JP2976888B2 - 回路シミュレーション方法 - Google Patents

回路シミュレーション方法

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JP2976888B2 JP8167902A JP16790296A JP2976888B2 JP 2976888 B2 JP2976888 B2 JP 2976888B2 JP 8167902 A JP8167902 A JP 8167902A JP 16790296 A JP16790296 A JP 16790296A JP 2976888 B2 JP2976888 B2 JP 2976888B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電子回路のシミュ
レーション方法に関し、特に線形素子からなる回路のイ
ンダクタンスおよび相互インダクタンスの値に不正があ
るものを検出できる回路シミュレーション方法に関す
る。
【0002】
【従来の技術】従来、電子回路の電気特性を解析するた
めにSPICEに代表される回路シミュレータが使用さ
れている。この回路シミュレータは、図6に示されるよ
うに、回路素子の接続関係を含む回路構成22と、抵抗
値,相互インダクタンス値,トランジスタのモデルパラ
メータ等を含む素子特性23との回路情報21を入力と
し、回路シミュレーション部20で、回路の直流特性、
スイッチング特性等を解析する機能を持ち、その結果を
回路特性ファイル24に出力している。その結果によ
り、回路設計者は設計結果の確認、設計案の選択等を行
なう。
【0003】このSPICE等の回路シミュレータで回
路特性を解析をする場合、対象となる回路のパラメータ
が不正てあると正常に解析できない場合があり、特に相
互インダクタンスの素子特性に不正がある場合には、本
来受動的であるべき線形回路素子網か受動性を失なうこ
とがある。この場合には、回路の節点電圧が発振してし
まいシミュレーションが出来なくなる。このように回路
の受動性を調べるには一般に回路行列の固有値の実数部
が全て正であることを調べればよい。
【0004】また、他の従来技術として特開平7―12
9637号公報には、回路シミュレータの過渡解析を利
用して回路行列の固有値を表示する方法が示されてい
る。図7はこの従来技術を説明するフロー図である。ま
ず、ステップS21で、回路情報を入力し、ステップS
22で固有値を計算する時間Tcal を読込む、次にステ
ップ23,24で回路行列を作成しその直流解析を行な
う。そしてステップS25で過渡解析を行ない、その解
析時間が時間Tcal になった時のマトリックスデータを
磁気ディスクに書込む。この過渡解析の終了後(S31
〜S36)、ステップ26の固有値表示処理として、マ
トリックスデータを読出し(S37)その固有値を計算
する(S38),そしてこの固有値の実数部をX座標
に,その虚数部をY座標に表示している(S39)。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来技術(図
7)では、次のような問題がある。まず、回路シミュレ
ーションを利用したデータを作成しているので、この回
路シミュレーションが必ず実行され、回路シミュレーシ
ョンを実行する前に、この回路が受動的であるか否かを
チェックすることが出来ない。また回路行列から固有値
を求めるのは、行列の次数が大きいとその計算に時間が
かかるため、解析対象回路が大規模の場合には適さな
い。
【0006】さらに、図7では固有値を表示した座標を
目視により受動的でない回路と判断することができる
が、その受動的でない原因が何か、すなわち回路内のど
の辺りの素子に問題があるか判断することが出来ない。
それは、試行錯誤で回路情報を変更してその固有値をチ
ェックするという作業を繰り返し実行しなければその受
動的でない原因が分らないためである。
【0007】本発明の目的は、回路シミュレータで回路
特性を解析する前に、その回路が受動的であるか否かを
判断でき、この判断を高速にできると共に、その原因の
特定を可能とした回路シミュレーション方法およびその
装置を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明の回路シミュレー
ション方法の構成は、回路シミュレータで回路特性を解
析する前に、シミュレーションすべき電子回路の回路情
報を入力し、この電子回路内に含まれる線形素子回路が
受動的であるか否かを判断し、その判断データを出力す
る回路診断工程を有することを特徴とする。
【0009】また本発明において、回路診断工程が、電
子回路のインダクタンス行列をつくり、このインダクタ
ンス行列が正値か否かをその小行列式の値を求めてチェ
ックし、その行列の対角項が正値であれば受動的である
と判断し、正値でなければ受動的でないと判断し、その
時には前記小行列式の情報から受動的でない原因である
付加情報を出力することができ、また小行列式の値を、
行列をガウス消去により計算して得られるその行列の対
角項の値により判断すると共に、付加情報を、正値でな
い個所を局部化してこの個所のインダクタンス行列の情
報とすることができる。
【0010】本発明の動作原理は、シミュレーションの
ために与えられた回路内からインダクタンスのサブ回路
を切出してインダクタンス行列をつくり、この回路が受
動的であるか否かを、そのインダクタンス行列が正値で
あるか否かで判断する。すなわち、回路のインダクタン
