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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein Makromodell einer integrierten Halbleiterschaltung und auf ein Schaltungsentwurfssimulationsprogramm und einen Schaltungsentwurfssimulator, die ein solches Makromodell verwenden.
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STAND DER TECHNIK
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Als Hilfsmittel für den Entwurf eines integrierten Halbleiterschaltkreises werden üblicherweise Simulationsprogramme (z. B. SPICE [Simulationsprogramm mit Schwerpunkt auf integrierten Schaltkreisen]) verwendet. Ein Schaltungsentwurfssimulationsprogramm ist ein Softwareprogramm, das einen Computer, der es ausführt, als Schaltungsentwurfssimulator fungieren lässt. Mit einem Schaltungsentwurfssimulator kann eine analoge Schaltung erstellt werden, indem verschiedene Simulationsmodelle (Modelle passiver Elemente wie ein Widerstand und ein Kondensator, Modelle aktiver Elemente wie ein Transistor und eine Diode und Makromodelle wie ein Operationsverstärker) mit einer Spannungsquelle, einer Stromquelle, einer Verdrahtung und dergleichen kombiniert werden, um das Verhalten der Schaltung zu simulieren.
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Ein Beispiel für eine bekannte Technologie, die mit dem soeben Erwähnten zusammenhängt, ist dem unten angegebenen Patentdokument 1 zu entnehmen.
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ZITIERLISTE
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PATENTLITERATUR
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Patentdokument 1: Ungeprüfte japanische Patentanmeldung mit Veröffentlichungs-Nr.
2012-216187 -
ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG
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TECHNISCHE AUFGABE
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Bedauerlicherweise lassen herkömmliche Makromodelle in Bezug auf Genauigkeit und Vielseitigkeit Raum für Verbesserungen.
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Die vorliegende Offenbarung zielt darauf ab, ein hochgenaues und vielseitiges Makromodell einer integrierten Halbleiterschaltung sowie ein Schaltungsentwurfssimulationsprogramm und einen Schaltungsentwurfssimulator bereitzustellen, die ein solches Makromodell verwenden.
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LÖSUNG DER AUSFGABE
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Gemäß einem Aspekt des hierin Offenbarten ist ein Makromodell einer integrierten Halbleiterschaltungsvorrichtung zur Verwendung in einem Schaltungsentwurfssimulator vorgesehen und umfasst: eine Vielzahl von Funktionsblöcken, die eingerichtet sind, die Eigenschaften der integrierten Halbleiterschaltungsvorrichtung in dem Schaltungsentwurfssimulator annähernd oder äquivalent darzustellen; und einen Eigenschaftseinstellblock, der eingerichtet ist, unter Verwendung von Array-Daten, die von Auswertungsmessdaten abgeleitet sind, die durch tatsächliche Messung mit der integrierten Halbleiterschaltungsvorrichtung erhalten wurden, mindestens einen internen Parameter aus einer Vielzahl von internen Parametern, die in der Vielzahl von Funktionsblöcken eingestellt sind, einzustellen.
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Weitere Merkmale, Elemente, Schritte, Vorteile und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung werden durch die folgende detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungsfiguren deutlicher.
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VORTEILHAFTE WIRKUNGEN DER ERFINDUNG
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Gemäß der vorliegenden Offenbarung ist es möglich, ein hochgenaues und vielseitiges Makromodell einer integrierten Halbleiterschaltungsvorrichtung bereitzustellen und ein Schaltungsentwurfssimulationsprogramm und einen Schaltungsentwurfssimulator bereitzustellen, die ein solches Makromodell verwenden.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGSFIGUREN
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- 1 ist eine Ansicht, die ein aktuelles Schaltungsbeispiel eines Operationsverstärkers zeigt.
- 2 ist eine Ansicht, die ein Vergleichsbeispiel für ein Makromodell zeigt.
- 3 ist eine Ansicht, die die Eigenschaften des Operationsverstärkers zeigt.
- 4 ist eine Ansicht, die ein Makromodell gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt.
- 5 ist eine Ansicht, die ein Makromodell gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt.
- 6 ist eine Ansicht, die den Interpolationsvorgang für einen internen Parameter zeigt.
- 7 ist eine Ansicht, die ein Konfigurationsbeispiel für einen Schaltungsentwurfssimulator zeigt.
- 8 ist eine Ansicht, die ein Konfigurationsbeispiel eines Schaltungsentwurfssimulationsprogramms zeigt.
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BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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<Operationsverstärker>
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1 ist eine Ansicht, die ein aktuelles Schaltungsbeispiel eines Operationsverstärkers zeigt. Der Operationsverstärker 100 dieses Konfigurationsbeispiels umfasst N-Kanal-MOS-Feldeffekttransistoren N1 bis N5, P-Kanal-MOS-Feldeffekttransistoren P1 bis P3, Widerstände R1 bis R2 und einen Kondensator C1.
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Ein Anschluss des Widerstandes R1 und die Sources der Transistoren P1, P2 und P3 sind alle mit dem Versorgungsspannungsknoten (d.h. einem Anwendungsanschluss für eine Versorgungsspannung VCC) des Operationsverstärkers 100 verbunden. Der zweite Anschluss des Widerstands R1 ist mit dem Drain des Transistors N3 verbunden. Die Gates der Transistoren P1 und P2 sind beide mit dem Drain des Transistors Pl verbunden. Der Drain des Transistors P2, das Gate des Transistors P3 und der erste Anschluss des Widerstands R2 sind alle mit dem Drain des Transistors N2 verbunden. Der zweite Anschluss des Widerstands R2 ist mit dem ersten Anschluss des Kondensators C1 verbunden. Die Drains der Transistoren P3 und N5 und der zweite Anschluss des Kondensators C1 sind alle mit dem Ausgangsknoten (d.h. einem Ausgangsanschluss für ein Ausgangssignal OUT) des Operationsverstärkers 100 verbunden.
