JP4662162B2 - Circuit operation analysis apparatus and circuit operation analysis method - Google Patents

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Description

本発明は、電子回路の回路動作解析技術に関し、特に、解析対象回路の直流動作点の解析を確実且つ短時間で行うことが可能な回路動作解析技術に関する。   The present invention relates to a circuit operation analysis technique for an electronic circuit, and more particularly, to a circuit operation analysis technique capable of reliably and quickly analyzing a DC operating point of a circuit to be analyzed.

回路シミュレーションは、LSIなどの電子回路の挙動を数値解法により計算して求めるもので、一般に、直流解析、交流解析、過渡解析に分類される。この中でも、直流解析はすべての解析の出発点となるものであり、これを確実に行うことは極めて重要である。もし、直流解析に失敗したならば、そのほかの解析もすべて不可能となるからである。多くの実用回路は非線形素子を含み、その回路方程式は非線形方程式となる。直流解析においては、解析対象回路を記述する非線形代数方程式に対し、数値解法を適用してその方程式の解を求める方法が採られる。しかし、一般に、非線形方程式の解を確実に求めるのは非常に困難な問題である。   Circuit simulation is obtained by calculating the behavior of an electronic circuit such as an LSI by a numerical method, and is generally classified into DC analysis, AC analysis, and transient analysis. Among these, DC analysis is a starting point for all analysis, and it is extremely important to perform this analysis reliably. This is because if the DC analysis fails, all other analysis is impossible. Many practical circuits include nonlinear elements, and their circuit equations are nonlinear equations. In direct current analysis, a method is used in which a numerical solution is applied to a nonlinear algebraic equation describing a circuit to be analyzed to find a solution of the equation. However, in general, it is a very difficult problem to reliably obtain a solution of a nonlinear equation.

近年、最も一般的なEDAツールの一つとして用いられているSPICEライクの回路シミュレータでは、非線形回路の直流動作点を計算するに際して、Newton-Raphson(NR)法を用いて計算を行っている。しかしながら、NR法は、与えられた初期値が真の解に十分に近い場合にのみ収束し、初期値の設定を誤ると解が収束しないことが知られている(非特許文献1参照)。従って、LSI等の実用回路では解析に失敗する例が少なくない。特に、回路が大規模化すると、殆どの場合に収束に失敗する。   In recent years, SPICE-like circuit simulators used as one of the most common EDA tools use the Newton-Raphson (NR) method to calculate the DC operating point of a nonlinear circuit. However, it is known that the NR method converges only when a given initial value is sufficiently close to a true solution, and the solution does not converge if the initial value is set incorrectly (see Non-Patent Document 1). Therefore, there are many examples in which analysis fails in practical circuits such as LSI. In particular, when the circuit becomes large, convergence fails in most cases.

そこで、この非収束性の問題を解決するために、Gminステッピング法、ソース・ステッピング法、疑似過渡解析(PTA)法などの多くの方法が提案されている(非特許文献2〜4参照)。これらの方法は、商用のSPICE型シミュレータにおいてはよく用いられている。   In order to solve this non-convergence problem, many methods such as a Gmin stepping method, a source stepping method, and a pseudo transient analysis (PTA) method have been proposed (see Non-Patent Documents 2 to 4). These methods are often used in commercial SPICE type simulators.

これらの中でもPTA法は、Gminステッピング法やソース・ステッピング法に比較すると、収束性のよい方法であると考えられている(非特許文献2参照)。PTA法は、解析対象回路に疑似リアクタンスを挿入して過渡解析を実行し、解が安定したら、それを元の解析対象回路の直流解とする手法である。以下、従来から用いられている通常の疑似過渡解析法について概説する。   Among these, the PTA method is considered to be a method with good convergence compared to the Gmin stepping method and the source stepping method (see Non-Patent Document 2). The PTA method is a technique in which a pseudo-reactance is inserted into an analysis target circuit, a transient analysis is executed, and when the solution is stabilized, it is used as a DC solution of the original analysis target circuit. In the following, the conventional pseudo-transient analysis method used conventionally will be outlined.

疑似過渡解析法においては、初期値が決められた所定の疑似素子(pseudo element)が、解析対象回路内に挿入される。疑似素子としては、例えば、疑似キャパシタや疑似インダクタが使用される。   In the pseudo transient analysis method, a predetermined pseudo element (pseudo element) whose initial value is determined is inserted into the analysis target circuit. For example, a pseudo capacitor or a pseudo inductor is used as the pseudo element.

疑似能動素子は、W.Weeksらによって、ASTAPシミュレータのDC解析において最初に導入された。これは、ソース・ステッピング・アルゴリズムの修正であるとみなされる(非特許文献5参照)。ASTAPアルゴリズムにおいて、疑似キャパシタは、各非線形電流源に並列に挿入される。また、疑似インダクタは、各非線形電圧源に直列に挿入される。これらの疑似素子の特性値(キャパシタンス,インダクタンス)は、一定の値に保持されている(非特許文献6参照)。   Pseudo-active devices were first introduced in the DC analysis of the ASTAP simulator by W. Weeks et al. This is regarded as a modification of the source stepping algorithm (see Non-Patent Document 5). In the ASTAP algorithm, a pseudo capacitor is inserted in parallel with each nonlinear current source. A pseudo inductor is inserted in series with each nonlinear voltage source. The characteristic values (capacitance and inductance) of these pseudo elements are held at constant values (see Non-Patent Document 6).

その後、このPTA法は、SPICEシミュレータにおいて、次のようなルールに従って導入された。図1(a)に示すように、1Fのキャパシタを、それぞれの独立電流源に並列に付加する。また、図1(b)に示すように、1Hのインダクタをそれぞれの独立電圧源に並列に付加する。更に、図1(c)に示すように、BJTモデルの組み込みキャパシタが、非線形ブランチに対する疑似キャパシタとして使用される。そして、各疑似素子の初期条件は、ゼロの初期解を作ることにより選択される(非特許文献5参照)。   Thereafter, this PTA method was introduced in the SPICE simulator according to the following rules. As shown in FIG. 1A, a 1 F capacitor is added in parallel to each independent current source. Further, as shown in FIG. 1B, a 1H inductor is added in parallel to each independent voltage source. Further, as shown in FIG. 1C, a built-in capacitor of the BJT model is used as a pseudo capacitor for the nonlinear branch. The initial condition of each pseudo element is selected by creating a zero initial solution (see Non-Patent Document 5).

その後、この方法は、時変疑似キャパシタ(キャパシタンスが時間変化するキャパシタをいう。以下同じ。)を用いることにより発展してきた。これらは、R.Wilton及びL.Goldgeisserらにより報告されている(非特許文献3,7参照)。   Since then, this method has been developed by using time-varying pseudo capacitors (capacitors whose capacitance changes with time, the same applies hereinafter). These have been reported by R. Wilton and L. Goldgeisser et al. (See Non-Patent Documents 3 and 7).

非特許文献3におけるPTAアルゴリズムの主な特徴点は次の通りである。
(1)疑似キャパシタのみが使用され、その値は図2(b)に示されたように変化する。
(2)疑似キャパシタは、もとの解析対象回路の各ノードとグランドとの間に挿入される。
(3)過渡解析を行う際に、独立電流源と独立電圧源とはその電圧値,電流値がその特定値に設定される。回路内の他のすべてのノードは、初期状態として電圧値,電流値がゼロに設定される。
(4)もとの解析対象回路における(寄生素子を含む)すべてのインダクタンス及びキャパシタンスは、PTAを通して有効とされる。
The main feature points of the PTA algorithm in Non-Patent Document 3 are as follows.
(1) Only pseudo capacitors are used and their values change as shown in FIG. 2 (b).
(2) The pseudo capacitor is inserted between each node of the original circuit to be analyzed and the ground.
(3) When performing transient analysis, the voltage value and current value of the independent current source and the independent voltage source are set to specific values. All other nodes in the circuit are initially set to zero voltage and current values.
(4) All inductances and capacitances (including parasitic elements) in the original circuit to be analyzed are validated through the PTA.

また、非特許文献7で議論されているように、HSPICEの一部であるSABERシミュレータも、特性値が一定の疑似素子を、特性値が時間変化する時変疑似素子に発展させている。ここではPTAアルゴリズムは、2つのシミュレーション・パラメータdr_riseとdr_settleにより制御されている。   Further, as discussed in Non-Patent Document 7, the SABER simulator which is a part of HSPICE has also developed a pseudo element having a constant characteristic value into a time-varying pseudo element whose characteristic value changes with time. Here, the PTA algorithm is controlled by two simulation parameters dr_rise and dr_settle.