ス行列の(Di /Di-1 )>0(i=1,2,……n;
i はインダクタンス行列のi行i列までの小行列式で
0 =1 とする)をチェックする。
【0011】(1)一般に、図3(a)のように、電流
ベクトルJi につながった回路のインダクタンス行列L
は、電圧ベクトルUi とすると、(1)式によりに示さ
れ、これは次の(2)式で示される。
【0012】
【0013】ここでJE は電流ベクトルJのエルミート
共役を示し、この行列Lが正値であるための条件は、イ
ンダクタンス行列Lの固有値λi が全て正であることと
同じである。すあわち、λi >0(i=1,2……n)
である。 (2)これは、図3(b)のように、図3(a)の電流
ベクトルJi のうちi=1,2……,n−1の電流ベク
トルを短絡して電流ベクトルJR i(i=1,2……,n
−1)とし、電流ベクトルJn だけつないだ状態を考え
ると、(1)式は(3)式のような回路方程式となる。
この式から次の(4)(5)式が導かれる。なお、lμ
νは行列Lの(μν)成分を示す。
【0014】
【0015】これらの式からインダクタンス行列の2次
形式が次の(6)式に変形され、ここで電流ベクトルJ
* は電流ベクトルJの複素共役を示す。
【0016】
【0017】同様にして、電流ベクトルJ1 のみを短絡
した状態までを考えると、次の(7)式に変形すること
が出来る。
【0018】
【0019】これはまたハイブリッドな回路行列にも自
然に拡張でき、従って次の(8)式をチェックすること
が固有値をチェックすることと同じになる。
【0020】
【0021】(3)このチェックしたい小行列式の値
は、ガウス消去法と同しアルゴリズムで計算することが
できる。これを、図4の模式図で示した3行3列の行列
[a11〜a33]の場合で説明する。この3行3列の行列
が正値であるか否かの判断は、行列D1, (D2 /D1),
( D3 /D2)の値の正負をチェックする。この値は、図
4のステップAの行列の次式 D1 =a11>0……………(9) a22>0……………(10) a33>0……………(11) と同様である。また次のステップBでガウス消去して計
算した次の(12)(13)式、およびさらに次のステ
ップCでガウス消去して計算した次の(14)式と同様
である。
【0022】
【0023】(4)このようにインダクタンス行列が正
値であるか否かは、インダクタンス行列の対角項の全て
をチェックすることで判断することができる。これは、
(9)(12)(14)式をチェックするだけでなく、
ガウス消去で計算される対角項も含んだ(10)(1
1)(13)式もチェックすることである。これにより
受動的でない原因の局部化、計算量の減少が期待でき
る。それは、(10)式をチェックすることにより、
(12)式を満足しない場合の1つのa22≦0をチェッ
クできるため、その原因がa22であると分る。なお、ス
テップAで(10)式をチェックすれば、ガウス消去で
行列をステップBで変換する前に(12)式を満足しな
い場合の1つを判断でき、同様に(11)(13)式を
チェックすると次のステップの行列に変換する前に行列
の受動的でないことを判断でき、その原因を局部化で
き、計算量を減少させることができる。
【0024】このように本発明の構成によれば、次の特
徴がある。 (1)回路のインダクタンス行列からこの回路が受動的
かどうかを判断することができ、SPICE等の回路シ
ュミレータが実行する前に、その判断ができる。 (2)行列の正値をガウス消去による小行列式の値から
判断するので、例えばヤコビ法等で固有値を求め、この
固有値からその正値を判断するよりも、高速に判断する
ことができる。 (3)ガウス消去で値を求めることにより、受動的でな
い原因の局部化ができ、さらにその計算量を減少するこ
とができる。
【0025】
【発明の実施の形態】以下本発明について図面を参照し
て説明する。図1は本発明の一実施の形態を説明するブ
ロック図である。この回路シミュレーションシステム1
0は、受動性チェックシステム11と、SPICE等の
回路シミュレータ12とからなり、回路情報ファイル1
3から入力されて、そのチェック結果が受動的であるか
否かを表示装置14にOKまたはNGと表示すると共
に、受動的でない場合にその原因を付加情報ファイル1
5に出力し、またその解析結果を解析結果ファイル16
に出力する。
【0026】この受動的であるか否かの判定は、図2の
処理フロー図に示される。まずステップS1で、回路情
報ファイル13から回路情報を入力し、ステップS2
で、そのインダクタンス行列(n×n)を作成する。そ
して、この行列の対角項の値をチェックする(ステップ
S3〜5)。図4の3列3行の行列の場合は、まず、a
11>0か否かをチェックし、a11≦0であれば1番目の
インダクタンスに関係する回路情報が受動的でないと分
る。同様にしてa22>0,a33>0もチェックしこれら
が全て満足するなら、図4のように(12)(13)式
のガウス消去法を用いてa21, a31を0にする(ステッ
プS6,7)。次にa' 22 >0をチェックし、a' 22
0であれば、1,2番目に関係する回路情報が受動的で
ない原因と分る。同様にしてa' 33 >0もチェックし、
両方とも正値であれば(14)式によりa' 32 を0にす
る。最後にa" 33 >0をチェックし、a" 33 ≦0であれ
ば、1,2,3番目に関係する回路情報が受動的でない
原因と分る。
【0027】このように図2において、行列の対角項が
正値であるか否かを(n,n−1)成分を0にした時ま