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Das Gate des Transistors N1 ist mit dem nicht-invertierenden Eingangsknoten (d.h. einem Eingangsanschluss für ein erstes Eingangssignal INP) des Operationsverstärkers 100 verbunden. Das Gate des Transistors N2 ist mit dem nicht-invertierenden Eingangsknoten (d.h. einem Eingangsanschluss für ein zweites Eingangssignal INN) des Operationsverstärkers 100 verbunden. Die Sources der Transistoren N1 und N2 sind beide mit dem Drain des Transistors N4 verbunden. Die Gates der Transistoren N3, N4 und N5 sind alle mit dem Drain des Transistors N3 verbunden. Die Sources der Transistoren N3, N4 und N5 sind alle mit dem Bezugsspannungsknoten (d. h. einem Anwendungsanschluss für eine Bezugsspannung VSS) des Operationsverstärkers 100 verbunden.
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Der Operationsverstärker 100 dieses Konfigurationsbeispiels verstärkt die Differenz zwischen dem ersten und zweiten Eingangssignal INP und INN mit einer Verstärkung α, um ein Ausgangssignal OUT (= α × (INP - INN)) zu erzeugen.
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Bei integrierten Halbleiterschaltungen (LSI-Produkten im Allgemeinen) ist es für ein hochgenaues Simulationsmodell, das alle tatsächlichen Betriebsbedingungen abdeckt, erforderlich, alle Schaltungselemente (Transistoren, Widerstände, Kondensatoren usw.), aus denen eine integrierte Halbleiterschaltung besteht, mit Elementmodellen darzustellen und ein Modell einer tatsächlichen analogen Schaltung (im Folgenden als Modell bezeichnet) zu erstellen.
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Bei einer solchen Methode dauert jedoch selbst die Simulation eines kleinen integrierten Halbleiterschaltkreises sehr lange, bis ein Schaltungsentwurfssimulator (z. B. ein Computer) die Berechnungen durchgeführt hat. Insbesondere die Simulation eines großen Systems, wie z. B. einer Leiterplatte (PCB), die eine integrierte Halbleiterschaltung umfasst, nimmt zu viel Zeit in Anspruch und kann zu einem langsamen Fortschritt bei der Systementwicklung führen.
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Auf diese Weise ist es nicht realistisch, eine tatsächliche analoge Schaltung selbst zu modellieren, um die Genauigkeit der Simulation einer integrierten Halbleiterschaltung zu verbessern. Daher wird im Allgemeinen ein Verfahren verwendet, bei dem eine tatsächliche analoge Schaltung durch eine einfache oder äquivalente Schaltung dargestellt und modelliert wird.
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<Makromodell (Vergleichsbeispiel)>
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2 ist eine Ansicht, die ein Vergleichsbeispiel (d.h. ein allgemeines Konfigurationsbeispiel, das mit einer später beschriebenen Ausführungsform verglichen werden soll) eines Makromodells zeigt, das den Operationsverstärker 100 simuliert. Das Makromodell 10 dieses Vergleichsbeispiels umfasst einen Stromversorgungsblock 11 und einen Filterblock 12 als eine Vielzahl von Funktionsblöcken, die eingerichtet sind, die Eigenschaften des Operationsverstärkers 100 auf dem Schaltungsentwurfssimulator annähernd oder gleichwertig darzustellen.
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Der Stromversorgungsblock 11 umfasst eine Gleichstromquelle E1, die den Eingang des ersten und zweiten Eingangssignals INP und INN empfängt. Ein Ausgangsspannungswert V der Gleichstromquelle E1 ist je nach der Differenz zwischen dem ersten und dem zweiten Eingangssignal INP und INN variabel und entspricht einem internen Parameter zur Darstellung der Gleichstromverstärkung des Operationsverstärkers 100.
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Der Filterblock 12 ist ein einstufiges RC-Filter, das die Ausgangsspannung der Gleichstromquelle E1 glättet, um das Ausgangssignal OUT zu erzeugen, und umfasst einen Widerstand R11 und einen Kondensator C11. Der Widerstandswert R des Widerstands R11 und der Kapazitätswert C des Kondensators C11 entsprechen jeweils einem internen Parameter zur Darstellung der Bandbreite des Operationsverstärkers 100.
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3 ist ein Bode-Diagramm (oben:
- Verstärkungsdarstellung, unten: Phasendarstellung), das die Eigenschaften des Operationsverstärkers 100 zeigt. In den Verstärkungs- und Phasendiagrammen stellen die horizontalen Achsen die Frequenz dar. Andererseits stellen die vertikalen Achsen in den Verstärkungs- und Phasendiagrammen die Verstärkung bzw. die Phase in Abhängigkeit von der Frequenz dar.
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Bei der Erstellung des Makromodells 10 des Operationsverstärkers 100 werden verschiedene interne Parameter (der Ausgangsspannungswert V, der Widerstandswert R und der Kapazitätswert C) so eingestellt, dass sich die in 3 dargestellten Eigenschaften ergeben.
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Durch die Verwendung eines solchen Makromodells 10 ist es möglich, die Rechenlast des Schaltungsentwurfssimulators zu reduzieren und Simulationsergebnisse in kürzerer Zeit zu erhalten.
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Je nach der zu modellierenden integrierten Halbleiterschaltung gibt es jedoch häufig Fälle, in denen keine einfache oder äquivalente Schaltung gefunden wird, die die Eigenschaften des Halbleiterschaltkreises richtig darstellen kann. In diesem Fall können die Eigenschaften der integrierten Halbleiterschaltung im Makromodell nicht richtig wiedergegeben werden, was die Genauigkeit der Simulation beeinträchtigt.
