnetzwerk und Umwandeln der Impedanzmatrix in die Anpassungsnetzwerk-S-Parametermatrix.

6. Verfahren gemäß Anspruch 5, das ferner den Schritt des Normierens der kaskadierten S-Parametermatrix auf eine beliebige charakteristische Impedanz aufweist.

7. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, das ferner den Schritt des Extrahierens der Mehrfachtor- Mischmodus-S-Parameter aus der S-Parametermatrix aufweist.

8. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, das ferner den Schritt des Darstellens von zumindest einem unsymmetrischen Anpassungsnetzwerk in elektrischer Kombination mit zumindest einem unsymmetrischen Tor des Bauelements aufweist.

9. Verfahren gemäß Anspruch 8, das ferner den Schritt des Darstellens einer Mehrzahl von unsymmetrischen Toren in elektrischer Kombination mit einer jeweiligen Mehrzahl der unsymmetrischen Tore des Bauelements aufweist.

10. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, das ferner den Schritt des Wiederholens der Schritte des Darstellens und Berechnens für mehrere symmetrische Tore des Bauelements aufweist.

11. Verfahren gemäß Anspruch 10, bei dem der Schritt des Darstellens für Gleichtakttore des Bauelements gilt.

12. Verfahren gemäß Anspruch 11, bei dem der Schritt des Darstellens für Differentialtore des Bauelements gilt.

13. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, das ferner den Schritt des Normierens der kaskadierten S- Parametermatrix auf einen beliebigen Impedanzwert aufweist.

14. Verfahren gemäß Anspruch 13, bei dem der Schritt des Normierens ferner das Normieren jedes Tors des Anpassungsnetzwerks (100) auf einen unterschiedlichen Impedanzwert aufweist.

15. System zum Vorhersehen eines elektrischen Verhaltens eines Bauelements, das folgende Merkmale aufweist:
ein Rechenverarbeitungselement,
eine Einrichtung zum Darstellens von zumindest einem symmetrischen Anpassungsnetzwerk (100), das ein symmetrisches Eingangstor (102) und ein symmetrisches Ausgangstor (108) aufweist,
eine Einrichtung zum Darstellens einer Verbindung des zumindest einen Anpassungsnetzwerks zwischen dem symmetrischen Ausgangstor (108) und einem symmetrischen Tor des Bauelements (500),
eine Einrichtung zum Berechnen einer Anpassungsnetzwerk-S-Parametermatrix (S_M),
eine Einrichtung zum Erhalten einer Bauelement-S- Parametermatrix (S_D),
eine Einrichtung zum Berechnen einer kaskadierten S- Parametermatrix (S_C) für das Anpassungsnetzwerk (100) in Kommunikation mit dem Bauelement (500), und
eine Einrichtung zum Extrahieren von kaskadierten Mischmodus-S-Parametern (S_Cmm) aus der kaskadierten S- Parametermatrix.

16. System gemäß Anspruch 15, das ferner eine graphische Anzeigevorrichtung zum Erhalten von externen Informationen im Hinblick auf das Anpassungsnetzwerk (100) aufweist.

17. System gemäß Anspruch 15 oder 16, bei dem die Einrichtung zum Darstellens des zumindest einen Anpassungsnetzwerks (100) ferner eine Einrichtung zum Darstellens des zumindest einen Anpassungsnetzwerks mit einer Kombination aus einem Nebenschlußnetzwerk (302) und einem Gitternetzwerk (402) aufweist.

18. System gemäß Anspruch 17, bei dem die Einrichtung zum Darstellen ferner eine Einrichtung zum Darstellen des zumindest einen Anpassungsnetzwerks (100) mit einem Impedanztranslationselement (202) aufweist.