PTA法の大きな長所は、過渡解析の間、どの程度の刻み幅で時間ステップをとればよいか、解析の間に解はどの程度変化するか、数値的な打ち切り誤差をどの程度にするか、などをあまり考慮しなくてもよいことである。過渡解析における最終的な回路の状態が定常状態に到達する限りは、もとの解析対象回路の直流動作点を見いだすことができる。
特開昭63−4345号公報 特開平6−231202号公報 特開平7−141416号公報 特開平10−260999号公報 特開平10−320444号公報 Y. Inoue, Y. Imai, and K. Yamamura, "A homotopy method using a nonlinear auxiliary function for solving transistor circuits," IEICE Trans. INF. & SYST. , vol.E88-D, no.7, pp.1401-1408, Jan. 2005. T. L. Quarles, "Analysis of performance and convergence issues for circuit simulation," Univ. of California, Berkeley, CA, ERL-M89/42, Apr. 1989. R. Wilton, "Supplementary algorithms for DC convergence," IEE Colloquium, SPICE: Surviving Problems in Circuit Evaluation, pp. 3/1-3/19, Jun. 1993. E. Yilmaz, and M.M. Green, "Some standard SPICE dc algorithms revisited: why does SPICE still not converge?" Proc. IEEE Int. Symp. Circuits and Systems (ISCAS) vol.6, pp.286-289, May 1999, Orlando, Floride. L. W. Nagel, "Spice2: A computer program to simulate semiconductor circuits," Univ. of California, Berkeley, CA, ERL-M520, May 1975. W. Weeks, A. Jimenez, G. Mahoney, D. Mehta, H. Qassemzadeh, and T. Scott, "Algorithms for ASTAP-A network-analysis program," IEEE Trans. Circuits and Systems, vol.20, no.6, pp.628-634, Nov. 1973. L. Goldgeisser, E. Christen, M. Vlach, and J. Langenwalter, "Open ended dynamic ramping simulation of multi-discipline systems," Proc. IEEE Int. Symp. Circuits and Systems (ISCAS), vol.5, pp.307- 310, May 2001, Sydney, Australia. Y. Inoue, S. Kusanobu, and K. Yamamura, "A practical approach for the fixed-point homotopy method using a solution-tracing circuit," IEICE Trans. Fundamentals, vol.E88-D, no.7, pp.1401-1408, Jun. 2005.
The major advantages of the PTA method are how much time step should be taken during the transient analysis, how much the solution changes during the analysis, how much the numerical truncation error should be, It is not necessary to consider so much. As long as the final circuit state in the transient analysis reaches a steady state, the DC operating point of the original circuit to be analyzed can be found.
Japanese Unexamined Patent Publication No. 63-4345 JP-A-6-231202 JP-A-7-141416 Japanese Patent Laid-Open No. 10-260999 JP-A-10-320444 Y. Inoue, Y. Imai, and K. Yamamura, "A homotopy method using a nonlinear auxiliary function for solving transistor circuits," IEICE Trans. INF. & SYST., Vol.E88-D, no.7, pp.1401 -1408, Jan. 2005. TL Quarles, "Analysis of performance and convergence issues for circuit simulation," Univ. Of California, Berkeley, CA, ERL-M89 / 42, Apr. 1989. R. Wilton, "Supplementary algorithms for DC convergence," IEE Colloquium, SPICE: Surviving Problems in Circuit Evaluation, pp. 3 / 1-3 / 19, Jun. 1993. E. Yilmaz, and MM Green, "Some standard SPICE dc algorithms revisited: why does SPICE still not converge?" Proc. IEEE Int. Symp. Circuits and Systems (ISCAS) vol.6, pp.286-289, May 1999, Orlando, Floride. LW Nagel, "Spice2: A computer program to simulate semiconductor circuits," Univ. Of California, Berkeley, CA, ERL-M520, May 1975. W. Weeks, A. Jimenez, G. Mahoney, D. Mehta, H. Qassemzadeh, and T. Scott, "Algorithms for ASTAP-A network-analysis program," IEEE Trans. Circuits and Systems, vol. 20, no. 6, pp.628-634, Nov. 1973. L. Goldgeisser, E. Christen, M. Vlach, and J. Langenwalter, "Open ended dynamic ramping simulation of multi-discipline systems," Proc. IEEE Int. Symp. Circuits and Systems (ISCAS), vol.5, pp. 307-310, May 2001, Sydney, Australia. Y. Inoue, S. Kusanobu, and K. Yamamura, "A practical approach for the fixed-point homotopy method using a solution-tracing circuit," IEICE Trans. Fundamentals, vol.E88-D, no.7, pp.1401 -1408, Jun. 2005.

しかしながら、上記従来のPTA法は、疑似素子の挿入により、回路が発振する可能性があり、回路が発振した場合には、定常解が得られず、直流解析に失敗するという問題がある。また、解析対象回路によっては、定常解に収束するまでに比較的長時間を要する場合があるという問題もある。   However, the conventional PTA method has a problem that the circuit may oscillate due to the insertion of the pseudo element, and when the circuit oscillates, a steady solution cannot be obtained and the DC analysis fails. In addition, depending on the analysis target circuit, there is a problem that it may take a relatively long time to converge to a steady solution.

そこで、本発明の目的は、疑似過渡解析法を用いて回路の直流動作解析を行うにあたり、過渡解析における発振を防止するとともに計算効率を改善することのできる回路動作解析技術を提供することにある。   Therefore, an object of the present invention is to provide a circuit operation analysis technique capable of preventing oscillation in transient analysis and improving calculation efficiency when performing DC operation analysis of a circuit using a pseudo transient analysis method. .

本発明に係る回路動作解析装置の第1の構成は、疑似過渡解析法により解析対象回路の直流動作点の計算を行う回路動作解析装置であって、
前記解析対象回路の回路構成データを記憶する回路記憶手段と、
前記回路構成データにより表される前記解析対象回路に対して時変疑似素子を挿入することにより、DC解析用回路の修正回路構成データを生成する疑似素子挿入手段と、
前記各時変疑似素子のパラメータ値を時間変化させながら、前記修正回路構成データに基づき前記DC解析用回路の過渡解析計算を行うことによって前記解析対象回路の直流動作点を計算する過渡解析実行手段と、
を備え、
前記疑似素子挿入手段は、疑似インダクタとコンダクタンスが時間とともに変化する時変疑似コンダクタとが並列接続された第1の時変疑似素子、又は疑似キャパシタと抵抗値が時間とともに変化する時変疑似抵抗とが直列接続された第2の時変疑似素子を、前記解析対象回路内に挿入するものであり、
前記過渡解析実行手段は、前記第1の時変疑似素子の時変疑似コンダクタのコンダクタンスを時間とともに増大させ、前記第2の時変疑似素子の時変疑似抵抗の抵抗値を時間とともに増大させながら、過渡解析計算を行うことを特徴とする。
A first configuration of a circuit operation analysis apparatus according to the present invention is a circuit operation analysis apparatus that calculates a DC operating point of a circuit to be analyzed by a pseudo transient analysis method,
Circuit storage means for storing circuit configuration data of the analysis target circuit;
Pseudo element insertion means for generating correction circuit configuration data of the DC analysis circuit by inserting a time-varying pseudo element for the analysis target circuit represented by the circuit configuration data;
Transient analysis execution means for calculating a DC operating point of the analysis target circuit by performing a transient analysis calculation of the DC analysis circuit based on the corrected circuit configuration data while changing the parameter value of each time-varying pseudo-element over time When,
With
The pseudo-element inserting means includes a first time-varying pseudo-element in which a pseudo-inductor and a time-varying pseudo-conductor whose conductance changes with time are connected in parallel, or a pseudo-capacitor and a time-varying pseudo-resistance whose resistance value changes with time. A second time-varying pseudo-element connected in series in the circuit to be analyzed,
The transient analysis execution means increases the conductance of the time-varying pseudo-conductor of the first time-varying pseudo-element with time and increases the resistance value of the time-varying pseudo-resistance of the second time-varying pseudo-element with time. And performing transient analysis calculation.

