JP3983121B2

JP3983121B2 - Simulation program and simulation method

Info

Publication number: JP3983121B2
Application number: JP2002201097A
Authority: JP
Inventors: 武文並木
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2002-07-10
Filing date: 2002-07-10
Publication date: 2007-09-26
Anticipated expiration: 2022-07-10
Also published as: JP2004046407A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は物理現象の過渡的変化を解析するシミュレーションプログラムおよびシミュレーション方法に関し、特に電磁波と回路の統一的な解析を実施するシミュレーションプログラムおよびシミュレーション方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電磁波の過渡的な挙動を電子計算機（コンピュータ）を使った数値計算によって解析する方法がいくつか知られている。例えば、時間領域差分法（Finite-Difference Time-Domain Method、ＦＤＴＤ法）、伝送線路行列法（Transmission Line Matrix Method、ＴＬＭ法）などがある。ＦＤＴＤ法は、マックスウェル方程式を時間と空間において差分法で解く手法であり、「K.S.Yee, "Numerical solution of initial boundary value problems involving Maxwell's equations in isotropic media, " IEEE Trans. Antennas and Propagation, vol.14, 1966, pp.302-307.」に詳しく記載されている。また、ＴＬＭ法は、電磁場空間を等価回路で表現し、各接点で散乱行列を用いて時間軸で逐次的に計算してゆく手法であり、「P. B. Johns and R. L. Beurle, "Numerical solution of 2-dimensional scattering problems using a transmission-line matrix," IEE Proc., 118, 9, pp.1203-1208, Sep. 1971.」に詳しく記載されている。
【０００３】
一方、回路の電圧・電流の過渡的な挙動をコンピュータを使って数値計算によって解析することも、以前から行われている。そこで、電磁波解析の手法と回路解析の手法とをあわせて使用することで、電磁波と回路の統一的な解析（融合シミュレーション）を実施できることが知られている。
【０００４】
電磁波解析と回路解析との融合シミュレーションでは、シミュレーション上の時刻を進めながら、所定のタイミングで電磁波解析により得られる電流源値を回路解析に反映させる。また、別の所定のタイミングで、回路解析により得られる電界値を電磁波解析に反映させる。このように、電磁波解析機能と回路解析機能との間で、電流源値や電界値の受け渡しを適宜行うことで、正確な融合シミュレーションが可能となる。
【０００５】
電磁波解析と回路解析との融合シミュレーションとして、例えば、電磁波解析にＦＤＴＤ法を用い、回路解析にＳＰＩＣＥ(Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis)を用いる方法がある。このような技術を説明した文献として、「M. Piket-May, A. Taflove, and J. Baron, "FD-TD Modeling of digital signal propagation in 3-D circuits with passive and active loads," IEEE Trans. on Microwave Theory & Tech., MTT42, No.8, pp1514-1523,1994.」、「A.Taflove, Computational Electrodynamics, MA, Artech House, 1995. pp. 465 - 470.」、「並木, "電磁波解析と回路解析の時間領域における融合シミュレーション," 日本シミュレーション学会、第１８回計算電気・電子工学シンポジウム論文集、pp. 261-264, Nov. 1997.」、および「特開平11-153634号公報”シミュレーション装置等”」などがある。
【０００６】
このような電磁波解析と回路解析との融合シミュレーションでは、回路素子の特性とその周囲の電磁界現象とを統一的に解析することができる。特に、回路の動作周波数が高周波になるほど、周囲の電磁界が回路の動作に大きな影響をおよぼすため、融合シミュレーションは、回路中を伝搬する高周波信号の解析に非常に有用となる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の融合シミュレーションでは、回路解析機能から電磁波解析機能に送られる電気信号にＤＣ(direct current)バイアス成分（直流バイアス成分とも言う）がない場合には良好に実施されるが、ＤＣバイアス成分がある場合には解析結果の正確性を保てないという問題が生じる。
【０００８】
すなわち、電磁波解析機能の初期状態は、空間の電磁界がゼロとなるように設定されている。そのため、回路の端子においてＤＣバイアス成分があると、シミュレーション開始時に、回路解析機能から電磁波解析機能へ急峻にＤＣバイアス電圧が入力される。電磁波解析機能にＤＣバイアス電圧が急峻に入力されると、解析対象の空間内に電磁波の高周波成分が生じ、正しい解析ができなくなる。なお、電磁波解析機能に緩やかにＤＣバイアスをかけることでこの問題を回避しようとすると、定常状態になるまでに時間がかかり、シミュレーション時間の長期化を招く。
【０００９】
このように、従来の電磁波／回路解析の融合シミュレーションでは、ＤＣバイアス成分がある場合、正しい解析結果を短時間で得ることができなかった。
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、ＤＣバイアス成分があっても正しい解析結果を迅速に算出できるシミュレーションプログラムおよびシミュレーション方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明では上記課題を解決するために、図１に示すような処理をコンピュータに実行させるシミュレーションプログラムが提供される。本発明にかかるシミュレーションプログラムは、空間１内の電磁波解析と空間１内に配置される回路１ａの回路解析との融合シミュレーションを行うためのものである。当該シミュレーションプログラムは、コンピュータに以下の処理を実行させることができる。
【００１１】
コンピュータは、回路１ａの構成を定義した回路ブロック２に基づいて回路解析を行い、回路１ａから出力される直流バイアス電圧を算出する（ステップＳ１）。さらに、回路ブロック２から直流バイアス成分を除去した電磁波解析リンク用回路ブロック３を生成する（ステップＳ２）。そして、回路ブロック２を電磁波解析リンク用回路ブロック３に置き換えて、回路１ａを含む空間１内の電磁波の過渡的な挙動と、電磁波解析リンク用回路ブロック３に基づく回路１ａの過渡的な挙動との統一的な解析を行う（ステップＳ３）。
【００１２】
このようなシミュレーションプログラムを実行するコンピュータによれば、回路１ａの構成を定義した回路ブロック２に基づいて回路解析が行われ、回路１ａから出力される直流バイアス電圧が算出される。次に、回路ブロック２から直流バイアス成分を除去した電磁波解析リンク用回路ブロック３が生成される。そして、回路ブロック２が電磁波解析リンク用回路ブロック３に置き換えられ、回路１ａを含む空間１内の電磁波の過渡的な挙動と、電磁波解析リンク用回路ブロック３に基づく回路１ａの過渡的な挙動との統一的な解析が行われる。
【００１３】
また、上記課題を解決するために、空間内の電磁波解析と前記空間内に配置される回路の回路解析との融合シミュレーションを行うためのシミュレーション方法において、前記回路の構成を定義した回路ブロックに基づいて回路解析を行い、前記回路から出力される直流バイアス電圧を算出し、前記回路ブロックから前記直流バイアス成分を除去した電磁波解析リンク用回路ブロックを生成し、前記回路ブロックを前記電磁波解析リンク用回路ブロックに置き換えて、前記回路を含む空間内の電磁波の過渡的な挙動と、前記電磁波解析リンク用回路ブロックに基づく前記回路の過渡的な挙動との統一的な解析を行う、ことを特徴とするシミュレーション方法が提供される。
【００１４】
このようなシミュレーション方法によれば、回路の構成を定義した回路ブロックに基づいて回路解析が行われ、回路から出力される直流バイアス電圧が算出される。次に、回路ブロックから直流バイアス成分を除去した電磁波解析リンク用回路ブロックが生成される。そして、回路ブロックが電磁波解析リンク用回路ブロックに置き換えられ、回路を含む空間内の電磁波の過渡的な挙動と、電磁波解析リンク用回路ブロックに基づく回路の過渡的な挙動との統一的な解析が行われる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
まず、実施の形態に適用される発明の概要について説明し、その後、実施の形態の具体的な内容を説明する。
【００１６】
図１は、実施の形態に適用される発明の概念図である。本実施の形態に適用されるシミュレーションプログラムは、コンピュータを用いて、空間１内の電磁波解析と空間１内に配置される回路１ａの回路解析との融合シミュレーションを行うためのものである。
【００１７】
本発明では、空間１内の電磁波の過渡的な挙動が、回路１ａから生じる直流（ＤＣ）バイアス電圧の有無に影響を受けないことに着目し、回路解析機能から電磁波解析機能に送られる電気信号から、ＤＣバイアス成分を除去する。具体的には、本発明にかかるシミュレーションプログラムを実行するコンピュータは、以下の処理を実行する。
【００１８】
回路１ａの構成を定義した回路ブロック２に基づいて回路解析（たとえば、回路１ａの動作点解析）を行い、回路１ａから出力されるＤＣバイアス電圧を算出する（ステップＳ１）。次に、回路ブロック２からＤＣバイアス成分を除去した電磁波解析リンク用回路ブロック３を生成する（ステップＳ２）。ＤＣバイアス成分の除去には、たとえば、回路１ａのＤＣバイアス電圧が発生している端子に対して、そのＤＣバイアス電圧を除去するためのＤＣ電源を付加する。