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Im Makromodell 10 des Vergleichsbeispiels sind einige der Betriebsbedingungen (die Versorgungsspannung, die Umgebungstemperatur usw.) auf die im Datenblatt des Operationsverstärkers 100 angegebenen typischen Werte festgelegt. Das heißt, dass kein Aspekt der Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen (Abhängigkeit von der Versorgungsspannung, der Umgebungstemperatur usw.) des Operationsverstärkers 100 im Makromodell 10 wiedergegeben wird.
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Wenn also bei den Betriebsbedingungen des Makromodells 10 beispielsweise die Umgebungstemperatur auf Raumtemperatur (25 °C) festgelegt ist, ist es nicht möglich, die Eigenschaften des Operationsverstärkers 100 bei hohen Temperaturen (z. B. 75 °C) oder bei niedrigen Temperaturen (z. B. -10 °C) genau zu simulieren.
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Mit dem Makromodell 10 des Vergleichsbeispiels ist es zum Beispiel nicht möglich, den Betrieb eines Systems wie einer Leiterplatte, die den Operationsverstärker 100 umfasst, mit einer Simulation zu verifizieren, wenn dessen Betriebsbedingungen geändert werden. Ob eine Änderung der Betriebsbedingungen des Makromodells 10 den Betrieb des Systems beeinträchtigt oder nicht, muss daher durch Rückschlüsse aus dem Datenblatt beurteilt werden, und ein System, das die Verifizierung in einer Simulation bestanden hat, besteht die Verifizierung in der Phase der Testproduktion gegebenenfalls nicht.
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Was eine Methode zur Wiedergabe der Abhängigkeit der Betriebsbedingungen des Operationsverstärkers 100 (wie z. B. der Abhängigkeit von der Versorgungsspannung und der Umgebungstemperatur) im Makromodell 10 betrifft, so können beispielsweise verschiedene interne Parameter (der Ausgangsspannungswert V, der Widerstandswert R und der Kapazitätswert C) des Makromodells 10 als Funktionen der Versorgungsspannung, der Umgebungstemperatur und dergleichen eingestellt werden. Um das Verhalten des Operationsverstärkers 100 mit einer solchen Methode genau abzubilden, ist es jedoch notwendig, im Voraus geeignete Funktionen abzuleiten, was viel Know-how und viele Stunden an Untersuchungen erfordert.
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In Anbetracht der obigen Ausführungen werden im Folgenden einige Ausführungsformen des Makromodells 10 vorgestellt, die das Verhalten einer integrierten Halbleiterschaltung in realen Umgebungen genau simulieren können.
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<Makromodell (Erste Ausführungsform)>
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4 ist eine Ansicht, die ein Makromodell gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt, das den Operationsverstärker 100 simuliert. Das Makromodell 10 dieser Ausführungsform basiert auf dem zuvor besprochenen Vergleichsbeispiel (2) und umfasst darüber hinaus einen Eigenschaftseinstellblock 13.
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Der Eigenschaftseinstellblock 13 empfängt mindestens einen Betriebsbedingungsparameter, der sich auf die Betriebsbedingungen des Operationsverstärkers 100 bezieht. Beispiele von Betriebsbedingungsparametern sind z.B. die Versorgungsspannung VCC, die Bezugsspannung VSS, eine Umgebungstemperatur Ta, eine interne Temperatur Tj (eine Sperrschichttemperatur) und ein Laststrom Iload in Bezug auf den Operationsverstärker 100. In dieser Ausführungsform werden zwei Argumente als Betriebsbedingungsparameter festgelegt, nämlich ein Versorgungsspannungsbereich VCC - VSS (die Differenz zwischen der Versorgungsspannung VCC und der Bezugsspannung VSS) und die Umgebungstemperatur Ta, so dass ein Operationsverstärker 100 mit zwei Versorgungsspannungen betrieben werden kann. Die Bezugsspannung VSS kann einer Massespannung GND entsprechen.
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Der Eigenschaftseinstellblock 13 stellt mindestens einen internen Parameter aus einer Vielzahl von internen Parametern ein, die jeweils im Stromversorgungsblock 11 und im Filterblock 12 unter Verwendung von zuvor gespeicherten Array-Daten derart eingestellt werden, dass die Charakteristiken des Operationsverstärkers 100 auf dem Schaltungsentwurfssimulator die oben erwähnten Betriebsbedingungsparameter widerspiegeln. Beispiele für die Vielzahl interner Parameter sind z. B. der Ausgangsspannungswert V in Bezug auf den Stromversorgungsblock 11 und der Widerstandswert R und der Kapazitätswert C in Bezug auf den Filterblock 12. Von diesen internen Parametern können ein oder zwei als variable Werte eingestellt werden (d. h. als Ziele der Einstellung durch den Eigenschaftseinstellblock 13), oder alle drei können als variable Werte eingestellt werden.
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Hier ist es wichtig, dass die Array-Daten, die zuvor im Eigenschaftseinstellblock 13 gespeichert wurden, von Auswertungsmessdaten abgeleitet werden, die durch tatsächliche Messungen mit dem tatsächlichen Operationsverstärker 100 erhalten wurden. Die Auswertungsmessdaten können beispielsweise durch Erstellen einer Vielzahl von Bode-Diagrammen (siehe 3) erhalten werden, während die Betriebsbedingungen des Operationsverstärkers 100 variiert werden, und aus den Diagrammen die DC-Verstärkung, die Bandbreite und dergleichen des Operationsverstärkers 100 ermittelt werden, die sich mit den variierenden Betriebsbedingungen ändern. Dann können anhand der Auswertungsmessdaten die Einstellwerte der internen Parameter (der Ausgangsspannungswert V, der Widerstandswert R und der Kapazitätswert C), die in jedem der Stromversorgungsblöcke 11 und des Filterblocks 12 einzustellen sind, abgeleitet werden, und diese Einstellwerte können als die Arraydaten gespeichert werden.