で、すなわち行列が三角行列になる時まで繰り返えす。
これらが全て満足であれば、ステップS8で表示画面に
OKを出力して終了とし、この間に満足しない場合があ
ると、ステップS9で画面にNGを出力して終了とす
る。
【0028】
【実施例】次に、図5の回路について受動的か否かを判
断する場合を説明する。この回路は、1mHのインタク
タンスL1(L2,L3)と抵抗の回路が並列接続さ
れ、かつインタクタンスL2,L1とインタクタンスL
2,L3とで0.65,0.78の相互インダクタンス
があるとしている。この場合のインダクタンス行列は図
5のように(15)式に示されるが、これを次の(1
6)式で表す。 なお、インタクタンスの数値表現とし
て、例えば1mH,0.65mHの場合それぞれ1.0000
e−03,6.5000e−04と表現している。
【0029】
【0030】これをステップAとして、行列の対角項の
正負をチェックすると、この場合a11, a22, a33
1.0000e−03で全て正であるので、L1,L2,L3の
回路情報が正しいと判断する。次に、ステップBで、
(12)(13)式のガウス消去の計算をし、次の(1
7)式を得る。
【0031】
【0032】この行列の(2,2)(3,3)成分の正
負をチェックする。 こ場合もa' 22,a' 33 は 5.7750e
−04,1.0000e−03で両方とも正であるので、L1,L
2,L3の回路情報が正しいと判断する。最後に、ステ
ップCで、(14)式のガウス消去の計算をし、次の
(18)式を得る。
【0033】
【0034】この行列の(3,3)成分の正負をチェッ
クする。この場合a" 33 は−5.3506e−05で負であるの
で、L1,L2,L3との関係の回路情報が正しくない
と判断し、この回路が受動的でないと判断する。
【0035】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、S
PICE等の回路シミュレータ等で回路の過渡解析処理
等で原因不明の発散の発生が避けられ、回路シミュレー
タで回路特性を解析する前に、その回路が受動的である
否かを判断することができる。また、回路シミュレーシ
ョンの過渡解析の計算や行列の固有値を求める計算が不
要となり、行列をガウス消去する計算のみをすればよい
ため、その計算時間が少なくて済み、さらに受動的でな
い個所をすぐ出力することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態を説明するブロック図であ
る。
【図2】本実施形態の処理動作を説明するフロー図であ
る。
【図3】本発明の動作原理を説明するブロック図であ
る。
【図4】図3のガウス消去法を説明する行列式の模式図
である。
【図5】図4の実施例を説明する回路図である。
【図6】従来例の回路シミュレーションを説明するフロ
ー図である。
【図7】従来例の他の回路シミュレーションを説明する
フロー図である。
【符号の説明】
10 回路シミュレーションシステム 11 受動性チェックシステム 12 回路シミュレータ 13 回路情報ファイル 14 表示装置 15 付加情報ファイル 16 解析結果ファイル 20 回路シミュレーション部 21 回路情報ファイル 22 回路構成ファイル 23 素子特性ファイル 24 回路特性出力部 S1〜S10,S21〜S39 処理ステップ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平7−129637(JP,A) Ljiljana Trajkovi c,”Passivity and n o−gain properties establish global c onvergence of a ho motopy method for DC operation point s”,International S ymposium On Circui ts And System,IEE E,1990年,Vol.2,p.914〜917 (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G06F 17/50 JICSTファイル(JOIS)

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 回路シミュレータで回路特性を解析する
    前に、シミュレーションすべき電子回路の回路情報を入
    力し、この電子回路内に含まれる線形素子回路が受動的
    であるか否かを判断し、その判断データを出力する回路
    診断工程を有することを特徴とする回路シミュレーショ
    ン方法。
  2. 【請求項2】 回路診断工程が、電子回路のインダクタ
    ンス行列をつくり、このインダクタンス行列が正値か否
    かをその小行列式の値を求めてチェックし、その行列の
    対角項が正値であれば受動的であると判断し、正値でな
    ければ受動的でないと判断し、その時には前記小行列式
    の情報から受動的でない原因である付加情報を出力する
    請求項1記載の回路シミュレーション方法。
  3. 【請求項3】 小行列式の値を、行列をガウス消去によ
    り計算して得られるその行列の対角項の値により判断す
    ると共に、付加情報を、正値でない個所を局部化してこ
    の個所のインダクタンス行列の情報とする請求項2記載
    の回路シミュレーション方法。
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