【００１９】
そして、回路ブロック２を電磁波解析リンク用回路ブロック３に置き換えて、回路１ａを含む空間１内の電磁波の過渡的な挙動と、電磁波解析リンク用回路ブロック３に基づく回路１ａの過渡的な挙動との統一的な解析を行う（ステップＳ３）。なお、空間の電磁波解析は、電界・磁界をアンペール則とファラデー則とに基づく数値的な計算である。回路解析は、回路の電圧・電流をオーム則とキルヒホッフ則に基づいた数値的な計算である。
【００２０】
このようなシミュレーションプログラムを実行するコンピュータによれば、回路１ａの構成を定義した回路ブロック２に基づいて回路解析が行われ、回路１ａから出力される直流バイアス電圧が算出される。次に、回路ブロック２から直流バイアス成分を除去した電磁波解析リンク用回路ブロック３が生成される。そして、回路ブロック２が電磁波解析リンク用回路ブロック３に置き換えられ、回路１ａを含む空間１内の電磁波の過渡的な挙動と、電磁波解析リンク用回路ブロック３に基づく回路１ａの過渡的な挙動との統一的な解析が行われる。
【００２１】
電磁波解析リンク用回路ブロック３では、ＤＣバイアス成分が除去されているため、電磁波解析機能に対しては、ＤＣバイアス電圧を含まない電気信号に基づく電界値が渡される。これにより、電磁波解析では、急峻なＤＣバイアス電圧の入力に起因する高周波の発生が防止され、正しい解析結果が得られる。しかも、電磁波解析機能へのＤＣバイアス電圧の入力自体がないため、ＤＣバイアス電圧を緩やかに入力する場合に比べ、短時間で定常状態に達する。その結果、電磁波解析と回路解析との融合シミュレーションを短時間で正確に行うことができる。
【００２２】
ところで、電磁波解析リンク用回路ブロック３のうち、シミュレーション開始前に不確定なのは、ＤＣバイアス電圧を打ち消すためのＤＣ電源（ＤＣバイアス除去用ＤＣ電源）の電圧（逆バイアス電圧）である。そこで、ＤＣバイアス除去用ＤＣ電源を回路ブロック２に接続した電磁波解析リンク用回路ブロック３を予め作成しておいてもよい。その場合、初期状態では、ＤＣバイアス除去用ＤＣ電源の逆バイアス電圧を０Ｖにしておく。そして、回路の動作点解析によりＤＣバイアス電圧が算出されたとき、そのＤＣバイアス電圧に応じた逆バイアス電圧を、ＤＣバイアス除去用ＤＣ電源に設定する。以下、ＤＣバイアス除去用ＤＣ電源を含む電磁波解析リンク用回路ブロックを予め作成しておく場合の例を用いて、本発明の実施の形態を具体的に説明する。
【００２３】
図２は、本発明の実施の形態に用いるコンピュータのハードウェア構成例を示す図である。コンピュータ１００は、ＣＰＵ(Central Processing Unit)１０１によって装置全体が制御されている。ＣＰＵ１０１には、バス１０７を介してＲＡＭ(Random Access Memory)１０２、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ:Hard Disk Drive）１０３、グラフィック処理装置１０４、入力インタフェース１０５、および通信インタフェース１０６が接続されている。
【００２４】
ＲＡＭ１０２には、ＣＰＵ１０１に実行させるＯＳ(Operating System)のプログラムやアプリケーションプログラムの少なくとも一部が一時的に格納される。また、ＲＡＭ１０２には、ＣＰＵ１０１による処理に必要な各種データが格納される。ＨＤＤ１０３には、ＯＳやアプリケーションプログラムが格納される。
【００２５】
グラフィック処理装置１０４には、モニタ１１が接続されている。グラフィック処理装置１０４は、ＣＰＵ１０１からの命令に従って、画像をモニタ１１の画面に表示させる。入力インタフェース１０５には、キーボード１２とマウス１３とが接続されている。入力インタフェース１０５は、キーボード１２やマウス１３から送られてくる信号を、バス１０７を介してＣＰＵ１０１に送信する。
【００２６】
通信インタフェース１０６は、ネットワーク１０に接続されている。通信インタフェース１０６は、ネットワーク１０を介して、他のコンピュータとの間でデータの送受信を行う。
【００２７】
以上のようなハードウェア構成によって、本実施の形態の処理機能を実現することができる。具体的には、図２に示した構成のコンピュータ１００に、電磁波解析と回路解析とを融合させたシミュレーションを実行させるためのシミュレーションプログラムを実装することで、コンピュータ１００を、電磁波／回路解析のシミュレータとして機能させることができる。
【００２８】
図３は、本実施の形態にかかるシミュレータの機能構成を示すブロック図である。シミュレータ２００は、解析条件設定部２１０、電磁波解析部２２０、回路解析部２３０、電流源値引き渡し部２４０、および電界値引き渡し部２５０で構成される。
【００２９】
解析条件設定部２１０は、操作入力等に基づくシミュレーション開始の指示に従って、解析対象となる回路構成は、回路間の配線を含む空間内の構造などの解析条件を、電磁波解析部２２０と回路解析部２３０とに渡す。具体的には、解析条件のデータは予めＨＤＤ１０３等に格納されており、解析条件設定部２１０は、操作入力等によって指定された初期条件のデータをＨＤＤ１０３等から取得する。そして、解析条件設定部２１０は、回路間の配線や基板構造等を含む所定の空間内の構造情報（空間内の物質の誘電率や透磁率など）や、空間や時間の離散間隔を指定するパラメータなどを電磁波解析部２２０に渡す。また、解析対象となる回路の構造を示す回路ブロック（等価回路）を含む電磁波解析リンク用回路ブロックを回路解析部２３０に渡す。
【００３０】
また、解析条件設定部２１０は、電磁波解析リンク用回路ブロックを渡した回路解析部２３０から、回路の端子にかかるＤＣバイアス電圧値を受け取ると、そのＤＣバイアス電圧を除去するように電磁波解析リンク用回路ブロックに含まれるＤＣバイアス除去用ＤＣ電源の電圧を変更する。そして、解析条件設定部２１０は、変更後のＤＣバイアス除去用ＤＣ電源の電圧値を回路解析部２３０に渡す。
【００３１】
電磁波解析部２２０は、解析条件設定部２１０から受け取った空間内の構造情報に基づいて、過渡的な電磁波解析を行う。電磁波解析は、たとえば、ＦＤＴＤ法により行うことができる。なお、電界を計算する際には、回路が存在している領域の電界値が引き渡されるのを待ち、電界値が引き渡されたら、引き渡された電界値を反映させて空間内の電界を求める。電磁波解析部２２０は引き渡された電界値を電磁波解析に反映させるために、マックスウェル方程式を時間と空間とについて解くことによって、回路が存在している領域以外の空間の電界を求める。そして、回路が存在している領域の電界値として、引き渡された電界値を当てはめる。
【００３２】
回路解析部２３０は、解析条件設定部２１０から受け取った電磁波解析リンク用回路ブロックに基づいて回路解析を行う。回路解析は、たとえば、ＳＰＩＣＥにより行うことができる。回路解析では、電流源から回路部の両極にかかる電圧を求める。具体的には、回路解析部２３０は、初期状態の電磁波解析リンク用回路ブロックを受け取ると、最初に、回路の両極にかかるＤＣバイアス電圧値を算出する。ＤＣバイアス電圧が０でない場合、そのＤＣバイアス電圧値を解析条件設定部２１０に通知し、ＤＣバイアス除去用ＤＣ電源の電圧値の入力を待つ。
【００３３】
ＤＣバイアス除去用ＤＣ電源の電圧値が解析条件設定部２１０から渡されると、回路解析部２３０は、回路解析を行う。回路解析では、シミュレーション上の時間進行に伴う回路の出力電圧の過渡的変化が計算される。そして、シミュレーション上の所定の時間間隔で電流源値引き渡し部２４０から電流値を受け取ると、その電流源値によって回路の電流源値を更新して、回路解析を続行する。
【００３４】
電流源値引き渡し部２４０は、所定のタイミングで、電磁波解析部２２０で算出された磁界に基づいて回路の電流源値を算出し、算出した電流源値を回路解析部２３０に渡す。なお、電流源値を引き渡す所定のタイミングとは、回路解析のシミュレーション時刻が、電磁波解析で磁界を算出したシミュレーション時刻（所定の誤差内）に達したときである。
【００３５】
電界値引き渡し部２５０は、所定のタイミングで、回路解析部２３０で算出された電圧に基づいて、回路が存在している領域の電界値を算出する。そして、電界値引き渡し部２５０は、算出した電界値を電磁波解析部２２０に渡す。なお、電界値を引き渡す所定のタイミングとは、回路解析のシミュレーション時刻が、電磁波解析で電界を算出するシミュレーション時刻（所定の誤差内）に達したときである。
【００３６】
このような構成のシミュレータによって、ＤＣバイアスを生じさせる回路を含むプリント基板等の電磁波／回路解析の融合シミュレーションを行うことができる。
【００３７】
以下、具体的な解析例を用いて、本実施の形態によるシミュレーション手順を説明する。
図４は、解析対象のモデルの一例を示す図である。解析対象のモデル３０には、マイクロストリップ線路３１〜３３によって、２つの回路３４，３５が接続されている。
【００３８】
マイクロストリップ線路３１は、一端が、電源３７を介して導体板３６(ground plane)に接続されている。マイクロストリップ線路３１の他端は、回路３４の端子に接続されている。回路３４の別の端子は、マイクロストリップ線路３２の一端に接続されている。マイクロストリップ線路３２の他端は、回路３５の端子に接続されている。回路３５の別の端子は、マイクロストリップ線路３３の一端に接続されている。マイクロストリップ線路３３の他端は、整合終端した抵抗器３９を介して導体板３６に接続されている。また、各回路３４，３５の接地用の端子が導体板３６に接続されている。
【００３９】
ここで、マイクロストリップ線路３１〜３３は、比誘電率２．２の基板３８上に形成されている。また、回路３４は電圧増幅率５の増幅器、回路３５は電圧増幅率１の増幅器である。
【００４０】
このようなモデル３０の電磁波／回路結合解析を行う場合、まず、回路３４，３５の電磁波解析リンク用回路ブロックを定義する。
図５は、ＤＣバイアス電圧の除去を考慮していない電磁波解析リンク用回路ブロックの例を示す図である。電磁波解析リンク用回路ブロック４０ａでは、回路３４の回路構成が回路ブロック４１で定義されている。電磁波解析リンク用回路ブロック４０ａから外部に接続される端子４９ａ〜４９ｄのうち、端子４９ａはマイクロストリップ線路３１に接続され、端子４９ｃはマイクロストリップ線路３２に接続され、端子４９ｂ、４９ｄは、導体板３６に接続される。
【００４１】