19. System gemäß einem der Ansprüche 15 bis 18, bei dem das zumindest eine Anpassungsnetzwerk (100) eine kaskadierte Kombination aus einem symmetrischen Impedanztranslationselement (202), einem ersten Nebenschlußnetzwerk (114, 116, 117), einem ersten Gitternetzwerk (118-121), einem zweiten Nebenschlußnetzwerk (122-124) und einem zweiten Gitternetzwerk (125-128) aufweist, wobei
jedes Nebenschlußnetzwerk ein Parallelimpedanzelement (304) zwischen einem ersten und einem zweiten Nebenschlußknoten (306, 308) und ein erstes und ein zweites Nebenschlußelement (322, 324) zwischen dem ersten bzw. dem zweiten Nebenschlußknoten (306 bzw. 308) und einem Referenzpotential (101) aufweist, und
jedes Gitternetzwerk ein erstes Reihenimpedanzelement (404) zwischen dem ersten und dem dritter Gitterknoten (406, 410), ein zweites Gitterimpedanzelement (414) zwischen dem zweiten und dem vierten Gitterknoten (408, 412), ein erstes Überkreuzungsimpedanzelement (422) zwischen dem ersten und dem vierten Gitterknoten (406, 412) und ein zweites Überkreuzungsimpedanzelement (420) zwischen dem zweiten und dem dritten Gitterknoten (408, 410) aufweist,
eine Einrichtung zum Berechnen einer entsprechenden Anpassungsnetzwerk-S-Parametermatrix (S_M), und
eine Einrichtung zum Charakterisieren von zumindest einem Tor des Bauelements (500) in elektrischer Kombination mit dem Anpassungsnetzwerk (100).

20. System gemäß einem der Ansprüche 15 bis 19, bei dem die Einrichtung zum Berechnen der Anpassungsnetzwerk- S-Parametermatrix ferner folgende Merkmale aufweist:
eine Einrichtung zum Berechnen einer Leerlaufimpedanzmatrix (Z) für sowohl das erste als auch das zweite Nebenschlußnetzwerk und eine Einrichtung zum Berechnen einer Kurzschlußadmittanzmatrix (Y) für sowohl das erste als auch das zweite Gitterimpedanznetzwerk, eine Einrichtung zum Berechnen einer Impedanzmatrix für das Anpassungsnetzwerk und eine Einrichtung zum Umwandeln der Impedanzmatrix in die Anpassungsnetzwerk-S-Parametermatrix.

21. System gemäß Anspruch 20, das ferner eine Einrichtung zum Normieren der kaskadierten S-Parametermatrix (S_C) auf eine beliebige charakteristische Impedanz aufweist.

22. System gemäß einem der Ansprüche 15 bis 21, das ferner eine Einrichtung zum Extrahieren von Mehrtor-Mischmodus-S-Parametern aus der kaskadierten S-Parametermatrix aufweist.

23. System gemäß einem der Ansprüche 15 bis 22, das ferner eine Einrichtung zum Darstellen von zumindest einem unsymmetrischen Anpassungsnetzwerk (2000) in elektrischer Kombination mit zumindest einem unsymmetrischen Tor des Bauelements (1900) aufweist.

24. System gemäß Anspruch 23, das ferner eine Einrichtung zum Darstellen einer Mehrzahl von unsymmetrischen Toren in elektrischer Kombination mit einer jeweiligen Mehrzahl von unsymmetrischen Toren des Bauelements aufweist.

25. System gemäß einem der Ansprüche 15 bis 24, das ferner eine Einrichtung zum Wiederholen der Schritte des Darstellens und Berechnens für mehrere symmetrische Tore des Bauelements aufweist.

26. System gemäß einem der Ansprüche 15 bis 25, das ferner eine Einrichtung zum Normieren der S-Parametermatrix auf einen beliebigen Impedanzwert aufweist.

27. System gemäß Anspruch 26, bei dem die Einrichtung zum Normieren jedes Tor des Anpassungsnetzwerks auf einen unterschiedlichen Wert einer charakteristischen Impedanz normiert.