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Für die oben beschriebenen Array-Daten wird vorzugsweise eine ein- oder mehrdimensionale Lookup-Table (Nachschlagetabelle) LUT verwendet, in der mindestens ein Betriebsbedingungsparameter mit mindestens einem internen Parameter verknüpft ist. In dieser Ausführungsform wird eine zweidimensionale Nachschlagetabelle LUT verwendet, in der zwei Betriebsbedingungsparameter (der Stromversorgungsbereich VCC - VSS und die Umgebungstemperatur Ta) mit drei internen Parametern (dem Ausgangsspannungswert V, dem Widerstandswert R und dem Kapazitätswert C) verknüpft sind.
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Das Makromodell 10 dieser Ausführungsform kann die Eigenschaften des Operationsverstärkers 100 mit der Kombination des Stromversorgungsblocks 11 und des Filterblocks 12 darstellen und dabei unter Verwendung der Lookup-Table LUT die internen Parameter des Stromversorgungsblocks 11 und des Filterblocks 12 für unterschiedliche Betriebsbedingungen optimieren (d. h. das Verhalten eines tatsächlichen Geräts nachbilden).
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Mit dem Makromodell 10 dieser Ausführungsform ist es zum Beispiel möglich, für ein System wie eine Leiterplatte, die den Operationsverstärker 100 umfasst, dessen Betrieb so zu verifizieren, dass alle Betriebsbedingungen abgedeckt werden, indem Simulationen unter Änderung der Betriebsbedingungen durchgeführt werden. Auf diese Weise ist es möglich, die Möglichkeit auszuschließen, dass ein System, das die Verifizierung in einer Simulation bestanden hat, die Verifizierung in der Phase der Testproduktion nicht besteht, und somit einen reibungslosen und schnellen Systementwurf zu ermöglichen.
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Das Makromodell 10 dieser Ausführungsform spiegelt die Abhängigkeit der Betriebsbedingungen (wie z. B. die Abhängigkeit von der Versorgungsspannung und der Umgebungstemperatur) des Operationsverstärkers 100 nicht durch Umwandlung der internen Parameter des Makromodells 10 in Funktionen wider, sondern durch Einstellung der internen Parameter des Makromodells 10 unter Verwendung von Array-Daten (d. h. der Lookup-Tabelle LUT), die aus den durch tatsächliche Messungen erhaltenen Auswertungsmessdaten abgeleitet werden. Mit dieser Konfiguration ist es möglich, das Verhalten eines tatsächlichen Geräts unter verschiedenen Betriebsbedingungen mit hoher Genauigkeit zu reproduzieren, ohne dass entsprechende Funktionen abgeleitet werden müssen.
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Das Makromodell 10 dieser Ausführungsform kann allgemein auf eine Reihe von Modellen angewandt werden, die zwar dieselben Funktionen wie der Operationsverstärker 100 haben, sich aber in einigen Merkmalen unterscheiden (z. B. ein Typ mit hoher Verstärkung, ein Typ mit niedriger Verstärkung, ein Typ, der mit hohen Frequenzen kompatibel ist, und ein Typ, der mit hohen Strömen kompatibel ist). Indem man etwa ein einziges Makromodell 10 als Grundlage für alle Serienmodelle erstellt und die Nachschlagetabelle LUT anhand der durch tatsächliche Messungen mit einzelnen Modellen erhaltenen Auswertungsmessdaten umschreibt, ist es möglich, das einzelne Makromodell 10 an alle Serienmodelle anzupassen.
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Indem man die Lookup-Tabelle LUT so einstellt, dass sie mindestens einen von mehreren Funktionsblöcken umgeht, ist es möglich, auch die Eigenschaften eines Modells mit ähnlicher Funktion wie der Operationsverstärker 100 zu reproduzieren.
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<Makromodell (Zweite Ausführungsform)>
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5 ist eine Ansicht, die ein Makromodell gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt, das den Operationsverstärker 100 simuliert. Das Makromodell 10 dieser Ausführungsform basiert auf der zuvor besprochenen ersten Ausführungsform (4) und enthält darüber hinaus einen Parametereinsteller ADJ als ein Schaltungselement des Eigenschaftseinstellblock 13.
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Der Eigenschaftseinstellblock 13 empfängt einen Eigenschaftsänderungsparameter K, der sich auf die Eigenschaftsänderung des Operationsverstärkers 100 bezieht. Basierend auf den internen Parametern (dem Ausgangsspannungswert V, dem Widerstandswert R und dem Kapazitätswert C), die in der Nachschlagetabelle LUT gespeichert sind, und dem Eigenschaftsänderungsparameter K erzeugt der Parametereinsteller ADJ eine Nachschlagetabelle LUT' (einen Ausgangsspannungswert V', einen Widerstandswert R' und einen Kapazitätswert C'), die die Eigenschaftsänderung des Operationsverstärkers 100 wiedergibt. Die Nachschlagetabelle LUT' entspricht hier den Array-Daten für die Eigenschaftsänderung, die die Eigenschaftsänderung des Operationsverstärkers 100 widerspiegeln.