回路ブロック４１と４つの端子４９ａ〜４９ｄそれぞれとを接続する信号線のうち、図中左側の２つの端子４９ａ，４９ｂ間には、電磁波解析対応電流源４２と差分格子等価容量Ｃ１とが並列に接続されている。また、図中右側の２つの端子４９ｃ，４９ｄ間には、電磁波解析対応電流源４３と差分格子等価容量Ｃ２とが並列に接続されている。
【００４２】
図５には、回路３４に対応する電磁波解析リンク用回路ブロック４０ａを示したが、もう１つの回路３５に対応する電磁波解析リンク用回路ブロックも同様の構成となる。
【００４３】
ここで、本実施の形態では、電磁波解析リンク用回路ブロック４０ａに対して、ＤＣバイアスをキャンセルするためのＤＣ電源（ＤＣバイアス除去用ＤＣ電源）を配置する。
【００４４】
図６は、回路３４用のＤＣバイアス除去可能な電磁波解析リンク用回路ブロックを示す図である。図６に示すように、回路３４用のＤＣバイアス除去可能な電磁波解析リンク用回路ブロック４０では、図５に示した電磁波解析リンク用回路ブロック４０ａの構成における回路ブロック４１の図中右上の端子と他の要素との間に、ＤＣバイアス除去用ＤＣ電源４４が挿入される。すなわち、回路ブロック４１の図中右上の端子は、ＤＣバイアス除去用ＤＣ電源４４を介して、端子４９ｃ、電磁波解析対応電流源４３、および差分格子等価容量Ｃ２に接続される。なお、ＤＣバイアス除去用ＤＣ電源４４の電圧は、初期状態では０Ｖである。
【００４５】
同様に、回路３５に対応する電磁波解析リンク用回路ブロックに対しても、ＤＣバイアス除去用ＤＣ電源を配置する。
図７は、回路３５用のＤＣバイアス除去可能な電磁波解析リンク用回路ブロックを示す図である。回路３５に対応するＤＣバイアス除去可能な電磁波解析リンク用回路ブロック５０では、回路３５の回路構成が回路ブロック５１で定義されている。電磁波解析リンク用回路ブロック５０から外部に接続される端子５９ａ〜５９ｄのうち、端子５９ａはマイクロストリップ線路３２に接続され、端子５９ｃはマイクロストリップ線路３３に接続され、端子５９ｂ、５９ｄは、導体板３６に接続される。
【００４６】
回路ブロック５１の図中左上の端子は、ＤＣバイアス除去用ＤＣ電源５４を介して端子５９ａに接続され、回路ブロック５１の図中左下の端子は、端子５９ｂに接続される。端子５９ａと端子と端子５９ｂとの間には、電磁波解析対応電流源５２と差分格子等価容量Ｃ３とが並列に接続されている。回路ブロック５１の図中右上の端子は端子５９ｃに接続され、回路ブロック５１の図中右下の端子は端子５９ｄに接続される。２つの端子５９ｃ，５９ｄの間には、電磁波解析対応電流源５３と差分格子等価容量Ｃ４とが並列に接続されている。なお、ＤＣバイアス除去用ＤＣ電源５４の電圧は、初期状態では０Ｖである。
【００４７】
ここで、図４に示したモデル３０の２つの回路３４，３５の接続関係を、図６，図７に示した電磁波解析リンク用回路ブロック４０，５０を用いて表すと図８に示すようになる。
【００４８】
図８は、本実施の形態における電磁波／回路解析用の回路ブロックを示す図である。図８に示すように、電磁波解析リンク用回路ブロック４０の端子４９ｃと電磁波解析リンク用回路ブロック５０の端子５９ａとが、マイクロストリップ線路３２で接続されている。また、電磁波解析リンク用回路ブロック４０の端子４９ｄと電磁波解析リンク用回路ブロック５０の端子５９ｂとが、導体板３６で接続されている。
【００４９】
このような構成の回路ブロックをシミュレータ２００に入力すると、電磁波／回路の融合シミュレーションが行われる。具体的には、回路ブロック４１のＤＣ解析（動作点解析）を行い回路ブロック４１のマイクロストリップ線路３２に対して出力される端子（図中、回路ブロック４１の右上の端子）に生じるＤＣバイアス電圧が計算される。そして、算出されたＤＣバイアス電圧を打ち消す電圧が、ＤＣバイアス除去用ＤＣ電源４４の電圧に設定される。なお、ＤＣバイアス電圧を打ち消す電圧とは、ＤＣバイアス電圧と絶対値が同じで、正負の符号が逆向きの電圧である。同様に、ＤＣバイアス除去可能な電磁波解析リンク用回路ブロック５０のＤＣバイアス除去用ＤＣ電源５４にも、ＤＣバイアス電圧を打ち消す電圧が設定される。
【００５０】
ＤＣバイアス除去用ＤＣ電源４４，５４に対してＤＣバイアス電圧を打ち消す電圧を設定した後、図８に示す回路ブロックに基づく電磁波／回路結合解析のシミュレーションを行うことにより、シミュレーション開始直後からすぐに定常状態となり、正確な解析結果を短時間で得ることができる。
【００５１】
以上のような処理をフローチャートで表すと、図９のようになる。
図９は、電磁波／回路解析シミュレーションの処理手順を示すフローチャートである。以下、図９に示す処理をステップ番号に沿って説明する。
【００５２】
［ステップＳ１１］解析条件設定部２１０は、ユーザからの操作入力等に応答して、解析に必要なデータ（回路構成や回路が実装された基板や回路間の配線構造など）を取得し、ＲＡＭ１０２内にシミュレーションに使用するための主記憶領域を確保する。
【００５３】
［ステップＳ１２］解析条件設定部２１０は、シミュレーションに使用する様々な係数を計算する。たとえば、空間を複数のセルに分割する際の刻み幅や、シミュレーションの時間を進行させる時の時間の刻み幅などを計算する。
【００５４】
［ステップＳ１３］解析条件設定部２１０は、回路の等価回路を回路解析部２３０に渡す。すると回路解析部２３０が回路の動作点解析を行う。解析結果は、解析条件設定部２１０に渡される。
【００５５】
［ステップＳ１４］解析条件設定部２１０は、動作点解析の結果に基づいて、電磁波解析対応電流源の端子電圧が０Ｖか否かを判断する。端子電圧が０Ｖであれば処理がステップＳ１６に進められる。端子電圧が０Ｖでなければ、処理がステップＳ１５に進められる。
【００５６】
［ステップＳ１５］解析条件設定部２１０は、ＤＣバイアス除去用ＤＣ電源に、端子電圧を打ち消す逆バイアス電圧を設定する。その後、処理がステップＳ１４に進められ、端子電圧が０Ｖになることを確認した後、処理がステップＳ１６に進められる。
【００５７】
［ステップＳ１６］電磁波解析部２２０、回路解析部２３０、電流源値引き渡し部２４０、および電界値引き渡し部２５０が協働して、電磁波／回路結合解析を行う。
【００５８】
以上のようにして、回路部の端子においてＤＣバイアス電圧が発生する場合であっても、シミュレーション開始時点から安定した電磁波／回路結合解析が可能となる。
【００５９】
たとえば、回路３４，３５におけるマイクロストリップ線路３２に接続される端子に１５ＶのＤＣバイアス電圧がかかる場合のシミュレーション結果を以下に示す。以下の例では、シミュレーションにより得られるマイクロストリップ線路３１〜３３における電圧時間波形を示している。
【００６０】
図１０は、本実施の形態のシミュレーション結果の一例を示す図である。図１１は、図１０のシミュレーション結果を電圧軸方向に拡大した図である。図１０と図１１とには、マイクロストリップ線路３１〜３３の中央付近の電圧時間波形を示している。図中横軸にシミュレーション上の時刻（秒）が示されており、縦軸に電圧が示されている。なお、時刻軸には、ｅ^-10（１ｅ^-10は1.0×10^-10を表わす）の倍数の位置に目盛を振っている。また、マイクロストリップ線路３１の電圧時間波形７１は実線で示され、マイクロストリップ線路３２の電圧時間波形７２は点線で示され、マイクロストリップ線路３３の電圧時間波形７３は破線で示されている。
【００６１】
図１０と図１１に示すように、本実施の形態によれば、回路においてＤＣバイアス電圧が発生しても、電圧時間波形に高周波成分が混入することがなく、シミュレーション開始直後から安定した波形を示している。
【００６２】
以下、図４に示したモデル３０の電磁波／回路の融合シミュレーションを、従来技術で行った場合の解析結果を、比較例として示す。
第１の比較例として、ＤＣバイアス除去用ＤＣ電源を追加しない場合のシミュレーション結果を示す。なお、ＤＣバイアス除去用ＤＣ電源を追加しない場合には、図５に示した電磁波解析リンク用回路ブロック４０ａを用いて電磁波／回路結合解析が行われる。
【００６３】
図１２は、ＤＣバイアス除去用ＤＣ電源を追加しない場合のシミュレーション結果の一例を示す図である。図１３は、図１２のシミュレーション結果を電圧軸方向に拡大した図である。図１２と図１３とには、マイクロストリップ線路３１〜３３の中央付近の電圧時間波形を示している。図中横軸にシミュレーション上の時刻（秒）が示されており、縦軸に電圧が示されている。なお、時刻軸には、ｅ^-10の倍数の位置に目盛を振っている。また、マイクロストリップ線路３１の電圧時間波形８１は実線で示され、マイクロストリップ線路３２の電圧時間波形８２は点線で示され、マイクロストリップ線路３３の電圧時間波形８３は破線で示されている。
【００６４】
図１２、図１３に示すように、ＤＣバイアス除去用ＤＣ電源を追加しない場合、マイクロストリップ線路３２に供給されるＤＣバイアス電圧の影響で、マイクロストリップ線路３２の電圧時間波形８２の電圧レベルは０Ｖからずれている。しかも、急峻にＤＣバイアスが入力されるため、各電圧時間波形８２はシミュレーションの時刻が８ｅ^-10になっても安定しない。
【００６５】
次に、第２の比較例として、緩やかにＤＣバイアスをかけた場合のシミュレーション結果を示す。なお、この場合も第１の比較例と同様に、ＤＣバイアス除去用ＤＣ電源は追加されず、図５に示した電磁波解析リンク用回路ブロック４０ａを用いて電磁波／回路結合解析が行われる。
【００６６】
図１４は、緩やかにＤＣバイアスをかけた場合のシミュレーション結果の一例を示す図である。図１５は、図１４のシミュレーション結果を電圧軸方向に拡大した図である。図１４、図１５の例では、ＤＣバイアス電圧を０Ｖから１５Ｖまで徐々に加え、その後に高周波を入力した場合の例である。
【００６７】
図１４と図１５とには、マイクロストリップ線路３１〜３３の中央付近の電圧時間波形を示している。図中横軸にシミュレーション上の時刻（秒）が示されており、縦軸に電圧が示されている。なお、時刻軸には、ｅ^-10の倍数の位置に目盛を振っている。また、マイクロストリップ線路３１の電圧時間波形９１は実線で示され、マイクロストリップ線路３２の電圧時間波形９２は点線で示され、マイクロストリップ線路３３の電圧時間波形９３は破線で示されている。
【００６８】
図１４、図１５に示すように、緩やかにＤＣバイアスをかけた場合、各マイクロストリップ線路３１〜３３の電圧時間波形９１〜９３は、徐々に定常状態となる。そのため、定常状態になるまでに時間がかかる。その結果、シミュレーション時間が余分にかかる。なお、解析対象となる回路の規模や種類によっては、図１４、図１５に示した以上に、定常状態となるまでに多大な時間を要する場合も考えられる。