28. Herstellungsartikel, der ein computerlesbares Speichermedium aufweist, das eine Computersoftware umfaßt, die in demselben eingebettet ist, die verursacht, daß eine Verarbeitungseinheit das Verfahren durchführt, das folgende Schritte aufweist:
Darstellen von zumindest einem symmetrischen Anpassungsnetzwerk, das ein symmetrisches Eingangstor (102) und ein symmetrisches Ausgangstor (108) aufweist,
Darstellen einer Verbindung des zumindest einen Anpassungsnetzwerks zwischen dem symmetrischen Ausgangstor (108) und einem symmetrischen Tor des Bauelements (500),
Berechnen einer Anpassungsnetzwerk-S-Parametermatrix (S_M),
Erhalten einer Bauelement-S-Parametermatrix (S_D), Berechnen einer kaskadierten S-Parametermatrix (S_C) für das Anpassungsnetzwerk (100) in Kombination mit dem Bauelement (500) und
Extrahieren der kaskadierten Mischmodus-S-Parameter (S_Cmm) aus der kaskadierten S-Parametermatrix.

29. Herstellungsartikel gemäß Anspruch 28, bei dem der Schritt des Darstellens des zumindest einen Anpassungsnetzwerks (100) ferner die Schritte des Darstellens des zumindest einen Anpassungsnetzwerks mit einer Kombination aus einem Nebenschlußnetzwerk und einem Gitternetzwerk aufweist.

30. Herstellungsartikel gemäß Anspruch 29, der ferner den Schritt des Darstellen des zumindest einen Anpassungsnetzwerks (100) mit einem Impedanztranslationselement (202) aufweist.

31. Herstellungsartikel gemäß einem der Ansprüche 28 bis 30, bei dem das zumindest eine Anpassungsnetzwerk (100) eine kaskadierte Kombination aus einem symmetrischen Impedanztranslationselement (202), einem ersten Nebenschlußnetzwerk (114, 116, 117), einem ersten Gitternetzwerk (118-121), einem zweiten Nebenschlußnetzwerk (122-124) und einem zweiten Gitternetzwerk (125-128) aufweist, wobei
jedes Nebenschlußnetzwerk ein paralleles Impedanzelement (304) zwischen dem ersten und dem zweiten Nebenschlußknoten (306, 308) und ein erstes und ein zweites Nebenschlußelement (322, 324) zwischen dem ersten bzw. dem zweiten Nebenschlußknoten (306 bzw. 308) und einem Referenzpotential (101) aufweist, und
jedes Gitternetzwerk ein erstes Reihenimpedanzelement (404) zwischen einem ersten und einem dritten Gitterknoten (406, 410), ein zweites Gitterimpedanzelement (414) zwischen dem zweiten und dem vierten Gitterknoten (408, 412), ein erstes Überkreuzungsimpedanzelement (422) zwischen dem ersten und dem vierten Gitterknoten (406, 412) und ein zweites Überkreuzungsimpedanzelement (420) zwischen dem zweiten und dem dritten Gitterknoten (408, 410) aufweist,
Berechnen einer entsprechenden Anpassungsnetzwerk-S- Parametermatrix, und
Charakterisieren von zumindest einem Tor des Bauelements in elektrischer Kombination mit dem Anpassungsnetzwerk (100).

32. Herstellungsartikel gemäß einem der Ansprüche 28 bis 31, bei dem der Schritt des Berechnens der Anpassungsnetzwerk-S-Parametermatrix ferner folgende Schritte aufweist:
Berechnen einer Leerlaufimpedanzmatrix für sowohl das erste als auch das zweite Nebenschlußnetzwerk und Berechnen einer Kurzschlußadmittanznnatrix für sowohl das erste als auch das zweite Gitterimpedanznetzwerk, Berechnen einer Impedanzmatrix für das Anpassungsnetzwerk und Umwandeln der Impedanzmatrix in die Anpassungsnetzwerk-S-Parametermatrix.

33. Herstellungsartikel gemäß Anspruch 32, der ferner den Schritt des Normierens der kaskadierten S-Parametermatrix auf eine beliebige charakteristische Impedanz aufweist.

34. Herstellungsartikel gemäß Anspruch 33, bei dem der Schritt des Normierens ferner das Normieren jedes Tors des Anpassungsnetzwerks auf einen unterschiedlichen Impedanzwert aufweist.

35. Herstellungsartikel gemäß einem der Ansprüche 28 bis 34, der ferner den Schritt des Darstellens von zumindest einem unsymmetrischen Anpassungsnetzwerk in elektrischer Kombination mit zumindest einem unsymmetrischen Tor des Bauelements aufweist.