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Wie in der Ansicht dargestellt, kann der Eigenschaftsänderungsparameter K beispielsweise ein Koeffizient sein, mit dem die internen Parameter zu multiplizieren sind. In diesem Fall ist V' = V × K, R' = R × K und C' = C × K. Der Eigenschaftsänderungsparameter K kann ein Offset sein, der zu den internen Parametern addiert oder von ihnen subtrahiert wird. In diesem Fall ist V' = V ± K, R' = R ± K und C' = C ± K. Für jeden internen Parameter kann eine Vielzahl von Eigenschaftsänderungsparametern K erstellt werden.
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Die internen Parameter (der Ausgangsspannungswert V', der Widerstandswert R' und der Kapazitätswert C') für den Stromversorgungsblock 11 und den Filterblock 12 werden mit Hilfe der oben erwähnten Lookup-Tabelle LUT' eingestellt.
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Mit dem Makromodell 10 dieser Ausführungsform ist es möglich, eine Simulation durchzuführen, die die Eigenschaftsvariationen des Operationsverstärkers 100 berücksichtigt, und somit genauere Simulationsergebnisse zu erhalten.
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<Interpolationsberechnung>
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6 ist eine Ansicht, die den Interpolationsvorgang für einen internen Parameter durch den Eigenschaftseinstellblock 13 zeigt. Die horizontale Achse im Diagramm stellt die Umgebungstemperatur Ta als ein Beispiel für einen Betriebsbedingungsparameter dar, und die vertikale Achse im Diagramm stellt den Widerstandswert R als ein Beispiel für einen internen Parameter dar.
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Wie in 6 gezeigt, hat der Eigenschaftseinstellblock 13 die Funktion, für mindestens einen internen Parameter (z. B. den Widerstandswert R) den Zwischenwert (hohler Kreis) von zwei Sollwerten (ausgefüllte Kreise) zu interpolieren, die aus der Lookup-Tabelle LUT abgeleitet sind.
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Nehmen wir zum Beispiel an, dass der einzustellende Widerstandswert R bei Ta = TaL (z.B. 25°C) RL ist und dass der einzustellende Widerstandswert R bei Ta = TaH (z.B. 75°C) RH ist. Die Beziehung zwischen der Umgebungstemperatur TaL und dem Widerstandswert RL und die Beziehung zwischen der Umgebungstemperatur TaH und dem Widerstandswert RH werden als Nachschlagetabelle LUT im Eigenschaftseinstellblock 13 gespeichert. Wenn also Ta = TaL, kann R = RL aus der Lookup-Tabelle LUT gelesen werden; wenn Ta = TaH, kann R = RH aus der Lookup-Tabelle LUT gelesen werden.
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Andererseits können für den Widerstandswert R (= RM), der eingestellt werden soll, wenn Ta = TaM (z.B. 50°C), keine Auswertungsmessdaten durch tatsächliche Messung mit dem Operationsverstärker 100 im Voraus erhalten worden sein. In diesem Fall kann R = RM nicht direkt aus der Lookup-Tabelle LUT gelesen werden.
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Im Eigenschaftseinstellblock 13 kann jedoch aus den Widerstandswerten RL (@TaL) und RH (@TaH), die aus der Lookup-Tabelle LUT abgeleitet wurden, der Widerstandswert RM (@TaM) berechnet werden, der dem Zwischenwert dieser beiden Widerstandswerte entspricht.
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Auf diese Weise ist es möglich, die Aufgabe der Gewinnung von Auswertungsmessdaten im Voraus durch eine tatsächliche Messung mit dem Operationsverstärker 100 zu minimieren und die Datengröße der Lookup-Tabelle LUT im Eigenschaftseinstellblock 13 zu komprimieren.
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Durch die dynamische Durchführung der oben beschriebenen Interpolationsoperation ist es möglich, die dynamische Änderung der Eigenschaften des Operationsverstärkers 100 mit hoher Genauigkeit und Leichtigkeit zu modellieren.
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Obwohl sich die obigen Ausführungen mit Beispielen von Makromodellen 10 befassen, die einen Operationsverstärker 100 simulieren, sind die Konfigurationen des Operationsverstärkers 100 und des Makromodells 10 dort lediglich Beispiele. Selbstverständlich können die obigen Ausführungen auch auf ein Makromodell angewendet werden, das eine beliebige integrierte Halbleiterschaltung mit Ausnahme eines Operationsverstärkers simuliert.
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<Schaltungsentwurfssimulator>
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7 ist ein Blockdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel eines Schaltungsentwurfssimulators zeigt, der das zuvor beschriebene Makromodell 10 verwendet. Der Schaltungsentwurfssimulator 210 dieses Konfigurationsbeispiels ist ein Computer mit einem Berechnungsabschnitt 211, einem Speicherabschnitt 212, einem Betätigungsabschnitt 213, einem Anzeigeabschnitt 214 und einem Kommunikationsabschnitt 215 und wird durch den Berechnungsabschnitt 211 implementiert, der ein im Speicherabschnitt 212 gespeichertes Schaltungsentwurfssimulationsprogramm 300 ausführt.
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Der Berechnungsabschnitt 211 steuert den Betrieb des Schaltungsentwurfssimulators 210 umfassend. Zum Beispiel führt der Berechnungsabschnitt 211 das im Speicherabschnitt 212 gespeicherte Schaltungsentwurfssimulationsprogramm 300 aus und führt verschiedene arithmetische Operationen durch, um den Computer als den Schaltungsentwurfssimulator 210 funktionieren zu lassen. Der Berechnungsabschnitt 211 erkennt auch Benutzeroperationen auf dem Betätigungsabschnitt 213, steuert die Anzeige verschiedener Bildschirme auf dem Anzeigeabschnitt 214, usw. Für den Berechnungsabschnitt 211 kann zum Beispiel eine CPU (Zentraleinheit) verwendet werden.