【００６９】
以上説明したように、本実施の形態における電圧時間波形（図１０、図１１）を、第１の比較例（図１２、図１３）や第２の比較例（図１４、図１５）と比較すると、本実施の形態では、電磁波解析を行う空間に対してＤＣバイアス電圧がかからないため早い段階で定常状態に達することが分かる。その結果、電磁波／回路解析の融合シミュレーションに要する計算時間が短縮される。
【００７０】
なお、定常状態における空間内の電磁波の過渡的な挙動（たとえば、電圧時間波形）は、ＤＣバイアス電圧の影響を受けない（ＤＣバイアス電圧による電圧レベルのずれはある）。そのため、マイクロストリップ線路３１〜３３に供給されるＤＣバイアス電圧を除去しても、電磁波の過渡的な挙動を正しく計算することができる。
【００７１】
なお、ＤＣバイアス電圧がかかる端子間を、ＤＣ的に短絡させることもできる。
図１６は、端子間をＤＣ的に短絡した回路ブロックを示す図である。図１６では、図８に示した構成とほとんど同じであるため、図８と同じ要素には同じ符号を付して説明を省略する。
【００７２】
ＤＣ的に短絡する場合、回路ブロック４１の図中右上の端子と回路ブロック５１の図中左上の端子との間に、ＤＣバイアス除去用ＤＣ電源４４、マイクロストリップ線路３２およびＤＣバイアス除去用ＤＣ電源５４と並列にＤＣ短絡用インダクタ６１を接続する。これにより、回路ブロック４１と回路ブロック５１との間の直流成分を短絡させた状態の回路解析を行うことができる。
【００７３】
また、上記の処理機能は、シミュレータ２００が有すべき機能の処理内容を記述したシミュレーションプログラムを実装すれば、汎用的なコンピュータ上でシミュレータ２００を実現できる。この場合、処理内容を記述したシミュレーションプログラムは、コンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録しておくことができる。コンピュータで読み取り可能な記録媒体としては、磁気記録装置、光ディスク、光磁気記録媒体、半導体メモリなどがある。磁気記録装置には、ハードディスク装置（ＨＤＤ）、フレキシブルディスク（ＦＤ）、磁気テープなどがある。光ディスクには、ＤＶＤ(Digital Versatile Disc)、ＤＶＤ−ＲＡＭ(Random Access Memory)、ＣＤ−ＲＯＭ(Compact Disc Read Only Memory)、ＣＤ−Ｒ(Recordable)／ＲＷ(ReWritable)などがある。光磁気記録媒体には、ＭＯ(Magneto-Optical disc)などがある。
【００７４】
シミュレーションプログラムを流通させる場合には、たとえば、そのシミュレーションプログラムが記録されたＤＶＤ、ＣＤ−ＲＯＭなどの可搬型記録媒体が販売される。また、シミュレーションプログラムをサーバコンピュータの記憶装置に格納しておき、ネットワークを介して、サーバコンピュータから他のコンピュータにそのプログラムを転送することもできる。
【００７５】
シミュレーションプログラムを実行するコンピュータは、たとえば、可搬型記録媒体に記録されたシミュレーションプログラムもしくはサーバコンピュータから転送されたシミュレーションプログラムを、自己の記憶装置に格納する。そして、コンピュータは、自己の記憶装置からシミュレーションプログラムを読み取り、シミュレーションプログラムに従った処理を実行する。なお、コンピュータは、可搬型記録媒体から直接シミュレーションプログラムを読み取り、そのシミュレーションプログラムに従った処理を実行することもできる。また、コンピュータは、サーバコンピュータからシミュレーションプログラムが転送される毎に、逐次、受け取ったシミュレーションプログラムに従った処理を実行することもできる。
【００７６】
（付記１）空間内の電磁波解析と前記空間内に配置される回路の回路解析との融合シミュレーションを行うためのシミュレーションプログラムにおいて、
コンピュータに、
前記回路の構成を定義した回路ブロックに基づいて回路解析を行い、前記回路から出力される直流バイアス電圧を算出し、
前記回路ブロックから前記直流バイアス成分を除去した電磁波解析リンク用回路ブロックを生成し、
前記回路ブロックを前記電磁波解析リンク用回路ブロックに置き換えて、前記回路を含む空間内の電磁波の過渡的な挙動と、前記電磁波解析リンク用回路ブロックに基づく前記回路の過渡的な挙動との統一的な解析を行う、
処理を実行させることを特徴とするシミュレーションプログラム。
【００７７】
（付記２）前記電磁波解析リンク用回路ブロックを生成する際には、前記回路ブロックの前記直流バイアス電圧が出力される端子に、前記直流バイアス電圧の逆電圧を発生させるバイアス除去電源を接続することを特徴とする付記１記載のシミュレーションプログラム。
【００７８】
（付記３）前記解析では、前記回路の過渡的な挙動として前記直流バイアス電圧が除去された電圧を計算し、前記電圧に基づいて前記回路が配置された空間の電界値を計算し、前記電界値を用いて前記空間内の電磁波の過渡的な挙動を計算することを特徴とする付記１記載のシミュレーションプログラム。
【００７９】
（付記４）前記電磁波解析リンク用回路ブロックを生成する際には、前記直流バイアス電圧が出力される前記端子と、前記回路に接続される他の回路の端子との間に、直流短絡用のインダクタを付加することを特徴とする付記１記載のシミュレーションプログラム。
【００８０】
（付記５）空間内の電磁波解析と前記空間内に配置される回路の回路解析との融合シミュレーションを行うためのシミュレーション方法において、
前記回路の構成を定義した回路ブロックに基づいて回路解析を行い、前記回路から出力される直流バイアス電圧を算出し、
前記回路ブロックから前記直流バイアス成分を除去した電磁波解析リンク用回路ブロックを生成し、
前記回路ブロックを前記電磁波解析リンク用回路ブロックに置き換えて、前記回路を含む空間内の電磁波の過渡的な挙動と、前記電磁波解析リンク用回路ブロックに基づく前記回路の過渡的な挙動との統一的な解析を行う、
ことを特徴とするシミュレーション方法。
【００８１】
（付記６）空間内の電磁波解析と前記空間内に配置される回路の回路解析との融合シミュレーションを行うシミュレーション装置において、
前記回路の構成を定義した回路ブロックに基づいて回路解析を行い、前記回路から出力される直流バイアス電圧を算出する直流バイアス電圧算出手段と、
直流バイアス電圧算出手段で算出された前記直流バイアス成分を、前記回路ブロックから除去した電磁波解析リンク用回路ブロックを生成する電磁波解析リンク用回路ブロック生成手段と、
前記回路ブロックを、前記電磁波解析リンク用回路ブロック生成手段で生成された前記電磁波解析リンク用回路ブロックに置き換えて、前記回路を含む空間内の電磁波の過渡的な挙動と、前記電磁波解析リンク用回路ブロックに基づく前記回路の過渡的な挙動との統一的な解析を行う解析手段と、
を有することを特徴とするシミュレーション装置。
【００８２】
（付記７）空間内の電磁波解析と前記空間内に配置される回路の回路解析との融合シミュレーションを行うためのシミュレーションプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体において、
前記コンピュータに、
前記回路の構成を定義した回路ブロックに基づいて回路解析を行い、前記回路から出力される直流バイアス電圧を算出し、
前記回路ブロックから前記直流バイアス成分を除去した電磁波解析リンク用回路ブロックを生成し、
前記回路ブロックを前記電磁波解析リンク用回路ブロックに置き換えて、前記回路を含む空間内の電磁波の過渡的な挙動と、前記電磁波解析リンク用回路ブロックに基づく前記回路の過渡的な挙動との統一的な解析を行う、
処理を実行させることを特徴とするシミュレーションプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【００８３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明では、回路から出力される直流バイアス電圧を除去した回路ブロックに基づいて回路解析を行うようにしたため、直流バイアス電圧の影響を受けずに電磁波解析を行うことができ、正確なシミュレーション結果を短時間で得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態に適用される発明の概念図である。
【図２】本発明の実施の形態に用いるコンピュータのハードウェア構成例を示す図である。
【図３】本実施の形態にかかるシミュレータの機能構成を示すブロック図である。
【図４】解析対象のモデルの一例を示す図である。
【図５】ＤＣバイアス電圧の除去を考慮していない電磁波解析リンク用回路ブロックの例を示す図である。
【図６】回路３４用のＤＣバイアス除去可能な電磁波解析リンク用回路ブロックを示す図である。
【図７】回路３５用のＤＣバイアス除去可能な電磁波解析リンク用回路ブロックを示す図である。
【図８】本実施の形態における電磁波／回路解析用の回路ブロックを示す図である。
【図９】電磁波／回路解析シミュレーションの処理手順を示すフローチャートである。
【図１０】本実施の形態のシミュレーション結果の一例を示す図である。
【図１１】図１０のシミュレーション結果を電圧軸方向に拡大した図である。
【図１２】ＤＣバイアス除去用ＤＣ電源を追加しない場合のシミュレーション結果の一例を示す図である。
【図１３】図１２のシミュレーション結果を電圧軸方向に拡大した図である。
【図１４】緩やかにＤＣバイアスをかけた場合のシミュレーション結果の一例を示す図である。
【図１５】図１４のシミュレーション結果を電圧軸方向に拡大した図である。
【図１６】端子間をＤＣ的に短絡した回路ブロックを示す図である。
【符号の説明】
１空間
２回路ブロック
３電磁波解析リンク用回路ブロック
２００シミュレータ
２１０解析条件設定部
２２０電磁波解析部
２３０回路解析部
２４０電流源値引き渡し部
２５０電界値引き渡し部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a simulation program and a simulation method for analyzing a transient change of a physical phenomenon, and more particularly to a simulation program and a simulation method for performing unified analysis of electromagnetic waves and circuits.