この構成により、過渡解析の初期段階においては、疑似インダクタと並列に接続された時変疑似コンダクタにより、疑似インダクタによる回路状態の振動が減衰されるため、過渡解析初期段階における発振を抑制することができる。また、過渡解析で時間が進んだ段階においては、時変疑似コンダクタのコンダクタンスは無限大となり疑似インダクタは回路特性に影響を与えなくなる。また、疑似キャパシタに直接接続された時変疑似抵抗の抵抗値は無限大となるため、断線された状態となり、疑似キャパシタは回路特性に影響を与えなくなる。従って、過渡解析の後期段階での疑似リアクタンスによる発振は生じない。その結果、過渡解析における発振を防止することが可能となる。   With this configuration, in the initial stage of transient analysis, the time-varying pseudoconductor connected in parallel with the pseudoinductor attenuates the oscillation of the circuit state caused by the pseudoinductor. it can. Further, at the stage where the time has advanced in the transient analysis, the conductance of the time-varying pseudo-conductor becomes infinite, and the pseudo-inductor does not affect the circuit characteristics. In addition, since the resistance value of the time-varying pseudo-resistance connected directly to the pseudo-capacitor becomes infinite, the circuit is disconnected and the pseudo-capacitor does not affect the circuit characteristics. Therefore, oscillation due to pseudo-reactance does not occur in the later stage of transient analysis. As a result, it is possible to prevent oscillation in transient analysis.

また、時変疑似コンダクタのコンダクタンス及び時変疑似抵抗の抵抗値を適度な速さで指数関数的に増大させることにより、回路の収束を速め、計算効率を改善することもできる。   Further, by increasing the conductance of the time-varying pseudo-conductor and the resistance value of the time-varying pseudo-resistance exponentially at an appropriate speed, circuit convergence can be accelerated and calculation efficiency can be improved.

ここで、時変疑似抵抗及び時変疑似コンダクタは、必ずしも実際の抵抗やコンダクタでなくてもよく、それと等価な回路素子であってもよい。例えば、時変疑似抵抗として、図6(a)に示すような等価な制御電圧源、時変疑似コンダクタとして、図6(b)に示すような等価な制御電流源を使用してもよい。   Here, the time-varying pseudo-resistance and the time-varying pseudo-conductor are not necessarily actual resistances or conductors, and may be circuit elements equivalent to them. For example, an equivalent control voltage source as shown in FIG. 6A may be used as the time-varying pseudo resistance, and an equivalent control current source as shown in FIG. 6B may be used as the time-varying pseudo conductor.

また、ここでは第1の時変疑似素子又は第2の時変疑似素子の挿入箇所については、特に限定しない。例えば、第1の時変疑似素子を電圧源に直列に挿入する、第2の時変疑似素子を電流源に並列に挿入する、第2の時変疑似素子を解析対象回路内の各ノードとグランド間に挿入する等が考えられる。   Here, the insertion position of the first time-varying pseudo element or the second time-varying pseudo element is not particularly limited. For example, the first time-varying pseudo-element is inserted in series with the voltage source, the second time-varying pseudo-element is inserted in parallel with the current source, and the second time-varying pseudo-element is connected to each node in the analysis target circuit. For example, it can be inserted between the grounds.

本発明に係る回路動作解析装置の第2の構成は、前記第1の構成において、前記疑似素子挿入手段は、
前記解析対象回路内の電圧源を抽出し、疑似インダクタとコンダクタンスが時間とともに変化する時変疑似コンダクタとが並列接続された第1の時変疑似素子を、前記解析対象回路内の各電圧源に対して直列に挿入する第1の時変疑似素子挿入手段と、
前記解析対象回路内の電流源を抽出し、疑似キャパシタと抵抗値が時間とともに変化する時変疑似抵抗とが直列接続された第2の時変疑似素子を、前記解析対象回路内の各電流源に対して並列に挿入する第2の時変疑似素子挿入手段と、を備えたことを特徴とする。
According to a second configuration of the circuit operation analysis apparatus of the present invention, in the first configuration, the pseudo element insertion unit includes:
A voltage source in the circuit to be analyzed is extracted, and a first time-varying pseudo element in which a pseudo inductor and a time-varying pseudo conductor whose conductance changes with time is connected in parallel to each voltage source in the circuit to be analyzed. First time-varying pseudo-element inserting means for inserting in series with
A current source in the analysis target circuit is extracted, and a second time-varying pseudo-element in which a pseudo capacitor and a time-varying pseudo resistance whose resistance value changes with time is connected in series to each current source in the analysis target circuit. And a second time-varying pseudo-element inserting means for inserting in parallel.

これにより、過渡解析における電圧源,電流源の立ち上がりの振動を緩和し、発振を抑えることができる。   As a result, it is possible to alleviate the oscillation of the rise of the voltage source and current source in the transient analysis and suppress the oscillation.

ここで、「電流源」には、非線形素子(バイポーラ・トランジスタや電界効果トランジスタ等)を表すモデル式における非線形電流源も含まれる。すなわち、解析対象回路が非線形素子を含む場合には、各非線形素子のモデル式において非線形電流源で接続されるノード間にも、並列に第2の時変疑似素子が挿入される。   Here, the “current source” also includes a non-linear current source in a model expression representing a non-linear element (such as a bipolar transistor or a field effect transistor). That is, when the analysis target circuit includes a nonlinear element, the second time-varying pseudo element is inserted in parallel between nodes connected by the nonlinear current source in the model formula of each nonlinear element.

本発明に係る回路動作解析装置の第3の構成は、前記第2の構成において、前記解析対象回路は、バイポーラ・トランジスタを含む回路であり、
前記第2の時変疑似素子挿入手段は、さらに前記解析対象回路内のバイポーラ・トランジスタを抽出し、前記解析対象回路内の各バイポーラ・トランジスタのベース−エミッタ間及びベース−コレクタ間に前記第2の時変疑似素子を挿入することを特徴とする。
According to a third configuration of the circuit operation analysis apparatus of the present invention, in the second configuration, the analysis target circuit is a circuit including a bipolar transistor,
The second time-varying pseudo-element inserting means further extracts a bipolar transistor in the analysis target circuit, and the second time-variant pseudo element insertion means extracts the second transistor between the base and emitter and between the base and collector of each bipolar transistor in the analysis target circuit. The time-varying pseudo-element is inserted.

この構成により、解析対象回路がバイポーラ・トランジスタを含む場合にも、過渡解析における発振を有効に防止できる。   With this configuration, oscillation in transient analysis can be effectively prevented even when the analysis target circuit includes a bipolar transistor.

本発明に係る回路動作解析装置の第4の構成は、前記第2又は3の構成において、前記解析対象回路は、電界効果トランジスタを含む回路であり、
前記第2の時変疑似素子挿入手段は、さらに前記解析対象回路内の電解効果トランジスタを抽出し、前記解析対象回路内の各電界効果トランジスタのゲート−ソース間及びゲート−ドレイン間に前記第2の時変疑似素子を挿入することを特徴とする。
According to a fourth configuration of the circuit operation analysis apparatus according to the present invention, in the second or third configuration, the circuit to be analyzed is a circuit including a field effect transistor,
The second time-varying pseudo-element inserting means further extracts a field effect transistor in the circuit to be analyzed, and the second time-variant pseudo element insertion means between the gate and source and between the gate and drain of each field effect transistor in the circuit to be analyzed. The time-varying pseudo-element is inserted.

この構成により、解析対象回路が電界効果トランジスタを含む場合にも、過渡解析における発振を有効に防止できる。   With this configuration, oscillation in transient analysis can be effectively prevented even when the analysis target circuit includes a field effect transistor.

本発明に係る回路動作解析装置の第5の構成は、前記第1の構成において、前記疑似素子挿入手段は、前記解析対象回路内の各ノードとグランドとの間に、前記第2の時変疑似素子を挿入することを特徴とする。   According to a fifth configuration of the circuit operation analysis apparatus of the present invention, in the first configuration, the pseudo-element insertion unit is configured such that the second time-variant is inserted between each node in the analysis target circuit and the ground. A pseudo element is inserted.

この構成により、過渡解析における各ノードの電圧,電流の立ち上がりの振動を緩和し、発振を抑えることができる。   With this configuration, it is possible to reduce the oscillation of the voltage and current rise of each node in the transient analysis and suppress the oscillation.