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Der Speicherabschnitt 212 wird als Speicherbereich für ein Betriebssystemprogramm und verschiedene Softwareprogramme (einschließlich des Schaltungsentwurfssimulationsprogramms 300) sowie als Speicherbereich für verschiedene Arten von Daten, die von einem Benutzer erstellt werden, und als Arbeitsbereich für verschiedene Softwareprogramme verwendet. Für den Speicherabschnitt 212 kann ein Festplattenlaufwerk, ein Solid-State-Laufwerk, ein USB-Speicher (Universal Serial Bus) und ähnliches verwendet werden.
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Der Betätigungsabschnitt 213 nimmt verschiedene Benutzeroperationen entgegen (eine Schaltungserstellungsoperation, eine Komponentenbezugsoperation, eine Sondeninstallationsoperation usw.) und überträgt sie an den Berechnungsabschnitt 211. Für den Betätigungsabschnitt 213 können eine Tastatur, eine Maus, ein Trackball, ein Stifttablett, ein Touchpanel und dergleichen verwendet werden.
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Der Anzeigeabschnitt 214 zeigt verschiedene Bildschirme (ein Schaltungserstellungsfeld, eine Komponentenpalette, ein Fenster zum Zeichnen von Wellenformen usw.) anhand von Anweisungen aus dem Berechnungsabschnitt 211 an. Für den Anzeigeabschnitt 214 kann eine Flüssigkristallanzeige oder dergleichen verwendet werden.
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Der Kommunikationsabschnitt 215 überträgt Informationen über eine Telekommunikationsleitung 220 (das Internet, ein LAN (Local Area Network) usw.) anhand von Anweisungen des Berechnungsabschnitts 211. Zum Beispiel kommuniziert der Kommunikationsabschnitt 15 Informationen über die Telekommunikationsleitung 220 mit Servern 230X bis 230Z bei Anbietern, die integrierte Halbleiterschaltungen herstellen und vertreiben, um Makromodelldateien (*.mod) und dergleichen herunterzuladen.
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Durch die Verwendung eines solchen Schaltungsentwurfssimulators 210 ist es möglich, eine Simulationsverifizierung (Bewertung der Eigenschaften, Überprüfung des Betriebs usw.) mit einer analogen Schaltung durchzuführen, bevor sie tatsächlich getestet wird.
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<Schaltkreisentwurf-Simulationsprogramm>
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8 ist eine Ansicht, die ein Konfigurationsbeispiel des Schaltungsentwurfssimulationsprogramms 300 zeigt. Das Schaltungsentwurfssimulationsprogramm 300 (z. B. ein SPICE-Schaltungsentwurfssimulationsprogramm) ist ein Softwareprogramm, das von einem Computer ausgeführt wird, damit der Computer als Schaltungsentwurfssimulator 210 fungiert (siehe 7). Das Schaltungsentwurfssimulationsprogramm 300 dieses Konfigurationsbeispiels umfasst ein Hauptprogramm 310 und eine Modellbibliothek 320. Das Schaltungsentwurfssimulationsprogramm 300 wird über ein physisches Medium wie eine optische Disk (CD-ROM, DVD-ROM usw.) oder einen Halbleiterspeicher (USB-Speicher usw.) oder über eine Telekommunikationsleitung wie das Internet übertragen oder verteilt.
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Das Hauptprogramm 310 ist die Grundlage für die Funktion des Computers als Schaltungsentwurfssimulator 210 und besteht aus einer Kombination verschiedener Modulprogramme (z.B. ein Schaltungserstellungsmodul 311, ein Bauteilbezugsmodul 312, ein Sondeninstallationsmodul 313, ein Wellenform-Zeichenmodul 314 und ein Wellenform-Analysemodul 315).
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Das Schaltungserstellungsmodul 311 ist ein Elementprogramm, das den Berechnungsabschnitt 211 und den Anzeigeabschnitt 214 veranlasst, auf dem Schaltungsentwurfssimulator 210 anhand von Eingaben in den Betätigungsabschnitt 213 eine Schaltung zu erstellen. Unter Verwendung des Betätigungsabschnitts 213 kann ein Benutzer im Schaltungserstellungsfeld Komponentensymbole (Widerstand, Kondensator, Transistor, Diode, Operationsverstärker, Spannungsquelle, Stromquelle, Verdrahtung usw.) anordnen, die auf dem Anzeigeabschnitt 214 angezeigt werden; dies führt dazu, dass das Schaltungserstellungsmodul 311 in Übereinstimmung mit der Anordnung einen textbasierten Code erstellt. Auf diese Weise kann ein Benutzer jede analoge Schaltung intuitiv erstellen, ohne den textbasierten Code direkt zu bearbeiten.
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Das Komponentenbezugsmodul 312 ist ein Elementprogramm, das dafür sorgt, dass der Berechnungsabschnitt 211 und der Anzeigeabschnitt 214 anhand von Eingaben im Betätigungsabschnitt 213 auf die Modellbibliothek 320 verweisen. Zum Beispiel kann ein Benutzer unter Verwendung des Betätigungsabschnitts 213 das Symbol für den Operationsverstärker aus der Komponentenpalette auswählen, die auf dem Anzeigeabschnitt 214 angezeigt wird; dies führt dazu, dass das Komponentenbezugsmodul 312 auf ein Makromodell 323 des Operationsverstärkers (entsprechend dem zuvor beschriebenen Makromodell 10) in der Modellbibliothek 320 verweist.