[0002]
[Prior art]
There are several known methods for analyzing the transient behavior of electromagnetic waves by numerical calculation using an electronic computer (computer). For example, there are a time domain difference method (Finite-Difference Time-Domain Method, FDTD method), a transmission line matrix method (Transmission Line Matrix Method, TLM method), and the like. The FDTD method is a method for solving the Maxwell equation by a difference method in time and space. “KSYee,“ Numerical solution of initial boundary value problems involving Maxwell's equations in isotropic media, ”IEEE Trans. Antennas and Propagation, vol.14, 1966, pp. 302-307. The TLM method expresses the electromagnetic field space with an equivalent circuit and calculates it sequentially on the time axis using the scattering matrix at each contact point. “PB Johns and RL Beurle,“ Numerical solution of 2- dimensional scattering problems using a transmission-line matrix, "IEE Proc., 118, 9, pp.1203-1208, Sep. 1971."
[0003]
On the other hand, the transient behavior of the voltage and current of a circuit has also been analyzed by numerical calculation using a computer. Thus, it is known that unified analysis (integrated simulation) of electromagnetic waves and circuits can be performed by using both electromagnetic analysis techniques and circuit analysis techniques.
[0004]
In the integrated simulation of electromagnetic wave analysis and circuit analysis, the current source value obtained by the electromagnetic wave analysis is reflected in the circuit analysis at a predetermined timing while the simulation time is advanced. In addition, the electric field value obtained by the circuit analysis is reflected in the electromagnetic wave analysis at another predetermined timing. Thus, accurate fusion simulation is possible by appropriately passing the current source value and the electric field value between the electromagnetic wave analysis function and the circuit analysis function.
[0005]
As an integrated simulation of electromagnetic wave analysis and circuit analysis, for example, there is a method of using FDTD method for electromagnetic wave analysis and using SPICE (Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis) for circuit analysis. References describing such techniques include "M. Piket-May, A. Taflove, and J. Baron," FD-TD Modeling of digital signal propagation in 3-D circuits with passive and active loads, "IEEE Trans. on Microwave Theory & Tech., MTT42, No.8, pp1514-1523, 1994. ”,“ A. Taflove, Computational Electrodynamics, MA, Artech House, 1995. pp. 465-470. ”,“ Namiki, ”Electromagnetic Analysis And simulation in the time domain of circuit analysis, "The Simulation Society of Japan, Proceedings of the 18th Symposium on Computational Electrical and Electronic Engineering, pp. 261-264, Nov. 1997." and "JP 11-153634 A" simulation Devices "" and the like.
[0006]
In such an integrated simulation of electromagnetic wave analysis and circuit analysis, the characteristics of circuit elements and the surrounding electromagnetic field phenomenon can be analyzed in a unified manner. In particular, as the operating frequency of the circuit becomes higher, the surrounding electromagnetic field has a greater influence on the operation of the circuit. Therefore, the fusion simulation is very useful for analyzing a high-frequency signal propagating in the circuit.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional fusion simulation, it is performed well when there is no DC (direct current) bias component (also referred to as DC bias component) in the electrical signal sent from the circuit analysis function to the electromagnetic wave analysis function. If there is, there is a problem that the accuracy of the analysis result cannot be maintained.
[0008]
That is, the initial state of the electromagnetic wave analysis function is set so that the electromagnetic field in the space becomes zero. Therefore, if there is a DC bias component at the circuit terminal, a DC bias voltage is abruptly input from the circuit analysis function to the electromagnetic wave analysis function at the start of the simulation. When a DC bias voltage is steeply input to the electromagnetic wave analysis function, a high frequency component of the electromagnetic wave is generated in the space to be analyzed, and correct analysis cannot be performed. If this problem is to be avoided by gently applying a DC bias to the electromagnetic wave analysis function, it takes time to reach a steady state, resulting in an increase in simulation time.
[0009]
Thus, in the conventional electromagnetic wave / circuit analysis fusion simulation, if there is a DC bias component, a correct analysis result cannot be obtained in a short time.
The present invention has been made in view of these points, and an object of the present invention is to provide a simulation program and a simulation method capable of quickly calculating a correct analysis result even if there is a DC bias component.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems, the present invention provides a simulation program that causes a computer to execute processing as shown in FIG. The simulation program according to the present invention is for performing a fusion simulation of electromagnetic wave analysis in the space 1 and circuit analysis of the circuit 1 a arranged in the space 1. The simulation program can cause the computer to execute the following processing.
[0011]
The computer performs circuit analysis based on the circuit block 2 that defines the configuration of the circuit 1a, and calculates a DC bias voltage output from the circuit 1a (step S1). Further, the electromagnetic wave analysis link circuit block 3 is generated by removing the DC bias component from the circuit block 2 (step S2). Then, the circuit block 2 is replaced with the electromagnetic wave analysis link circuit block 3, and the transient behavior of the electromagnetic wave in the space 1 including the circuit 1a and the transient behavior of the circuit 1a based on the electromagnetic wave analysis link circuit block 3 The unified analysis is performed (step S3).
[0012]
According to the computer that executes such a simulation program, the circuit analysis is performed based on the circuit block 2 that defines the configuration of the circuit 1a, and the DC bias voltage output from the circuit 1a is calculated. Next, an electromagnetic wave analysis link circuit block 3 in which the DC bias component is removed from the circuit block 2 is generated. Then, the circuit block 2 is replaced with the electromagnetic wave analysis link circuit block 3, and the transient behavior of the electromagnetic wave in the space 1 including the circuit 1a and the transient behavior of the circuit 1a based on the electromagnetic wave analysis link circuit block 3 A unified analysis is performed.
[0013]
In order to solve the above problem, in a simulation method for performing a fusion simulation of electromagnetic wave analysis in a space and circuit analysis of a circuit arranged in the space, based on a circuit block that defines the configuration of the circuit. Analyzing the circuit, calculating a DC bias voltage output from the circuit, generating an electromagnetic wave analysis link circuit block from which the DC bias component has been removed from the circuit block, and using the circuit block as the electromagnetic wave analysis link circuit It is replaced with a block, and a unified analysis of the transient behavior of the electromagnetic wave in the space including the circuit and the transient behavior of the circuit based on the circuit block for the electromagnetic wave analysis link is performed. A simulation method is provided.
[0014]
According to such a simulation method, the circuit analysis is performed based on the circuit block defining the circuit configuration, and the DC bias voltage output from the circuit is calculated. Next, an electromagnetic wave analysis link circuit block is generated by removing the DC bias component from the circuit block. Then, the circuit block is replaced with the circuit block for the electromagnetic wave analysis link, and unified analysis of the transient behavior of the electromagnetic wave in the space including the circuit and the transient behavior of the circuit based on the circuit block for the electromagnetic wave analysis link is performed. Done.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
First, the outline of the invention applied to the embodiment will be described, and then the specific contents of the embodiment will be described.
[0016]
FIG. 1 is a conceptual diagram of the invention applied to the embodiment. The simulation program applied to the present embodiment is for performing a fusion simulation of electromagnetic wave analysis in the space 1 and circuit analysis of the circuit 1a arranged in the space 1 using a computer.
[0017]
In the present invention, focusing on the fact that the transient behavior of the electromagnetic wave in the space 1 is not affected by the presence or absence of a direct current (DC) bias voltage generated from the circuit 1a, an electrical signal sent from the circuit analysis function to the electromagnetic wave analysis function. Then, the DC bias component is removed. Specifically, the computer that executes the simulation program according to the present invention executes the following processing.
[0018]
A circuit analysis (for example, an operating point analysis of the circuit 1a) is performed based on the circuit block 2 defining the configuration of the circuit 1a, and a DC bias voltage output from the circuit 1a is calculated (step S1). Next, an electromagnetic wave analysis link circuit block 3 is generated by removing the DC bias component from the circuit block 2 (step S2). For removing the DC bias component, for example, a DC power supply for removing the DC bias voltage is added to the terminal of the circuit 1a where the DC bias voltage is generated.
[0019]
Then, the circuit block 2 is replaced with the electromagnetic wave analysis link circuit block 3, and the transient behavior of the electromagnetic wave in the space 1 including the circuit 1a and the transient behavior of the circuit 1a based on the electromagnetic wave analysis link circuit block 3 The unified analysis is performed (step S3). The electromagnetic wave analysis of space is a numerical calculation based on Ampere's law and Faraday's law for electric and magnetic fields. Circuit analysis is a numerical calculation based on Ohm's law and Kirchhoff's law for circuit voltage and current.
[0020]
According to the computer that executes such a simulation program, the circuit analysis is performed based on the circuit block 2 that defines the configuration of the circuit 1a, and the DC bias voltage output from the circuit 1a is calculated. Next, an electromagnetic wave analysis link circuit block 3 in which the DC bias component is removed from the circuit block 2 is generated. Then, the circuit block 2 is replaced with the electromagnetic wave analysis link circuit block 3, and the transient behavior of the electromagnetic wave in the space 1 including the circuit 1a and the transient behavior of the circuit 1a based on the electromagnetic wave analysis link circuit block 3 A unified analysis is performed.
[0021]
In the electromagnetic wave analysis link circuit block 3, since the DC bias component is removed, an electric field value based on an electric signal not including the DC bias voltage is passed to the electromagnetic wave analysis function. Thereby, in the electromagnetic wave analysis, generation of high frequency due to the input of a steep DC bias voltage is prevented, and a correct analysis result can be obtained. In addition, since there is no DC bias voltage input to the electromagnetic wave analysis function, the steady state is reached in a shorter time than when the DC bias voltage is input slowly. As a result, a fusion simulation of electromagnetic wave analysis and circuit analysis can be performed accurately in a short time.
[0022]
By the way, in the electromagnetic wave analysis link circuit block 3, what is uncertain before the simulation is started is the voltage (reverse bias voltage) of the DC power supply (DC power supply for removing DC bias) for canceling the DC bias voltage. Therefore, an electromagnetic wave analysis link circuit block 3 in which a DC bias removing DC power source is connected to the circuit block 2 may be created in advance. In this case, in the initial state, the reverse bias voltage of the DC power supply for removing DC bias is set to 0V. When the DC bias voltage is calculated by operating point analysis of the circuit, a reverse bias voltage corresponding to the DC bias voltage is set in the DC power supply for removing DC bias. Hereinafter, an embodiment of the present invention will be specifically described using an example in which an electromagnetic wave analysis link circuit block including a DC power supply for removing DC bias is created in advance.