本発明に係る回路動作解析方法の第1の構成は、疑似過渡解析法により解析対象回路の直流動作点の計算を行う回路動作解析方法であって、
回路記憶手段に記憶された前記解析対象回路の回路構成データを読み出して、当該回路構成データにより表される前記解析対象回路に対して時変疑似素子を挿入することにより、DC解析用回路の修正回路構成データを生成する疑似素子挿入ステップと、
前記各時変疑似素子のパラメータ値を時間変化させながら、前記修正回路構成データに基づき前記DC解析用回路の過渡解析計算を行うことによって前記解析対象回路の直流動作点を計算する過渡解析実行ステップと、
を有し、
前記疑似素子挿入ステップにおいては、疑似インダクタとコンダクタンスが時間とともに変化する時変疑似コンダクタとが並列接続された第1の時変疑似素子、又は疑似キャパシタと抵抗値が時間とともに変化する時変疑似抵抗とが直列接続された第2の時変疑似素子を、前記解析対象回路内に挿入し、
前記過渡解析実行ステップにおいては、前記第1の時変疑似素子の時変疑似コンダクタのコンダクタンスを時間とともに増大させ、前記第2の時変疑似素子の時変疑似抵抗の抵抗値を時間とともに増大させながら、過渡解析計算を行うことを特徴とする。
A first configuration of a circuit operation analysis method according to the present invention is a circuit operation analysis method for calculating a DC operating point of a circuit to be analyzed by a pseudo transient analysis method,
Correction of the DC analysis circuit by reading the circuit configuration data of the analysis target circuit stored in the circuit storage means and inserting a time-varying pseudo-element into the analysis target circuit represented by the circuit configuration data A pseudo-element insertion step for generating circuit configuration data;
A transient analysis execution step of calculating a DC operating point of the analysis target circuit by performing a transient analysis calculation of the DC analysis circuit based on the correction circuit configuration data while changing a parameter value of each time-varying pseudo-element over time When,
Have
In the pseudo-element insertion step, a first time-varying pseudo-element in which a pseudo-inductor and a time-varying pseudo-conductor whose conductance changes with time are connected in parallel, or a pseudo-capacitor and a time-varying pseudo-resistance whose resistance value changes with time And a second time-varying pseudo-element connected in series with each other in the circuit to be analyzed,
In the transient analysis execution step, the conductance of the time-varying pseudo-conductor of the first time-varying pseudo-element is increased with time, and the resistance value of the time-varying pseudo-resistance of the second time-varying pseudo-element is increased with time. However, it is characterized by performing transient analysis calculation.

本発明に係る回路動作解析方法の第2の構成は、前記第1の構成において、前記疑似素子挿入ステップにおいては、
前記解析対象回路内の電圧源を抽出し、疑似インダクタとコンダクタンスが時間とともに変化する時変疑似コンダクタとが並列接続された第1の時変疑似素子を、前記解析対象回路内の各電圧源に対して直列に挿入する第1の時変疑似素子挿入ステップと、
前記解析対象回路内の電流源を抽出し、疑似キャパシタと抵抗値が時間とともに変化する時変疑似抵抗とが直列接続された第2の時変疑似素子を、前記解析対象回路内の各電流源に対して並列に挿入する第2の時変疑似素子挿入ステップと、を有することを特徴とする。
In a second configuration of the circuit operation analysis method according to the present invention, in the first configuration, in the pseudo element insertion step,
A voltage source in the circuit to be analyzed is extracted, and a first time-varying pseudo element in which a pseudo inductor and a time-varying pseudo conductor whose conductance changes with time is connected in parallel to each voltage source in the circuit to be analyzed. A first time-varying pseudo-element insertion step for inserting in series with respect to,
A current source in the analysis target circuit is extracted, and a second time-varying pseudo-element in which a pseudo capacitor and a time-varying pseudo resistance whose resistance value changes with time is connected in series to each current source in the analysis target circuit. And a second time-varying pseudo-element insertion step for inserting in parallel.

本発明に係る回路動作解析方法の第3の構成は、前記第2の構成において、前記解析対象回路は、バイポーラ・トランジスタを含む回路であり、
前記第2の時変疑似素子挿入ステップにおいては、さらに前記解析対象回路内のバイポーラ・トランジスタを抽出し、前記解析対象回路内の各バイポーラ・トランジスタのベース−エミッタ間及びベース−コレクタ間に前記第2の時変疑似素子を挿入することを特徴とする。
According to a third configuration of the circuit operation analysis method of the present invention, in the second configuration, the analysis target circuit is a circuit including a bipolar transistor,
In the second time-varying pseudo-element insertion step, a bipolar transistor in the circuit to be analyzed is further extracted, and the second transistor between the base-emitter and the base-collector of each bipolar transistor in the circuit to be analyzed is extracted. 2 time-varying pseudo-elements are inserted.

本発明に係る回路動作解析方法の第4の構成は、前記第2又は3の構成において、前記解析対象回路は、電界効果トランジスタを含む回路であり、
前記第2の時変疑似素子挿入ステップにおいては、さらに前記解析対象回路内の電解効果トランジスタを抽出し、前記解析対象回路内の各電界効果トランジスタのゲート−ソース間及びゲート−ドレイン間に前記第2の時変疑似素子を挿入することを特徴とする。
According to a fourth configuration of the circuit operation analysis method of the present invention, in the second or third configuration, the circuit to be analyzed is a circuit including a field effect transistor,
In the second time-varying pseudo-element insertion step, a field effect transistor in the circuit to be analyzed is further extracted, and the field effect transistor in the circuit to be analyzed is connected between the gate and source and between the gate and drain. 2 time-varying pseudo-elements are inserted.

本発明に係る回路動作解析方法の第5の構成は、前記第1の構成において、前記疑似素子挿入ステップにおいては、前記解析対象回路内の各ノードとグランドとの間に、前記第6の時変疑似素子を挿入することを特徴とする。   According to a fifth configuration of the circuit operation analysis method of the present invention, in the first configuration, in the pseudo element insertion step, the sixth time is set between each node in the analysis target circuit and the ground. A variable pseudo element is inserted.

本発明に係る回路動作解析プログラムは、コンピュータに読み込ませて実行することにより、コンピュータを前記第1乃至5の何れか一の構成の回路動作解析装置として機能させることを特徴とする。   A circuit operation analysis program according to the present invention is read and executed by a computer, thereby causing the computer to function as the circuit operation analysis apparatus having any one of the first to fifth configurations.

以上のように、本発明によれば、過渡解析の初期で時変疑似コンダクタ及び時変疑似抵抗を、発振を抑制するダンピング抵抗として作用させ、過渡解析の後期では、これらのコンダクタンス及び抵抗値を無限大として疑似インダクタ及び疑似キャパシタの影響を除くことにより、疑似過渡解析における発振を有効に防止することが可能となる。また、時変疑似コンダクタのコンダクタンス及び時変疑似抵抗の抵抗値を適度な速さで指数関数的に増大させることにより、回路の収束を速め、計算効率を改善することも可能となる。従って、上述した従来のPTA法の問題を解決することができ、回路の直流解析を効率よく短時間で行うことが可能な回路動作解析技術を提供することができる。   As described above, according to the present invention, the time-varying pseudo-conductor and the time-varying pseudo-resistance are caused to act as a damping resistor that suppresses oscillation at the initial stage of the transient analysis, and in the later stage of the transient analysis, these conductance and resistance value are By eliminating the influence of the pseudo inductor and the pseudo capacitor as infinite, oscillation in the pseudo transient analysis can be effectively prevented. Further, by increasing the conductance of the time-varying pseudo-conductor and the resistance value of the time-varying pseudo-resistance exponentially at an appropriate speed, it is possible to accelerate circuit convergence and improve calculation efficiency. Therefore, it is possible to solve the problems of the conventional PTA method described above, and to provide a circuit operation analysis technique capable of efficiently performing DC analysis of a circuit in a short time.

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。   The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.

〔1〕構成及び動作
図3は、本発明の実施例1に係る回路動作解析装置1の構成を表す図である。回路動作解析装置1は、回路データ入力装置2から入力される解析対象回路の回路構成データに基づいて、解析対象回路の直流解析の計算を行い、その結果を出力装置3に出力する。
[1] Configuration and Operation FIG. 3 is a diagram illustrating the configuration of the circuit operation analysis apparatus 1 according to the first embodiment of the present invention. The circuit operation analysis device 1 performs DC analysis calculation of the analysis target circuit based on the circuit configuration data of the analysis target circuit input from the circuit data input device 2 and outputs the result to the output device 3.