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Das Sondeninstallationsmodul 313 ist ein Elementprogramm, das den Berechnungsabschnitt 211 und den Anzeigeabschnitt 214 veranlasst, eine Sonde (Punkt zur Messung einer Spannung oder eines Stroms) auf dem Schaltplan anhand von Eingaben in den Betätigungsabschnitt 213 zu installieren. Zum Beispiel kann ein Benutzer unter Verwendung des Betätigungsabschnitts 213 mit einer Maus auf einen bestimmten Knoten im Schaltplan klicken, der auf dem Anzeigeabschnitt 214 angezeigt wird; dies veranlasst das Sondeninstallationsmodul 313, an dem angeklickten Knoten eine Sonde zu installieren.
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Das Wellenform-Zeichenmodul 314 ist ein Elementprogramm, das den Berechnungsabschnitt 211 und den Anzeigeabschnitt 214 veranlasst, die Wellenform an dem Knoten, an dem die Sonde installiert ist, anhand einer Eingabe in den Betätigungsabschnitt 213 zu zeichnen. Wenn zum Beispiel ein Benutzer, der den Betätigungsabschnitt 213 verwendet, eine Sonde am Ausgangsanschluss des Operationsverstärkers installiert, der auf dem Anzeigeteil 214 angezeigt wird, zeigt das Wellenform-Zeichenmodul 314 die Ausgangswellenform (simulierte Oszilloskop-Wellenform) des Operationsverstärkers im Wellenform-Zeichenfenster an.
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Das Wellenform-Analysemodul 315 ist ein Elementprogramm, das den Berechnungsabschnitt 211 und den Anzeigeabschnitt 214 veranlasst, die Wellenform an dem Knoten, an dem die Sonde installiert ist, anhand von Eingaben in den Betätigungsabschnitt 213 zu analysieren. Beispiele für die Wellenformanalyse, die im Wellenformanalysemodul 315 durchgeführt werden können, umfassen die Übergangsanalyse, die Gleichstromanalyse, die Kleinsignal-Wechselstromanalyse, die Rauschanalyse und dergleichen.
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Die Modellbibliothek 320 umfasst verschiedene Simulationsmodelle (ein passives Elementmodell 321, ein aktives Elementmodell 322, das Makromodell 323 usw.), die auf dem Schaltungsentwurfssimulator 210 verwendet werden, und wird als Bestandteil des Schaltungsentwurfssimulationsprogramms 300 vom Hauptprogramm 310 (insbesondere vom Komponentenbezugsmodul 312) referenziert. Das passive Elementmodell 321 ist ein Programm, mit dem der Computer das Verhalten eines passiven Elements (Widerstand, Kondensator usw.) auf dem Schaltungsentwurfssimulator 210 simuliert. Das aktive Elementmodell 322 ist ein Programm, mit dem der Computer das Verhalten eines aktiven Elements (Transistor, Diode usw.) auf dem Schaltungsentwurfssimulator 210 simulieren kann. Das Makromodell 323 des Operationsverstärkers (entsprechend dem zuvor beschriebenen Makromodell 10) ist ein Programm, mit dem der Computer das Verhalten des Operationsverstärkers auf dem Schaltungsentwurfssimulator 210 simulieren kann. Einige der oben beschriebenen Simulationsmodelle (das Modell der passiven Elemente 321, das Modell der aktiven Elemente 322 und das Makromodell 323) können kostenlos über die Telekommunikationsleitung 220 von den Servern 230X bis 230Z bei Anbietern, die integrierte Halbleiterschaltungen herstellen und vertreiben, heruntergeladen werden.
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Durch die Verwendung eines solchen Schaltungssimulationsprogramms 300 ist es möglich, einen Allzweckcomputer (Personalcomputer, Workstation usw.) als Schaltungssimulator 210 zu verwenden.
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<Übersicht>
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Im Folgenden wird ein Überblick über die verschiedenen bisher beschriebenen Ausführungsformen gegeben.
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Gemäß einem Aspekt des hierin Offenbarten ist beispielsweise ein Makromodell einer integrierten Halbleiterschaltungsvorrichtung zur Verwendung in einem Schaltungsentwurfssimulator vorgesehen und umfasst: eine Vielzahl von Funktionsblöcken, die eingerichtet sind, die Eigenschaften der integrierten Halbleiterschaltungsvorrichtung in dem Schaltungsentwurfssimulator annähernd oder gleichwertig darzustellen; und einen Eigenschaftseinstellblock, der eingerichtet ist, unter Verwendung von Array-Daten, die von Auswertungsmessdaten abgeleitet sind, die durch tatsächliche Messungen mit der integrierten Halbleiterschaltungsvorrichtung erhalten wurden, aus einer Vielzahl von internen Parametern, die in der Vielzahl von Funktionsblöcken eingestellt sind, mindestens einen internen Parameter einzustellen. (Eine erste Konfiguration.)
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In dem Makromodell gemäß der oben beschriebenen ersten Konfiguration ist der Eigenschaftseinstellblock vorzugsweise eingerichtet, mindestens einen Betriebsbedingungsparameter zu empfangen, der sich auf die Betriebsbedingungen der integrierten Halbleiterschaltungsvorrichtung bezieht. Vorzugsweise ist der Eigenschaftseinstellblock auch eingerichtet, den mindestens einen internen Parameter derart einzustellen, dass die Eigenschaften der integrierten Halbleiterschaltungsvorrichtung auf dem Schaltungsentwurfssimulator den mindestens einen Betriebsbedingungsparameter widerspiegeln. (Eine zweite Konfiguration.)
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In dem Makromodell gemäß der oben beschriebenen zweiten Konfiguration sind die Array-Daten vorzugsweise eine ein- oder mehrdimensionale Nachschlagetabelle (Lookup-Table), in der der mindestens eine Betriebsbedingungsparameter mit dem mindestens einen internen Parameter verknüpft ist. (Eine dritte Konfiguration.)