[0023]
FIG. 2 is a diagram illustrating a hardware configuration example of a computer used in the embodiment of the present invention. The entire computer 100 is controlled by a CPU (Central Processing Unit) 101. A random access memory (RAM) 102, a hard disk drive (HDD) 103, a graphic processing device 104, an input interface 105, and a communication interface 106 are connected to the CPU 101 via a bus 107.
[0024]
The RAM 102 temporarily stores at least part of an OS (Operating System) program and application programs to be executed by the CPU 101. The RAM 102 stores various data necessary for processing by the CPU 101. The HDD 103 stores an OS and application programs.
[0025]
A monitor 11 is connected to the graphic processing device 104. The graphic processing device 104 displays an image on the screen of the monitor 11 in accordance with a command from the CPU 101. A keyboard 12 and a mouse 13 are connected to the input interface 105. The input interface 105 transmits a signal transmitted from the keyboard 12 or the mouse 13 to the CPU 101 via the bus 107.
[0026]
The communication interface 106 is connected to the network 10. The communication interface 106 transmits / receives data to / from another computer via the network 10.
[0027]
With the hardware configuration as described above, the processing functions of the present embodiment can be realized. Specifically, a simulation program for executing a simulation in which electromagnetic wave analysis and circuit analysis are combined is implemented in the computer 100 having the configuration shown in FIG. Can function as.
[0028]
FIG. 3 is a block diagram showing a functional configuration of the simulator according to the present embodiment. The simulator 200 includes an analysis condition setting unit 210, an electromagnetic wave analysis unit 220, a circuit analysis unit 230, a current source value transfer unit 240, and an electric field value transfer unit 250.
[0029]
In accordance with an instruction to start simulation based on an operation input or the like, the analysis condition setting unit 210 sets an analysis condition such as a structure in a space including a wiring between the circuits, an electromagnetic wave analysis unit 220, and a circuit analysis unit. 230. Specifically, the analysis condition data is stored in advance in the HDD 103 or the like, and the analysis condition setting unit 210 acquires the initial condition data designated by the operation input or the like from the HDD 103 or the like. Then, the analysis condition setting unit 210 designates structural information in a predetermined space including the wiring between the circuits, the substrate structure, etc. (dielectric constant and magnetic permeability of a substance in the space), and discrete intervals of space and time. Parameters and the like are passed to the electromagnetic wave analysis unit 220. Further, the circuit block for electromagnetic wave analysis link including the circuit block (equivalent circuit) indicating the structure of the circuit to be analyzed is passed to the circuit analysis unit 230.
[0030]
Further, when the analysis condition setting unit 210 receives a DC bias voltage value applied to a circuit terminal from the circuit analysis unit 230 that has passed the circuit block for the electromagnetic wave analysis link, the analysis condition setting unit 210 is configured to remove the DC bias voltage. The voltage of the DC power supply for removing DC bias included in the circuit block is changed. The analysis condition setting unit 210 then passes the changed voltage value of the DC power supply for removing DC bias to the circuit analysis unit 230.
[0031]
The electromagnetic wave analysis unit 220 performs transient electromagnetic wave analysis based on the structural information in the space received from the analysis condition setting unit 210. The electromagnetic wave analysis can be performed by, for example, the FDTD method. When calculating the electric field, it waits for the electric field value in the region where the circuit exists to be delivered, and when the electric field value is delivered, the electric field value in the space is obtained by reflecting the delivered electric field value. In order to reflect the delivered electric field value in the electromagnetic wave analysis, the electromagnetic wave analysis unit 220 obtains an electric field in a space other than the region where the circuit exists by solving the Maxwell equation with respect to time and space. Then, the delivered electric field value is applied as the electric field value in the region where the circuit exists.
[0032]
The circuit analysis unit 230 performs circuit analysis based on the electromagnetic wave analysis link circuit block received from the analysis condition setting unit 210. The circuit analysis can be performed by SPICE, for example. In circuit analysis, the voltage applied to both poles of the circuit unit from the current source is obtained. Specifically, upon receiving the initial electromagnetic wave analysis link circuit block, the circuit analysis unit 230 first calculates a DC bias voltage value applied to both poles of the circuit. When the DC bias voltage is not 0, the DC bias voltage value is notified to the analysis condition setting unit 210, and the input of the voltage value of the DC power supply for DC bias removal is awaited.
[0033]
When the voltage value of the DC power supply for removing DC bias is passed from the analysis condition setting unit 210, the circuit analysis unit 230 performs circuit analysis. In the circuit analysis, a transient change in the output voltage of the circuit with time progress in the simulation is calculated. When a current value is received from the current source value delivery unit 240 at a predetermined time interval on the simulation, the circuit current analysis is continued by updating the current source value of the circuit with the current source value.
[0034]
The current source value delivery unit 240 calculates a current source value of the circuit based on the magnetic field calculated by the electromagnetic wave analysis unit 220 at a predetermined timing, and passes the calculated current source value to the circuit analysis unit 230. The predetermined timing for delivering the current source value is when the simulation time of the circuit analysis reaches the simulation time (within a predetermined error) at which the magnetic field is calculated by the electromagnetic wave analysis.
[0035]
The electric field value delivery unit 250 calculates the electric field value of the region where the circuit exists based on the voltage calculated by the circuit analysis unit 230 at a predetermined timing. Then, the electric field value delivery unit 250 passes the calculated electric field value to the electromagnetic wave analysis unit 220. The predetermined timing for delivering the electric field value is when the simulation time for circuit analysis reaches the simulation time (within a predetermined error) for calculating the electric field by electromagnetic wave analysis.
[0036]
With the simulator having such a configuration, it is possible to perform an electromagnetic wave / circuit analysis fusion simulation of a printed circuit board including a circuit that generates a DC bias.
[0037]
Hereinafter, the simulation procedure according to the present embodiment will be described using a specific analysis example.
FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a model to be analyzed. Two circuits 34 and 35 are connected to the model 30 to be analyzed by microstrip lines 31 to 33.
[0038]
One end of the microstrip line 31 is connected to a conductor plate 36 (ground plane) via a power source 37. The other end of the microstrip line 31 is connected to a terminal of the circuit 34. Another terminal of the circuit 34 is connected to one end of the microstrip line 32. The other end of the microstrip line 32 is connected to a terminal of the circuit 35. Another terminal of the circuit 35 is connected to one end of the microstrip line 33. The other end of the microstrip line 33 is connected to the conductor plate 36 via a resistor 39 having a matching termination. The grounding terminals of the circuits 34 and 35 are connected to the conductor plate 36.
[0039]
Here, the microstrip lines 31 to 33 are formed on a substrate 38 having a relative dielectric constant of 2.2. The circuit 34 is an amplifier with a voltage gain of 5, and the circuit 35 is an amplifier with a voltage gain of 1.
[0040]
When performing such electromagnetic wave / circuit coupling analysis of the model 30, first, circuit blocks for electromagnetic wave analysis links of the circuits 34 and 35 are defined.
FIG. 5 is a diagram illustrating an example of an electromagnetic wave analysis link circuit block that does not consider removal of the DC bias voltage. In the electromagnetic wave analysis link circuit block 40 a, the circuit configuration of the circuit 34 is defined by the circuit block 41. Of the terminals 49a to 49d connected to the outside from the circuit block for electromagnetic wave analysis link 40a, the terminal 49a is connected to the microstrip line 31, the terminal 49c is connected to the microstrip line 32, and the terminals 49b and 49d are conductor plates. 36.
[0041]
Among the signal lines connecting the circuit block 41 and each of the four terminals 49a to 49d, between the two terminals 49a and 49b on the left side in the figure, the electromagnetic wave analysis corresponding current source 42 and the differential grid equivalent capacitance C1 are in parallel. It is connected. Further, between the two terminals 49c and 49d on the right side in the figure, an electromagnetic wave analysis-compatible current source 43 and a differential grid equivalent capacitance C2 are connected in parallel.
[0042]
FIG. 5 shows the electromagnetic wave analysis link circuit block 40a corresponding to the circuit 34, but the electromagnetic wave analysis link circuit block corresponding to the other circuit 35 has the same configuration.
[0043]
Here, in the present embodiment, a DC power supply (DC power supply for removing DC bias) for canceling the DC bias is arranged for the electromagnetic wave analysis link circuit block 40a.
[0044]
FIG. 6 is a diagram illustrating an electromagnetic wave analysis link circuit block capable of removing a DC bias for the circuit 34. As shown in FIG. 6, in the electromagnetic wave analysis link circuit block 40 capable of removing DC bias for the circuit 34, the circuit block 41 in the configuration of the electromagnetic wave analysis link circuit block 40a shown in FIG. A DC power supply 44 for removing DC bias is inserted between other elements. That is, the upper right terminal of the circuit block 41 is connected to the terminal 49c, the electromagnetic wave analysis-compatible current source 43, and the differential grid equivalent capacitor C2 via the DC power supply 44 for removing DC bias. The voltage of the DC bias removing DC power supply 44 is 0 V in the initial state.
[0045]
Similarly, a DC power supply for removing DC bias is arranged for the circuit block for electromagnetic wave analysis link corresponding to the circuit 35.
FIG. 7 is a diagram showing an electromagnetic wave analysis link circuit block capable of removing a DC bias for the circuit 35. In the electromagnetic wave analysis link circuit block 50 capable of removing the DC bias corresponding to the circuit 35, the circuit configuration of the circuit 35 is defined by the circuit block 51. Of the terminals 59a to 59d connected to the outside from the circuit block for electromagnetic wave analysis link 50, the terminal 59a is connected to the microstrip line 32, the terminal 59c is connected to the microstrip line 33, and the terminals 59b and 59d are conductor plates. 36.
[0046]
The upper left terminal of the circuit block 51 in the figure is connected to the terminal 59a via the DC bias removing DC power supply 54, and the lower left terminal of the circuit block 51 in the figure is connected to the terminal 59b. Between the terminal 59a, the terminal, and the terminal 59b, an electromagnetic wave analysis compatible current source 52 and a differential grid equivalent capacitor C3 are connected in parallel. The upper right terminal in the figure of the circuit block 51 is connected to the terminal 59c, and the lower right terminal in the figure of the circuit block 51 is connected to the terminal 59d. Between the two terminals 59c and 59d, an electromagnetic wave analysis compatible current source 53 and a differential grid equivalent capacitor C4 are connected in parallel. Note that the voltage of the DC bias removing DC power supply 54 is 0 V in the initial state.