回路データ入力装置2としては、通常のネットリスト入力用の回路図エディタ等が用いられる。また、出力装置3は、ディスプレイ、ハードディスク、CD-ROM等を使用することができる。   As the circuit data input device 2, a normal net list input circuit diagram editor or the like is used. The output device 3 can use a display, a hard disk, a CD-ROM, or the like.

尚、これらの各装置については、ハードウェア的にはコンピュータ,補助記憶装置,外部記憶装置等を用いて構成される。回路動作解析装置1については、FPGAなどを用いて回路的に構成することも可能であるが、プログラム・モジュールとして構成してこれをコンピュータで実行させることによりコンピュータを回路動作解析装置1として動作させるように構成してもよい。   Each of these devices is configured using a computer, an auxiliary storage device, an external storage device, and the like in hardware. The circuit operation analysis apparatus 1 can be configured as a circuit using an FPGA or the like. However, the circuit operation analysis apparatus 1 is configured as a program module and executed by the computer so that the computer operates as the circuit operation analysis apparatus 1. You may comprise as follows.

図3において、回路動作解析装置1は、解析対象回路記憶手段11,疑似素子挿入手段12,修正回路記憶手段13,及び過渡解析実行手段14を備えている。   In FIG. 3, the circuit operation analysis apparatus 1 includes an analysis target circuit storage unit 11, a pseudo element insertion unit 12, a correction circuit storage unit 13, and a transient analysis execution unit 14.

解析対象回路記憶手段11は、解析対象回路の回路構成データを記憶する。疑似素子挿入手段12は、回路構成データにより表される解析対象回路に対して時変疑似素子を挿入することにより、DC解析用回路の修正回路構成データを生成し出力する。修正回路記憶手段13は、疑似素子挿入手段12が出力するDC解析用回路の修正回路構成データを記憶する。過渡解析実行手段14は、各時変疑似素子のパラメータ値を時間変化させながら、修正回路構成データに基づきDC解析用回路の過渡解析計算を行うことによって解析対象回路の直流動作点を計算する。計算により得られた直流動作点のデータは、出力装置3に出力される。   The analysis target circuit storage unit 11 stores circuit configuration data of the analysis target circuit. The pseudo element insertion unit 12 generates and outputs corrected circuit configuration data of the DC analysis circuit by inserting a time-varying pseudo element into the analysis target circuit represented by the circuit configuration data. The correction circuit storage unit 13 stores correction circuit configuration data of the DC analysis circuit output from the pseudo element insertion unit 12. The transient analysis execution means 14 calculates the DC operating point of the analysis target circuit by performing transient analysis calculation of the DC analysis circuit based on the corrected circuit configuration data while changing the parameter value of each time-varying pseudo-element with time. The DC operating point data obtained by the calculation is output to the output device 3.

以上のように構成された本実施例に係る回路動作解析装置1について、以下その動作を説明する。   The operation of the circuit operation analyzing apparatus 1 according to this embodiment configured as described above will be described below.

まず、ユーザが回路データ入力装置2により解析対象回路のネットリストを作成し、そのネットリストが、解析対象回路の回路構成データとして解析対象回路記憶手段11に保存される。   First, the user creates a net list of the analysis target circuit using the circuit data input device 2, and the net list is stored in the analysis target circuit storage unit 11 as circuit configuration data of the analysis target circuit.

次に、疑似素子挿入手段12は、解析対象回路記憶手段11から回路構成データを読み出す。そして、解析対象回路内の電圧源を抽出し、各電圧源に対し、図4(b)のような時変疑似素子(以下「GVLブランチ」という。)を当該電圧源に直列に挿入する。このGVLブランチが挿入された状態を図5(a)に示す。   Next, the pseudo element insertion unit 12 reads circuit configuration data from the analysis target circuit storage unit 11. Then, a voltage source in the analysis target circuit is extracted, and a time-varying pseudo element (hereinafter referred to as “GVL branch”) as shown in FIG. 4B is inserted in series with the voltage source. FIG. 5A shows a state where the GVL branch is inserted.

図4(b)のGVLブランチは、経時変化しないインダクタンスLをもつ疑似インダクタと、コンダクタンスGが時間とともに変化する時変疑似コンダクタとが並列接続された構成からなる。 The GVL branch of FIG. 4B has a configuration in which a pseudo inductor having an inductance L 0 that does not change with time and a time-varying pseudo conductor whose conductance G v changes with time are connected in parallel.

また、疑似素子挿入手段12は、解析対象回路内の電流源を抽出し、各電流源に対し、図4(a)のような時変疑似素子(以下「RVCブランチ」という。)を当該電圧源に並列に挿入する。このRVCブランチが挿入された状態を図5(b)に示す。   Further, the pseudo element insertion unit 12 extracts a current source in the analysis target circuit, and for each current source, a time-varying pseudo element (hereinafter referred to as “RVC branch”) as shown in FIG. Insert in parallel to the source. FIG. 5B shows a state in which this RVC branch is inserted.

図4(a)のRVCブランチは、経時変化しないキャパシタンスCをもつ疑似キャパシタと、抵抗Rが時間とともに変化する時変疑似抵抗とが並列接続された構成からなる。 The RVC branch of FIG. 4 (a) has a configuration in which a pseudo capacitor having a capacitance C 0 that does not change with time and a time-varying pseudo resistor whose resistance R v changes with time are connected in parallel.

また、疑似素子挿入手段12は、解析対象回路内のバイポーラ・トランジスタを抽出し、この解析対象回路内の各バイポーラ・トランジスタのベース−エミッタ間及びベース−コレクタ間に図4(a)のRVCブランチを挿入する。このRVCブランチが挿入された状態を図5(c)に示す。   Further, the pseudo element insertion means 12 extracts the bipolar transistor in the analysis target circuit, and the RVC branch of FIG. 4A between the base-emitter and the base-collector of each bipolar transistor in the analysis target circuit. Insert. FIG. 5C shows a state in which this RVC branch is inserted.

更に、疑似素子挿入手段12は、解析対象回路内の電解効果トランジスタを抽出し、この解析対象回路内の各電界効果トランジスタのゲート−ソース間及びゲート−ドレイン間に図4(a)のRVCブランチを挿入する。このRVCブランチが挿入された状態を図5(d)に示す。   Furthermore, the pseudo element insertion unit 12 extracts the field effect transistor in the analysis target circuit, and the RVC branch of FIG. 4A between the gate and source and between the gate and drain of each field effect transistor in the analysis target circuit. Insert. FIG. 5D shows a state in which this RVC branch is inserted.

そして、疑似素子挿入手段12は、各時変疑似素子が挿入された解析対象回路の回路構成データを、修正回路構成データとして、修正回路記憶手段13に保存する。   The pseudo element insertion unit 12 stores the circuit configuration data of the analysis target circuit into which each time-varying pseudo element is inserted in the correction circuit storage unit 13 as correction circuit configuration data.

次に、過渡解析実行手段14は、修正回路記憶手段13に記憶された修正回路構成データに基づいて過渡解析を行う。   Next, the transient analysis execution means 14 performs a transient analysis based on the correction circuit configuration data stored in the correction circuit storage means 13.

過渡解析における各ノードの電圧値及び電流値の初期値は、従来のPTA法の場合と同様に設定する。すなわち、独立した電流源と独立した電圧源はその電圧値,電流値がその特定値に設定される。またその他のすべてのノードについては、初期状態として電圧値,電流値がゼロに設定される。   The initial values of the voltage value and current value of each node in the transient analysis are set in the same manner as in the conventional PTA method. In other words, the voltage value and current value of the independent current source and the independent voltage source are set to the specific values. For all other nodes, the voltage value and current value are set to zero as the initial state.

また、各GVLブランチの時変疑似コンダクタのコンダクタンスGv及び各RVCブランチの時変疑似抵抗の抵抗値Rvは、それぞれ、初期値Gv0,Rv0に設定される。 Furthermore, the conductance G v and the resistance value R v of varying pseudo resistance when the RVC branches of varying pseudo conductor when the GVL branch, respectively, is set to an initial value G v0, R v0.