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In dem Makromodell gemäß der oben beschriebenen zweiten oder dritten Konfiguration umfasst der mindestens eine Betriebsbedingungsparameter vorzugsweise mindestens eine Versorgungsspannung, eine Bezugsspannung, eine Umgebungstemperatur, eine interne Temperatur und einen Laststrom in Bezug auf die integrierte Halbleiterschaltungsvorrichtung. (Eine vierte Konfiguration.)
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In dem Makromodell gemäß einer der oben beschriebenen ersten bis vierten Konfigurationen ist der Eigenschaftseinstellblock vorzugsweise eingerichtet, einen Eigenschaftsänderungsparameter zu empfangen, der sich auf die Eigenschaftsänderung der integrierten Halbleiterschaltung bezieht. Vorzugsweise ist der Eigenschaftseinstellblock auch eingerichtet, Arraydaten der Eigenschaftsänderungsdaten zu erzeugen, die die Eigenschaftsänderungen basierend auf den Arraydaten und dem Eigenschaftsänderungsparameter widerspiegeln. Vorzugsweise ist der Block zum Einstellen der Merkmale auch eingerichtet, dass er den mindestens einen internen Parameter unter Verwendung der Arraydaten für die Merkmalsvariation einstellt. (Eine fünfte Konfiguration.)
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In dem Makromodell gemäß einer der oben beschriebenen ersten bis fünften Konfigurationen ist der Eigenschaftseinstellblock vorzugsweise eingerichtet, für den mindestens einen internen Parameter einen Zwischenwert aus zwei aus den Arraydaten abgeleiteten Sollwerten zu interpolieren. (Eine sechste Konfiguration.)
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In dem Makromodell gemäß einer der oben beschriebenen ersten bis sechsten Konfigurationen ist die integrierte Halbleiterschaltungsvorrichtung vorzugsweise ein Operationsverstärker. (Eine siebte Konfiguration.)
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In dem Makromodell gemäß der oben beschriebenen siebten Konfiguration umfasst die Mehrzahl der Funktionsblöcke vorzugsweise einen Stromversorgungsblock, der die Gleichstromverstärkung des Operationsverstärkers darstellt, und einen Filterblock, der die Bandbreite des Operationsverstärkers darstellt. (Eine achte Konfiguration.)
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In dem Makromodell gemäß der oben beschriebenen achten Konfiguration sind die mehreren internen Parameter vorzugsweise ein Ausgangsspannungswert in Bezug auf den Stromversorgungsblock und ein Widerstandswert und ein Kapazitätswert in Bezug auf den Filterblock. (Eine neunte Konfiguration.)
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Gemäß einem anderen Aspekt des hier Offenbarten wird ein Schaltungsentwurfs-Simulationsprogramm von einem Computer ausgeführt, der einen Berechnungsabschnitt umfasst, um den Computer als Schaltungsentwurfssimulator arbeiten zu lassen. Das Programm umfasst das Makromodell gemäß einer der oben beschriebenen ersten bis neunten Konfigurationen und veranlasst den Computer, die Reaktion einer integrierten Halbleiterschaltungsvorrichtung auf dem Schaltungsentwurfssimulator zu simulieren. (Eine zehnte Konfiguration.)
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Gemäß einem weiteren Aspekt des hier Offenbarten wird ein Schaltungsentwurfssimulator durch einen Computer implementiert, der das Schaltungsentwurfssimulationsprogramm gemäß der oben beschriebenen zehnten Konfiguration ausführt. (Eine elfte Konfiguration.)
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<Weitere Modifikationen>
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Die verschiedenen technischen Merkmale, die hierin offenbart werden, können auf jede andere Art und Weise als in den oben beschriebenen Ausführungsformen implementiert werden und erlauben alle Änderungen, die ohne Abweichung von ihrem technischen Idee vorgenommen werden. Das heißt, die oben genannten Ausführungsformen sollten in jeder Hinsicht als beschreibend und nicht einschränkend verstanden werden. Der Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung wird nicht durch die Beschreibung der oben genannten Ausführungsformen, sondern durch die beigefügten Ansprüche definiert und sollte so verstanden werden, dass er alle Änderungen umfasst, die in einem Sinn und Umfang vorgenommen werden, der zu dem der Ansprüche äquivalent ist.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Makromodell
- 11
- Stromversorgungsblock (Funktionsblock)
- 12
- Filterblock (Funktionsblock)
- 13
- Eigenschaftseinstellblock
- 100
- Operationsverstärker
- 210
- Schaltungsentwurfssimulator (Computer)
- 211
- Berechnungsabschnitt
- 212
- Speicherabschnitt
- 213
- Betätigungsabschnitt
- 214
- Anzeigeabschnitt
- 215
- Kommunikationsabschnitt
- 220
- Telekommunikationsleitung (Internet)
- 230X, 230Y, 230Z
- Server
- 300
- Schaltungsentwurfssimulationsprogramm
- 310
- Hauptprogramm
- 311
- Schaltungserstellmodul
- 312
- Bauteil-Bezugsmodul
- 313
- Sondeninstallationsmodul
- 314
- Wellenform-Zeichenmodul
- 315
- Wellenform-Analysemodul
- 320
- Modellbibliothek
- 321
- passives Element-Modell
- 322
- aktives Element-Modell
- 323
- Makro-Modell
- ADJ
- Parameter-Einsteller
- C1, C11
- Kondensator
- E1
- Gleichstrom-Stromquelle
- LUT
- Lookup-Tabelle
- N1 bis N5
- N-Kanal-MOS-Feldeffekttransistor
- P1 bis P3
- P-Kanal-MOS-Feldeffekttransistor
- R1, R2, R11
- Widerstand
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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