[0047]
Here, when the connection relationship between the two circuits 34 and 35 of the model 30 shown in FIG. 4 is expressed using the electromagnetic wave analysis link circuit blocks 40 and 50 shown in FIGS. 6 and 7, as shown in FIG. Become.
[0048]
FIG. 8 is a diagram showing a circuit block for electromagnetic wave / circuit analysis in the present embodiment. As shown in FIG. 8, the terminal 49 c of the electromagnetic wave analysis link circuit block 40 and the terminal 59 a of the electromagnetic wave analysis link circuit block 50 are connected by a microstrip line 32. The terminal 49 d of the electromagnetic wave analysis link circuit block 40 and the terminal 59 b of the electromagnetic wave analysis link circuit block 50 are connected by a conductor plate 36.
[0049]
When a circuit block having such a configuration is input to the simulator 200, an electromagnetic wave / circuit fusion simulation is performed. Specifically, the DC bias voltage generated at the terminal (the upper right terminal of the circuit block 41 in the figure) output to the microstrip line 32 of the circuit block 41 by performing DC analysis (operating point analysis) of the circuit block 41. Is calculated. Then, a voltage that cancels the calculated DC bias voltage is set to the voltage of the DC power supply 44 for removing DC bias. The voltage that cancels the DC bias voltage is a voltage having the same absolute value as that of the DC bias voltage and having the opposite sign. Similarly, a voltage for canceling the DC bias voltage is also set in the DC bias removing DC power supply 54 of the electromagnetic wave analysis link circuit block 50 capable of removing the DC bias.
[0050]
After setting a voltage to cancel the DC bias voltage to the DC power supply for removing DC bias 44, 54, a simulation of electromagnetic wave / circuit coupling analysis based on the circuit block shown in FIG. Thus, an accurate analysis result can be obtained in a short time.
[0051]
The processing as described above is represented by a flowchart as shown in FIG.
FIG. 9 is a flowchart showing a processing procedure of electromagnetic wave / circuit analysis simulation. In the following, the process illustrated in FIG. 9 will be described in order of step number.
[0052]
[Step S11] In response to an operation input from the user, the analysis condition setting unit 210 obtains data (such as a circuit configuration, a board on which a circuit is mounted, a wiring structure between circuits) necessary for analysis, and the RAM 102. A main storage area for use in the simulation is secured in the inside.
[0053]
[Step S12] The analysis condition setting unit 210 calculates various coefficients used for the simulation. For example, a step size when dividing the space into a plurality of cells, a time step size when the simulation time is advanced, and the like are calculated.
[0054]
[Step S13] The analysis condition setting unit 210 passes an equivalent circuit of the circuit to the circuit analysis unit 230. Then, the circuit analysis unit 230 performs an operation point analysis of the circuit. The analysis result is passed to the analysis condition setting unit 210.
[0055]
[Step S14] The analysis condition setting unit 210 determines whether the terminal voltage of the electromagnetic wave analysis-compatible current source is 0 V based on the result of the operating point analysis. If the terminal voltage is 0 V, the process proceeds to step S16. If the terminal voltage is not 0V, the process proceeds to step S15.
[0056]
[Step S15] The analysis condition setting unit 210 sets a reverse bias voltage that cancels the terminal voltage in the DC power supply for removing DC bias. Thereafter, the process proceeds to step S14, and after confirming that the terminal voltage becomes 0V, the process proceeds to step S16.
[0057]
[Step S16] The electromagnetic wave analysis unit 220, the circuit analysis unit 230, the current source value transfer unit 240, and the electric field value transfer unit 250 cooperate to perform electromagnetic wave / circuit coupling analysis.
[0058]
As described above, even when a DC bias voltage is generated at the terminal of the circuit unit, stable electromagnetic wave / circuit coupling analysis can be performed from the start of the simulation.
[0059]
For example, a simulation result in the case where a DC bias voltage of 15 V is applied to the terminals connected to the microstrip line 32 in the circuits 34 and 35 is shown below. In the following example, voltage time waveforms in the microstrip lines 31 to 33 obtained by simulation are shown.
[0060]
FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a simulation result according to the present embodiment. FIG. 11 is an enlarged view of the simulation result of FIG. 10 in the voltage axis direction. 10 and 11 show voltage time waveforms in the vicinity of the center of the microstrip lines 31 to 33. FIG. In the figure, the horizontal axis indicates the simulation time (seconds), and the vertical axis indicates the voltage. In the time axis, e ^-Ten (1e ^-Ten Is 1.0 × 10 ^-Ten Is scaled to the position of multiples. The voltage time waveform 71 of the microstrip line 31 is indicated by a solid line, the voltage time waveform 72 of the microstrip line 32 is indicated by a dotted line, and the voltage time waveform 73 of the microstrip line 33 is indicated by a broken line.
[0061]
As shown in FIGS. 10 and 11, according to the present embodiment, even when a DC bias voltage is generated in the circuit, a high-frequency component is not mixed in the voltage time waveform, and a stable waveform is obtained immediately after the start of simulation. Show.
[0062]
Hereinafter, analysis results when the electromagnetic wave / circuit fusion simulation of the model 30 shown in FIG.
As a first comparative example, a simulation result when no DC bias removing DC power supply is added is shown. When no DC bias removing DC power supply is added, electromagnetic wave / circuit coupling analysis is performed using the electromagnetic wave analysis link circuit block 40a shown in FIG.
[0063]
FIG. 12 is a diagram illustrating an example of a simulation result when a DC power supply for removing DC bias is not added. FIG. 13 is an enlarged view of the simulation result of FIG. 12 in the voltage axis direction. 12 and 13 show voltage time waveforms near the center of the microstrip lines 31-33. In the figure, the horizontal axis indicates the simulation time (seconds), and the vertical axis indicates the voltage. In the time axis, e ^-Ten The scale is waving at a position that is a multiple of. The voltage time waveform 81 of the microstrip line 31 is indicated by a solid line, the voltage time waveform 82 of the microstrip line 32 is indicated by a dotted line, and the voltage time waveform 83 of the microstrip line 33 is indicated by a broken line.
[0064]
As shown in FIGS. 12 and 13, when the DC power supply for removing DC bias is not added, the voltage level of the voltage time waveform 82 of the microstrip line 32 is 0 V due to the influence of the DC bias voltage supplied to the microstrip line 32. It is off. Moreover, since the DC bias is steeply input, each voltage time waveform 82 has a simulation time of 8e. ^-Ten Even if it becomes, it is not stable.
[0065]
Next, as a second comparative example, a simulation result in a case where a DC bias is gently applied is shown. In this case, as in the first comparative example, no DC bias removing DC power supply is added, and electromagnetic wave / circuit coupling analysis is performed using the electromagnetic wave analysis link circuit block 40a shown in FIG.
[0066]
FIG. 14 is a diagram illustrating an example of a simulation result when a DC bias is gently applied. FIG. 15 is an enlarged view of the simulation result of FIG. 14 in the voltage axis direction. 14 and 15 are examples in which a DC bias voltage is gradually applied from 0 V to 15 V, and then a high frequency is input.
[0067]
14 and 15 show voltage time waveforms near the center of the microstrip lines 31-33. In the figure, the horizontal axis indicates the simulation time (seconds), and the vertical axis indicates the voltage. In the time axis, e ^-Ten The scale is waving at a position that is a multiple of. The voltage time waveform 91 of the microstrip line 31 is indicated by a solid line, the voltage time waveform 92 of the microstrip line 32 is indicated by a dotted line, and the voltage time waveform 93 of the microstrip line 33 is indicated by a broken line.
[0068]
As shown in FIGS. 14 and 15, when a DC bias is gently applied, the voltage time waveforms 91 to 93 of the microstrip lines 31 to 33 gradually become steady. Therefore, it takes time to reach a steady state. As a result, extra simulation time is required. Depending on the scale and type of the circuit to be analyzed, there may be a case where it takes much time to reach a steady state, as shown in FIGS.
[0069]
As described above, the voltage time waveform (FIGS. 10 and 11) in the present embodiment is compared with the first comparative example (FIGS. 12 and 13) and the second comparative example (FIGS. 14 and 15). Then, in the present embodiment, it can be seen that a steady state is reached at an early stage because no DC bias voltage is applied to the space in which the electromagnetic wave analysis is performed. As a result, the calculation time required for the electromagnetic wave / circuit analysis fusion simulation is shortened.
[0070]
Note that the transient behavior (for example, voltage time waveform) of electromagnetic waves in the space in a steady state is not affected by the DC bias voltage (there is a voltage level shift due to the DC bias voltage). Therefore, even if the DC bias voltage supplied to the microstrip lines 31 to 33 is removed, the transient behavior of the electromagnetic wave can be correctly calculated.
[0071]
Note that the terminals to which a DC bias voltage is applied can be short-circuited in a DC manner.
FIG. 16 is a diagram illustrating a circuit block in which terminals are short-circuited in a DC manner. In FIG. 16, since it is almost the same as the configuration shown in FIG. 8, the same elements as those in FIG.
[0072]
When short-circuiting in a DC manner, the DC bias removing DC power supply 44, the microstrip line 32, and the DC bias removing DC power supply are arranged between the upper right terminal of the circuit block 41 and the upper left terminal of the circuit block 51 in the figure. A DC shorting inductor 61 is connected in parallel with 54. Thereby, the circuit analysis of the state which short-circuited the direct current | flow component between the circuit block 41 and the circuit block 51 can be performed.
[0073]
Further, the simulator 200 can be realized on a general-purpose computer by mounting a simulation program that describes the processing contents of the functions that the simulator 200 should have. In this case, the simulation program describing the processing contents can be recorded on a computer-readable recording medium. Examples of the computer-readable recording medium include a magnetic recording device, an optical disk, a magneto-optical recording medium, and a semiconductor memory. Examples of the magnetic recording device include a hard disk device (HDD), a flexible disk (FD), and a magnetic tape. Examples of the optical disc include a DVD (Digital Versatile Disc), a DVD-RAM (Random Access Memory), a CD-ROM (Compact Disc Read Only Memory), and a CD-R (Recordable) / RW (ReWritable). Magneto-optical recording media include MO (Magneto-Optical disc).