次に、過渡解析の計算において、各時変疑似コンダクタのコンダクタンスGv及び各時変疑似抵抗の抵抗値Rvは、図4(c)に示したように、時間とともに指数関数的に増大させる。そして、最終的に時刻tsettleにおいて無限大とする。 Next, in the calculation of transient analysis, conductance G v and the resistance value R v of the time-varying pseudo-resistance of each time-varying pseudo-conductor, as shown in FIG. 4 (c), increasing exponentially with time . And finally, it is infinite at time t settle .

この時変疑似抵抗と時変疑似コンダクタを導入したことによって、修正回路は、過渡解析実行手段14が実行する過渡解析において、発振しにくい回路となる。   By introducing the time-varying pseudo-resistance and the time-varying pseudo-conductor, the correction circuit becomes a circuit that does not easily oscillate in the transient analysis performed by the transient analysis executing means 14.

図4(a)と図4(b)に示したRVCブランチとGLVブランチの角周波数ωにおけるQ値は、次式のように表される。 The Q value at the angular frequency ω 0 of the RVC branch and the GLV branch shown in FIGS. 4A and 4B is expressed as the following equation.

Figure 0004662162
Figure 0004662162

Q値は回路の発振の次数を表す。すなわち、Q値が大きいほど発振が起こりやすくなる。本実施例においては、Q値の分母に現れるRvとGvは時間とともに無限に増大するため、Q値は時間とともに減少する。従って、発振を緩和することができる。式(1)によれば、Q値はt=tsettleにおいてゼロに近づく。このようにして、理論的に発振を評価することができる。 The Q value represents the order of oscillation of the circuit. That is, the greater the Q value, the easier it is for oscillation to occur. In this embodiment, since R v and G v appearing in the denominator of Q value to increase indefinitely with time, the Q value decreases with time. Therefore, oscillation can be mitigated. According to equation (1), the Q value approaches zero at t = t settle . In this way, the oscillation can be theoretically evaluated.

また、他の見方をすれば、RvとGvが無限大と見なされる場合、RVCブランチは開放除去されていると見なされる。また、GLVブランチは短絡除去されているとみなされる。従って、定数C0及びL0の影響はなくなる。 From another point of view, if R v and G v are considered infinite, the RVC branch is considered to be removed. Also, the GLV branch is considered short-circuit removed. Therefore, the influence of the constants C 0 and L 0 is eliminated.

以上のようにして過渡解析実行手段14が過渡解析を行った結果、t=tsettleにおいて解析対象回路の各ノードの電圧・電流値は定常状態に到達する。この値状態が直流動作点である。過渡解析実行手段14は、この直流動作点のデータを出力装置3に出力し、直流解析処理を終了する。 As a result of the transient analysis executing means 14 performing the transient analysis as described above, the voltage / current value of each node of the analysis target circuit reaches a steady state at t = t settle . This value state is the DC operating point. The transient analysis execution means 14 outputs the DC operating point data to the output device 3 and ends the DC analysis processing.

〔2〕いくつかの回路における実験例
従来のPTAアルゴリズムにおいては、解析対象回路が、次の例に挙げるような特定の部分回路を含む場合に、疑似素子により発振する可能性がある。この場合、従来のPTAアルゴリズムを用いると直流解析に失敗する。それに対して、本実施例の回路動作解析装置1の処理方法を使用した場合には、発振を回避することが可能となり、同時に収束時間が速められる。
[2] Experimental Examples in Some Circuits In the conventional PTA algorithm, there is a possibility of oscillation by a pseudo element when the analysis target circuit includes a specific partial circuit as shown in the following example. In this case, DC analysis fails if the conventional PTA algorithm is used. On the other hand, when the processing method of the circuit operation analysis apparatus 1 of the present embodiment is used, oscillation can be avoided and at the same time the convergence time is accelerated.

非特許文献8によれば、時変疑似抵抗Rv及び時変疑似コンダクタGvのモデルとしては、図6(a),(b)に示したような、制御電圧源ERV及び制御電流源GGVがよく使用される。ERV及びGGVの電流−電圧関係は次の通りである。 According to Non-Patent Document 8, as the models of the time-varying pseudo resistance R v and the time-varying pseudo conductor G v , the control voltage source ERV and the control current source GGV as shown in FIGS. 6A and 6B are used. Is often used. The current-voltage relationship of ERV and GGV is as follows.

Figure 0004662162
Figure 0004662162

式(2)において、VERVはERVの両端の電圧である。I(C0)はキャパシタC0を通して流れる電流である。I(GGV)はGGVを流れる電流である。V(L0)はインダクタL0を流れる電流である。また、VCTRLは図6(c)に示すように、時間とともに値が変化する制御電圧である。また、Rv0及びGv0はRv及びGvの初期値である。 In equation (2), V ERV is the voltage across ERV. I (C 0 ) is a current flowing through the capacitor C 0 . I (GGV) is a current flowing through GGV. V (L 0 ) is a current flowing through the inductor L 0 . V CTRL is a control voltage whose value changes with time, as shown in FIG. R v0 and G v0 are initial values of R v and G v .

このモデルによれば、図6(a),(b)の時変複合疑似素子の等価抵抗及び等価コンダクタンスは、図3(c)に示した曲線と同様の特性となる。   According to this model, the equivalent resistance and equivalent conductance of the time-varying composite pseudo element shown in FIGS. 6A and 6B have the same characteristics as the curve shown in FIG.

〔例1〕インバータ・チェーン回路
テスト回路として、図7に示したような5つのCMOSからなるインバータ・チェーン回路を考える。
[Example 1] Inverter chain circuit As a test circuit, consider an inverter chain circuit composed of five CMOSs as shown in FIG.

インバータ・チェーン回路は、疑似過渡解析法における発振問題を引き起こす典型的な例の一つである。もし、解析対象回路がこの構造の部分回路を含んでいた場合、疑似過渡解析においてはすべての回路で発振が生じる。しかしながら、この種の発振の問題は、本実施例の回路動作解析装置1の行う解析方法では生じない。   The inverter chain circuit is one of the typical examples that cause the oscillation problem in the pseudo transient analysis method. If the analysis target circuit includes a partial circuit of this structure, oscillation occurs in all the circuits in the pseudo transient analysis. However, this type of oscillation problem does not occur in the analysis method performed by the circuit operation analysis apparatus 1 of this embodiment.

図8は、図7のインバータ・チェーン回路について、従来法(a)(b)(c)及び本発明の方法(d)の疑似過渡解析の比較を示す図である。   FIG. 8 is a diagram showing a comparison of pseudo transient analysis between the conventional methods (a), (b), and (c) and the method (d) of the present invention for the inverter chain circuit of FIG.

図8(a)(b)は、図1に示したような一定キャパシタンスの疑似キャパシタを用いたPTAアルゴリズムにより、図7のインバータ・チェーン回路の過渡解析を行った結果である(以下、このPTAアルゴリズムを「アルゴリズムA1」「アルゴリズムA2」という。)。半導体技術の進展によって、キャパシタンスCとインダクタンスLの値は、より小さな値が使用される。 FIGS. 8A and 8B show the results of a transient analysis of the inverter chain circuit of FIG. 7 by the PTA algorithm using a pseudo capacitor having a constant capacitance as shown in FIG. 1 (hereinafter, this PTA). The algorithm is referred to as “algorithm A1” or “algorithm A2”). Due to advances in semiconductor technology, smaller values are used for capacitance C 0 and inductance L 0 .

なお、アルゴリズムA1においては、疑似キャパシタは1Fとし、アルゴリズムA2においては、疑似キャパシタは0.0001Fとしている。   In the algorithm A1, the pseudo capacitor is 1F, and in the algorithm A2, the pseudo capacitor is 0.0001F.

図8(a)(b)の曲線では、2つのタイプの発振が見られる。一つは、過渡解析の初期の部分で減衰する発振であり、もう一つはその後に現れる定常的な発振である。初期の部分で減衰する発振は、電圧源に直列に挿入される疑似インダクタLによって引き起こされている。また、その後に現れる定常的な発振は、挿入された疑似キャパシタの影響によるものである。   Two types of oscillation are seen in the curves of FIGS. One is an oscillation that attenuates in the early part of the transient analysis, and the other is a steady oscillation that appears after that. The oscillation that decays in the early part is caused by a pseudo inductor L inserted in series with the voltage source. Further, the steady oscillation that appears thereafter is due to the influence of the inserted pseudo capacitor.

図8(c)は、図2に示したようなキャパシタンスが時間とともに減衰する時変疑似キャパシタを用いたPTAアルゴリズムにより、図7のインバータ・チェーン回路の過渡解析を行った結果である(以下、このPTAアルゴリズムを「アルゴリズムB」という。)。   FIG. 8C shows the result of the transient analysis of the inverter chain circuit of FIG. 7 by the PTA algorithm using the time-varying pseudo-capacitor whose capacitance decays with time as shown in FIG. This PTA algorithm is referred to as “algorithm B”).

この場合、もとの解析対象回路にはインダクタは挿入されないので、初期の減衰する発振は出現しない。しかしながら、時間とともに周波数が高くなる発振が見られる。この発振は時間とともに深刻となり、各ノードの電圧・電流値が定常状態となることはない。   In this case, since the inductor is not inserted into the original circuit to be analyzed, the initial damped oscillation does not appear. However, there is oscillation that increases in frequency over time. This oscillation becomes serious with time, and the voltage / current value of each node does not reach a steady state.

図8(d)は、本実施例1の回路動作解析装置1が行うPTAアルゴリズムにより、図7のインバータ・チェーン回路の過渡解析を行った結果である(以下、このPTAアルゴリズムを「アルゴリズムC」という)。電圧源に直列にインダクタンスを付加したにもかかわらず、t=4及びt=6の間でわずかに変動が見られるのみである。また、挿入された時変疑似素子R及びGにより、最終的な定常状態はきれいに得られている。 FIG. 8D shows the result of the transient analysis of the inverter chain circuit of FIG. 7 by the PTA algorithm performed by the circuit operation analysis apparatus 1 of the first embodiment (hereinafter, this PTA algorithm is referred to as “algorithm C”. Called). Despite adding inductance in series with the voltage source, there is only a slight variation between t = 4 and t = 6. Also, the final steady state is clearly obtained by the inserted time-varying pseudo-elements R v and G v .

以上の結果から、PTA法における発振問題は、本実施例の回路動作解析装置1が行うPTAアルゴリズムにより解決されることがわかる。   From the above results, it can be seen that the oscillation problem in the PTA method is solved by the PTA algorithm performed by the circuit operation analysis apparatus 1 of the present embodiment.

〔例2〕実用レギュレータ回路
2つ目の例として、HSPICEシミュレータの直流解析において非収束問題を生じるような実用レギュレータ回路を考える。回路は25BJT(Bipolar Junction Transistor)を含む45素子から構成される。例1と同じ4つのアルゴリズムをこの回路の直流解析に適用して実験を行った。
アルゴリズムA1においては、過渡解析において発振が見られた。発振の振動は時間と共に減衰したが、t=1000においてもなお振動が見られ、定常状態が得られなかった。
アルゴリズムA2において、キャパシタCの値を小さくした場合、発振は比較的早く減衰し、定常状態が得られた。
アルゴリズムBにおいても、過渡解析において、レギュレータ回路の正帰還に起因して、時間の経過と共に発振した。
それに対して、アルゴリズムCでは容易に定常状態となることが確認された。
[Example 2] Practical regulator circuit As a second example, consider a practical regulator circuit that causes a non-convergence problem in DC analysis of the HSPICE simulator. The circuit is composed of 45 elements including 25BJT (Bipolar Junction Transistor). The same four algorithms as in Example 1 were applied to the DC analysis of this circuit for experiments.
In algorithm A1, oscillation was seen in the transient analysis. The oscillation vibration attenuated with time, but the oscillation was still observed at t = 1000, and a steady state was not obtained.
In the algorithm A2, when the value of the capacitor C was decreased, the oscillation attenuated relatively quickly and a steady state was obtained.
Algorithm B also oscillated over time due to the positive feedback of the regulator circuit in the transient analysis.
On the other hand, it was confirmed that algorithm C easily reaches a steady state.

〔例3〕ハイブリッド電圧リファレンス回路
3つ目の例として、図9に示したようなハイブリッド電圧リファレンス回路を考える。この回路の動作に関する詳細な説明は非特許文献1に記載されている。例1と同じ4つのアルゴリズムをこの回路の直流解析に適用して実験を行った。
[Example 3] Hybrid voltage reference circuit As a third example, a hybrid voltage reference circuit as shown in FIG. 9 is considered. A detailed description of the operation of this circuit is described in Non-Patent Document 1. The same four algorithms as in Example 1 were applied to the DC analysis of this circuit for experiments.

直流解析のための過渡解析を行った結果、アルゴリズムA1については、〔例2〕と同様の結果が得られた。即ち、解析開始時に発振が生じ、振動は時間と共に減衰したものの、t=1000においても定常状態に至らなかった。   As a result of performing the transient analysis for the direct current analysis, the result similar to [Example 2] was obtained for the algorithm A1. That is, oscillation occurred at the start of analysis, and the vibration attenuated with time, but did not reach a steady state even at t = 1000.

疑似キャパシタの値を小さくしたため、他の3つのアルゴリズムについては、最終的には定常状態に行き着くことができた。アルゴリズムA2のシミュレーション結果は、アルゴリズムCの結果と同等となった。これは、アルゴリズムA2では、疑似素子C,Lのパラメータ値を、アルゴリズムCと同じC,Lとしたためである。 Since the value of the pseudocapacitor was reduced, the other three algorithms could finally reach a steady state. The simulation result of algorithm A2 is equivalent to the result of algorithm C. This is because in the algorithm A2, the parameter values of the pseudo elements C and L are set to C 0 and L 0 which are the same as those in the algorithm C.

アルゴリズムBにおいては、ノード電圧波形は大きく変化し、定常状態に至るまでにいくつかの周期の変動が見られた。それに対して、アルゴリズムCでは、ノード電圧の変動は小さかった。   In algorithm B, the node voltage waveform changed greatly, and some period fluctuations were observed before the steady state was reached. On the other hand, in the algorithm C, the fluctuation of the node voltage was small.

これら4つのアルゴリズムのシミュレーション効率を表1に示す。尚、表1は、〔例1〕〔例2〕のシミュレーション効率についても載せてある。   Table 1 shows the simulation efficiencies of these four algorithms. Table 1 also shows the simulation efficiency of [Example 1] and [Example 2].

Figure 0004662162
Figure 0004662162

*が付されたデータはt=tsettleにおいて得られたデータである。*が付されていないデータは、図8と図10に示したような過渡解析の終了時点で得られたデータである。 The data marked with * is the data obtained at t = t settle . Data without * is data obtained at the end of the transient analysis as shown in FIGS.

アルゴリズムCを他のアルゴリズムA,Bと比較すると、#tot.(全イタレーション数)は、〔例1〕においては10%程度減少している。時間tsettle(解が定常状態となるまでに時間)は、〔例3〕においては極めて短くなっている。また、いずれの例においても。CPUタイムTCPU(CPU消費時間)は抑えられていることがわかる。 When comparing algorithm C with other algorithms A and B, #tot. (Total number of iterations) is reduced by about 10% in [Example 1]. The time t settle (time until the solution reaches a steady state) is extremely short in [Example 3]. In any case. CPU time T CPU (CPU consumption time) is suppressed.

本発明の実施例2における回路動作解析装置1の構成は図3と同様である。本実施例2においては、疑似素子挿入手段2が解析対象回路に時変疑似素子を挿入する方法が実施例1と異なる。   The configuration of the circuit operation analysis apparatus 1 according to the second embodiment of the present invention is the same as that shown in FIG. The second embodiment is different from the first embodiment in that the pseudo element inserting means 2 inserts a time-varying pseudo element into the analysis target circuit.

図10は、本発明の実施例2における時変疑似素子を説明する図である。本実施例においては、時変疑似素子としては、図10(a)に示したような疑似キャパシタCと時変疑似抵抗Rとが直列接続された回路構造の素子を用いる。時変疑似抵抗は、図10(b)に示したように、時間と共に抵抗値が指数関数的に増加する。 FIG. 10 is a diagram for explaining a time-varying pseudo element in Embodiment 2 of the present invention. In this embodiment, when as the varying pseudo element is used an element of the circuit structure variables and a pseudo resistor R v are connected in series when a pseudo-capacitor C 0, as shown in Figure 10 (a). As shown in FIG. 10B, the resistance value of the time-varying pseudo-resistance increases exponentially with time.

時変疑似素子は、図10(c)に示したように、解析対象回路の各ノードとグランドとの間に挿入する。   As shown in FIG. 10C, the time-varying pseudo element is inserted between each node of the analysis target circuit and the ground.

このようにしても、直流解析における過渡解析での発振を防止し、短時間で直流動作点を求めることが可能となる。   Even in this case, it is possible to prevent oscillation in the transient analysis in the DC analysis and obtain the DC operating point in a short time.

SPICEにおける疑似インダクタンス及び疑似キャパシタンスを挿入した状態を示す図である。It is a figure which shows the state which inserted the pseudo inductance and pseudo capacitance in SPICE. 非特許文献3における時変疑似キャパシタンスを説明する図である。It is a figure explaining the time-varying pseudocapacitance in Non-Patent Document 3. 本発明の実施例1に係る回路動作解析装置1の構成を表す図である。It is a figure showing the structure of the circuit operation | movement analysis apparatus 1 which concerns on Example 1 of this invention. 本発明の実施例1において用いられる時変疑似素子を説明する図である。It is a figure explaining the time-varying pseudo element used in Example 1 of this invention. 本発明の実施例1において用いられる時変疑似素子を回路内に挿入する方法を説明する図である。It is a figure explaining the method of inserting the time-varying pseudo element used in Example 1 of this invention in a circuit. 本発明の実施例1において用いられる時変疑似素子のシミュレーション・モデルを示す図である。It is a figure which shows the simulation model of the time-varying pseudo element used in Example 1 of this invention. インバータ・チェーン回路の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of an inverter chain circuit. 図7のインバータ・チェーン回路について、従来法(a)(b)及び本発明の方法(c)の疑似過渡解析の比較を示す図である。It is a figure which shows the comparison of the pseudo transient analysis of the conventional method (a) (b) and the method (c) of this invention about the inverter chain circuit of FIG. ハイブリッド電圧リファレンス回路を示す図である。It is a figure which shows a hybrid voltage reference circuit. 本発明の実施例2における時変疑似素子を説明する図である。It is a figure explaining the time-varying pseudo element in Example 2 of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 回路動作解析装置
2 回路データ入力装置
3 出力装置
11 解析対象回路記憶手段
12 疑似素子挿入手段
13 修正回路記憶手段
14 過渡解析実行手段

DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Circuit operation | movement analyzer 2 Circuit data input device 3 Output device 11 Analysis object circuit storage means 12 Pseudo element insertion means 13 Correction circuit storage means 14 Transient analysis execution means

Claims (6)

疑似過渡解析法により解析対象回路の直流動作点の計算を行う回路動作解析装置であって、
前記解析対象回路の回路構成データを記憶する回路記憶手段と、
前記回路構成データにより表される前記解析対象回路に対して時変疑似素子を挿入することにより、DC解析用回路の修正回路構成データを生成する疑似素子挿入手段と、
前記各時変疑似素子のパラメータ値を時間変化させながら、前記修正回路構成データに基づき前記DC解析用回路の過渡解析計算を行うことによって前記解析対象回路の直流動作点を計算する過渡解析実行手段と、
を備え、
前記疑似素子挿入手段は、疑似インダクタとコンダクタンスが時間とともに変化する時変疑似コンダクタとが並列接続された第1の時変疑似素子、又は疑似キャパシタと抵抗値が時間とともに変化する時変疑似抵抗とが直列接続された第2の時変疑似素子を、前記解析対象回路内に挿入するものであり、
前記過渡解析実行手段は、前記第1の時変疑似素子の時変疑似コンダクタのコンダクタンスを時間とともに増大させ、前記第2の時変疑似素子の時変疑似抵抗の抵抗値を時間とともに増大させながら、過渡解析計算を行うことを特徴とする回路動作解析装置。
A circuit operation analysis device for calculating a DC operating point of a circuit to be analyzed by a pseudo transient analysis method,
Circuit storage means for storing circuit configuration data of the analysis target circuit;
Pseudo element insertion means for generating correction circuit configuration data of the DC analysis circuit by inserting a time-varying pseudo element for the analysis target circuit represented by the circuit configuration data;
Transient analysis execution means for calculating a DC operating point of the analysis target circuit by performing a transient analysis calculation of the DC analysis circuit based on the corrected circuit configuration data while changing the parameter value of each time-varying pseudo-element over time When,
With
The pseudo-element inserting means includes a first time-varying pseudo-element in which a pseudo-inductor and a time-varying pseudo-conductor whose conductance changes with time are connected in parallel, or a pseudo-capacitor and a time-varying pseudo-resistance whose resistance value changes with time. A second time-varying pseudo-element connected in series in the circuit to be analyzed,
The transient analysis execution means increases the conductance of the time-varying pseudo-conductor of the first time-varying pseudo-element with time and increases the resistance value of the time-varying pseudo-resistance of the second time-varying pseudo-element with time. A circuit operation analysis device characterized by performing transient analysis calculation.
前記疑似素子挿入手段は、
前記解析対象回路内の電圧源を抽出し、疑似インダクタとコンダクタンスが時間とともに変化する時変疑似コンダクタとが並列接続された第1の時変疑似素子を、前記解析対象回路内の各電圧源に対して直列に挿入する第1の時変疑似素子挿入手段と、
前記解析対象回路内の電流源を抽出し、疑似キャパシタと抵抗値が時間とともに変化する時変疑似抵抗とが直列接続された第2の時変疑似素子を、前記解析対象回路内の各電流源に対して並列に挿入する第2の時変疑似素子挿入手段と、を備えたことを特徴とする請求項1記載の回路動作解析装置。
The pseudo element insertion means includes:
A voltage source in the circuit to be analyzed is extracted, and a first time-varying pseudo element in which a pseudo inductor and a time-varying pseudo conductor whose conductance changes with time is connected in parallel to each voltage source in the circuit to be analyzed. First time-varying pseudo-element inserting means for inserting in series with
A current source in the analysis target circuit is extracted, and a second time-varying pseudo-element in which a pseudo capacitor and a time-varying pseudo resistance whose resistance value changes with time is connected in series to each current source in the analysis target circuit. 2. The circuit operation analyzing apparatus according to claim 1, further comprising second time-varying pseudo-element inserting means that is inserted in parallel.
前記解析対象回路は、バイポーラ・トランジスタを含む回路であり、
前記第2の時変疑似素子挿入手段は、さらに前記解析対象回路内のバイポーラ・トランジスタを抽出し、前記解析対象回路内の各バイポーラ・トランジスタのベース−エミッタ間及びベース−コレクタ間に前記第2の時変疑似素子を挿入することを特徴とする請求項2記載の回路動作解析装置。
The analysis target circuit is a circuit including a bipolar transistor,
The second time-varying pseudo-element inserting means further extracts a bipolar transistor in the analysis target circuit, and the second time-variant pseudo element insertion means extracts the second transistor between the base and emitter and between the base and collector of each bipolar transistor in the analysis target circuit. 3. The circuit operation analyzing apparatus according to claim 2, wherein a time-varying pseudo-element is inserted.
前記解析対象回路は、電界効果トランジスタを含む回路であり、
前記第2の時変疑似素子挿入手段は、さらに前記解析対象回路内の電解効果トランジスタを抽出し、前記解析対象回路内の各電界効果トランジスタのゲート−ソース間及びゲート−ドレイン間に前記第2の時変疑似素子を挿入することを特徴とする請求項2又は3の何れか一記載の回路動作解析装置。
The circuit to be analyzed is a circuit including a field effect transistor,
The second time-varying pseudo-element inserting means further extracts a field effect transistor in the circuit to be analyzed, and the second time-variant pseudo element insertion means between the gate and source and between the gate and drain of each field effect transistor in the circuit to be analyzed. 4. The circuit operation analysis device according to claim 2, wherein the time-varying pseudo-element is inserted. 5.
前記疑似素子挿入手段は、前記解析対象回路内の各ノードとグランドとの間に、前記第2の時変疑似素子を挿入することを特徴とする請求項1記載の回路動作解析装置。   2. The circuit operation analyzing apparatus according to claim 1, wherein the pseudo element inserting means inserts the second time-varying pseudo element between each node in the analysis target circuit and the ground. コンピュータに読み込ませて実行することにより、コンピュータを請求項1乃至5の何れか一に記載の回路動作解析装置として機能させることを特徴とするプログラム。   A program that causes a computer to function as the circuit operation analysis device according to any one of claims 1 to 5 by being read and executed by a computer.
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