[0074]
When distributing the simulation program, for example, portable recording media such as a DVD and a CD-ROM in which the simulation program is recorded are sold. It is also possible to store a simulation program in a storage device of a server computer and transfer the program from the server computer to another computer via a network.
[0075]
A computer that executes a simulation program stores, for example, a simulation program recorded on a portable recording medium or a simulation program transferred from a server computer in its own storage device. Then, the computer reads the simulation program from its own storage device and executes processing according to the simulation program. The computer can also read a simulation program directly from a portable recording medium and execute processing according to the simulation program. Further, each time the simulation program is transferred from the server computer, the computer can sequentially execute processing according to the received simulation program.
[0076]
(Supplementary note 1) In a simulation program for performing a fusion simulation of electromagnetic wave analysis in space and circuit analysis of a circuit arranged in the space,
On the computer,
Perform circuit analysis based on the circuit block that defines the circuit configuration, calculate the DC bias voltage output from the circuit,
Generate an electromagnetic wave analysis link circuit block from which the DC bias component is removed from the circuit block,
Replacing the circuit block with the circuit block for the electromagnetic wave analysis link, unified the transient behavior of the electromagnetic wave in the space including the circuit and the transient behavior of the circuit based on the circuit block for the electromagnetic wave analysis link Perform a simple analysis,
A simulation program characterized by causing processing to be executed.
[0077]
(Appendix 2) When generating the circuit block for the electromagnetic wave analysis link, a bias removing power source for generating a reverse voltage of the DC bias voltage is connected to a terminal to which the DC bias voltage is output of the circuit block. The simulation program according to appendix 1, characterized by:
[0078]
(Additional remark 3) In the said analysis, the voltage from which the said DC bias voltage was removed was calculated as a transient behavior of the said circuit, the electric field value of the space where the said circuit was arrange | positioned based on the said voltage was calculated, and the said electric field The simulation program according to appendix 1, wherein a transient behavior of an electromagnetic wave in the space is calculated using a value.
[0079]
(Appendix 4) When generating the circuit block for the electromagnetic wave analysis link, a DC short circuit is provided between the terminal from which the DC bias voltage is output and a terminal of another circuit connected to the circuit. The simulation program according to appendix 1, wherein an inductor is added.
[0080]
(Supplementary Note 5) In a simulation method for performing a fusion simulation of electromagnetic wave analysis in space and circuit analysis of a circuit arranged in the space,
Perform circuit analysis based on the circuit block that defines the circuit configuration, calculate the DC bias voltage output from the circuit,
Generate an electromagnetic wave analysis link circuit block from which the DC bias component is removed from the circuit block,
Replacing the circuit block with the circuit block for the electromagnetic wave analysis link, unified the transient behavior of the electromagnetic wave in the space including the circuit and the transient behavior of the circuit based on the circuit block for the electromagnetic wave analysis link Perform a simple analysis,
A simulation method characterized by that.
[0081]
(Supplementary Note 6) In a simulation apparatus for performing a fusion simulation of electromagnetic wave analysis in a space and circuit analysis of a circuit arranged in the space,
DC bias voltage calculating means for performing circuit analysis based on a circuit block defining the configuration of the circuit and calculating a DC bias voltage output from the circuit;
An electromagnetic wave analysis link circuit block generating means for generating an electromagnetic wave analysis link circuit block obtained by removing the DC bias component calculated by the DC bias voltage calculating means from the circuit block;
Replacing the circuit block with the electromagnetic wave analysis link circuit block generated by the electromagnetic wave analysis link circuit block generating means, the transient behavior of the electromagnetic wave in the space including the circuit, and the electromagnetic wave analysis link circuit An analysis means for performing a unified analysis of the transient behavior of the circuit based on blocks;
A simulation apparatus comprising:
[0082]
(Supplementary note 7) In a computer-readable recording medium in which a simulation program for performing a fusion simulation of electromagnetic wave analysis in space and circuit analysis of a circuit arranged in the space is recorded,
In the computer,
Perform circuit analysis based on the circuit block that defines the circuit configuration, calculate the DC bias voltage output from the circuit,
Generate an electromagnetic wave analysis link circuit block from which the DC bias component is removed from the circuit block,
Replacing the circuit block with the circuit block for the electromagnetic wave analysis link, unified the transient behavior of the electromagnetic wave in the space including the circuit and the transient behavior of the circuit based on the circuit block for the electromagnetic wave analysis link Perform a simple analysis,
A computer-readable recording medium having recorded thereon a simulation program characterized in that processing is executed.
[0083]
【The invention's effect】
As described above, in the present invention, since the circuit analysis is performed based on the circuit block from which the DC bias voltage output from the circuit is removed, the electromagnetic wave analysis can be performed without being affected by the DC bias voltage. Accurate simulation results can be obtained in a short time.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a conceptual diagram of an invention applied to an embodiment.
FIG. 2 is a diagram illustrating a hardware configuration example of a computer used in the embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a block diagram showing a functional configuration of a simulator according to the present embodiment.
FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a model to be analyzed.
FIG. 5 is a diagram illustrating an example of an electromagnetic wave analysis link circuit block that does not consider removal of a DC bias voltage;
FIG. 6 is a diagram showing an electromagnetic wave analysis link circuit block capable of removing DC bias for a circuit 34;
FIG. 7 is a diagram showing an electromagnetic wave analysis link circuit block capable of removing a DC bias for a circuit 35;
FIG. 8 is a diagram showing a circuit block for electromagnetic wave / circuit analysis in the present embodiment.
FIG. 9 is a flowchart showing a processing procedure of electromagnetic wave / circuit analysis simulation.
FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a simulation result of the present embodiment.
11 is an enlarged view of the simulation result of FIG. 10 in the voltage axis direction.
FIG. 12 is a diagram illustrating an example of a simulation result when a DC power supply for removing DC bias is not added.
13 is an enlarged view of the simulation result of FIG. 12 in the voltage axis direction.
FIG. 14 is a diagram illustrating an example of a simulation result when a DC bias is gently applied.
15 is an enlarged view of the simulation result of FIG. 14 in the voltage axis direction.
FIG. 16 is a diagram showing a circuit block in which terminals are short-circuited in a DC manner.
[Explanation of symbols]
1 space
2 circuit blocks
3 Circuit block for electromagnetic wave analysis link
200 simulator
210 Analysis condition setting section
220 Electromagnetic wave analysis unit
230 Circuit Analysis Unit
240 Current source value delivery section
250 Electric field value delivery section

Claims

In a simulation program for performing a fusion simulation of electromagnetic wave analysis in space and circuit analysis of a circuit arranged in the space,
On the computer,
An analysis condition setting unit reads analysis conditions including the structure information in the space and circuit blocks indicating a plurality of circuits to be analyzed from the first storage device and holds them in the second storage device. And an analysis condition for electromagnetic wave analysis are passed to the electromagnetic wave analysis means, and a bias removing power source having a voltage of 0 V is connected to a terminal from which a DC bias voltage of each of the plurality of circuit blocks is output, and the DC bias voltage of the circuit block A circuit block for an electromagnetic wave analysis link in which terminals between which the signal is output is connected by an inductor is generated and held in the second storage device, and the circuit block for the electromagnetic wave analysis link and an analysis condition of the circuit analysis are circuit analysis means Step to pass to
The circuit analysis means performs a DC analysis of the circuit block for the electromagnetic wave analysis link and calculates a DC bias voltage output from the circuit;
The analysis condition setting means instructing the circuit analysis means to set a voltage for canceling the DC bias voltage to the bias removal power supply of the circuit block for the electromagnetic wave analysis link;
The electromagnetic wave analysis means analyzes the transient behavior of the electromagnetic wave in the space according to the electromagnetic wave analysis conditions, and the current source value transfer unit calculates the current source value from the analysis result of the electromagnetic wave analysis means, and the circuit. Input to the analysis means, and the circuit analysis means analyzes the transient behavior of the circuit block for the electromagnetic wave analysis link in which the voltage specified for the bias removal power source is set according to the analysis conditions of the circuit analysis, and passes the electric field value. A step of performing an electromagnetic wave / circuit coupling analysis by repeating a process of calculating an electric field value of an area where the circuit exists from the analysis result of the circuit analysis means and inputting the electric field value to the electromagnetic wave analysis means;
A simulation program characterized by executing

In a simulation method for performing a fusion simulation of electromagnetic wave analysis in a space and circuit analysis of a circuit arranged in the space with a computer,
  The analysis condition setting means reads from the first storage device analysis conditions including the structure information in the space and circuit blocks indicating a plurality of circuits to be analyzed, and holds them in the second storage device. And an analysis condition for electromagnetic wave analysis are passed to the electromagnetic wave analysis means, and a bias removing power source of 0 V is connected to a terminal from which a DC bias voltage of each of the plurality of circuit blocks is output, and the DC bias voltage of the circuit block An electromagnetic wave analysis link circuit block having terminals connected to each other by an inductor is generated and held in the second storage device, and the electromagnetic wave analysis link circuit block and circuit analysis analysis conditions are circuit analysis means Step to pass to
  The circuit analysis means performs a DC analysis of the circuit block for the electromagnetic wave analysis link and calculates a DC bias voltage output from the circuit;
  The analysis condition setting means instructing the circuit analysis means to set a voltage for canceling the DC bias voltage to the bias removal power supply of the circuit block for the electromagnetic wave analysis link;
  The electromagnetic wave analyzing means analyzes the transient behavior of the electromagnetic wave in the space according to the electromagnetic wave analysis conditions, and the current source value transfer unit calculates the current source value from the analysis result of the electromagnetic wave analyzing means to calculate the circuit. Input to the analysis means, and the circuit analysis means analyzes the transient behavior of the electromagnetic wave analysis link circuit block in which the voltage specified for the bias removal power source is set according to the analysis conditions of the circuit analysis, and passes the electric field value. A step of performing an electromagnetic wave / circuit coupling analysis by repeating a process of calculating an electric field value of an area where the circuit exists from the analysis result of the circuit analysis means and inputting the electric field value to the electromagnetic wave analysis means;
  A simulation method characterized by comprising: