JP4810387B2 - Circuit operation analysis apparatus, circuit operation analysis method, and program - 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、少ない計算機ハードウェア資源で確実か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 that can analyze a DC operation point of a circuit to be analyzed reliably and in a short time with a few computer hardware resources.

半導体技術の進歩により、半導体集積回路の設計において、コンピュータへの依存度はますます大きくなっている。それに伴い、設計回路の解析を行うための回路シミュレータが各種開発されている。   Due to advances in semiconductor technology, the dependence on computers is increasing in the design of semiconductor integrated circuits. Along with this, various circuit simulators for analyzing a design circuit have been developed.

コンピュータによる回路シミュレーションを行う場合には、最初に、回路の直流動作点(DC point)を求める直流解析が行われる。回路シミュレーションにおいて、直流動作点は、交流解析や過渡解析を行う際の出発点であるため、極めて基本的かつ重要である。   When performing a circuit simulation by a computer, first, a direct current analysis for obtaining a direct current operating point (DC point) of the circuit is performed. In circuit simulation, the DC operating point is extremely basic and important because it is the starting point for performing AC analysis and transient analysis.

現在、多くの回路シミュレータでは、直流解析はニュートン・ラフソン(NR)反復アルゴリズム(Newton-Raphson (NR) iterative algorithm)が用いられている。しかしながら、NR法は、解析対象回路内の各節点の電圧・電流の初期値が、最終的な解に十分に近いものでなければ、1つの解に収束することができないことがよく知られている(非特許文献1参照)。   Currently, in many circuit simulators, the Newton-Raphson (NR) iterative algorithm is used for DC analysis. However, it is well known that the NR method cannot converge to one solution unless the initial values of the voltage and current at each node in the analysis target circuit are sufficiently close to the final solution. (See Non-Patent Document 1).

そこで、この非収束問題を克服するため、現在、様々な方法が提案されている。ホモトピー法(homotopy method)は、原理的に大域収束性(global convergence)が厳密に保証されており、多くの研究がされている(例えば、非特許文献2,3参照)。しかしながら、実際の回路シミュレータに実装する場合、実装方法が容易でない、計算時間が長い、必要な計算機ハードウェア資源が大きい等の問題があり、現在のところごく一部で実用化されているに過ぎない。   In order to overcome this non-convergence problem, various methods are currently proposed. In the homotopy method, global convergence is strictly guaranteed in principle, and many studies have been made (for example, see Non-Patent Documents 2 and 3). However, when mounted on an actual circuit simulator, there are problems such as that the mounting method is not easy, the calculation time is long, and the required computer hardware resources are large. Absent.

一方、市販のEDAソフトウェアでは、Gminステッピング(Gmin stepping)、ソース・ステッピング(source stepping)、擬似過渡解析(pseudo-transient analysis (PTA))などのように、他の多くの実用的方法が開発されている。これらの実用的方法は、基本的には連続NR法(continuous NR methods)をベースとしている。 Meanwhile, in the commercial EDA software, G min stepping (G min stepping), the source stepping (source stepping), as in such pseudo transient analysis (pseudo-transient analysis (PTA) ), a number of other practical methods Has been developed. These practical methods are basically based on continuous NR methods.

このうち、擬似過渡解析法(PTA法)は、要約すると以下のような手順で行われる。まず、アルゴリズムを実行する際に、最初に、特定の擬似素子(pseudo-element)を解析対象のオリジナル回路内に挿入し、新たな擬似回路(pseudo-circuit)を作成する。そして、この新たな擬似回路に対して、指定された初期値で過渡解析(transient analysis)を行う。そして、過渡解析を通して擬似回路が最終的に定常状態に達した場合、その定常状態の解をオリジナル回路の直流解とみなす。   Among these, the pseudo-transient analysis method (PTA method) is summarized as follows. First, when executing the algorithm, first, a specific pseudo-element is inserted into the original circuit to be analyzed to create a new pseudo-circuit. Then, a transient analysis is performed on the new pseudo circuit with a designated initial value. When the pseudo circuit finally reaches a steady state through the transient analysis, the steady state solution is regarded as a DC solution of the original circuit.

以下、PTA法の概略について簡単に説明する。   The outline of the PTA method will be briefly described below.

直流解析においては、最初に、オリジナル回路内の各キャパシタは開放(open)とし、各インダクタは短絡(short)とすることにより、エネルギー蓄積要素(energy-storage element)はすべて除去される。このようにして、オリジナル回路からキャパシタとインダクタをなくす。このように、抵抗部分のみ残された解析対象回路に対して、修正節点解析法(非特許文献4参照)により回路方程式を次式のように記述する。   In DC analysis, first, all the energy-storage elements are removed by opening each capacitor in the original circuit and shorting each inductor. In this way, capacitors and inductors are eliminated from the original circuit. As described above, the circuit equation is described by the modified nodal analysis method (see Non-Patent Document 4) with respect to the analysis target circuit in which only the resistance portion is left as follows.

Figure 0004810387
Figure 0004810387

ここで、fGは節点方程式である。節点方程式とは、回路内の各節点の節点電位を変数に選び、キルヒホッフの電流則を適用して、各節点から流れ出る電流の総和が零であるように誘導された回路方程式をいう。fEは、独立電圧源などの電圧定義枝(一般に非線形電圧源)の枝特性に関する方程式である。 Here, f G is a nodal equation. The nodal equation is a circuit equation derived by selecting the nodal potential of each node in the circuit as a variable and applying Kirchhoff's current law so that the sum of the currents flowing out from each node is zero. f E is an equation relating to a branch characteristic of a voltage defining branch (generally a non-linear voltage source) such as an independent voltage source.

PTA法においては、このオリジナルの解析対象回路に擬似素子を挿入することにより修正する。   In the PTA method, correction is made by inserting a pseudo element into the original analysis target circuit.

擬似素子としては、現在まで様々なものが考えられている。例えば、W. Weeks et al.によりASTAPシミュレータに導入されたPTAアルゴリズムにおいては、擬似素子として図1(a)(b)に示した擬似キャパシタC及び擬似インダクタLを用いている(非特許文献5参照)。擬似インダクタLは回路内の電圧源に直列に挿入され、擬似キャパシタCは回路内の電流源に並列に挿入される。例えば、バイポーラ・トランジスタに対しては、図1(c)のように擬似キャパシタCが挿入される。各擬似素子の値は一定に保たれる(非特許文献6参照)。また、例えば、R. Wilton 及び L. Goldgeisser et al.により提案されたPTAアルゴリズムにおいては、擬似素子として図2(a)に示した時変擬似キャパシタCVが用いられている(非特許文献7,8参照)。この時変擬似キャパシタCVは、過渡解析の期間は図2(b)のように減少し、t=∞では最終的に0となる。また、時変擬似キャパシタCVは、図2(c)に示したように、オリジナルの解析対象回路の各節点とグランドとの間に挿入される。 Various pseudo elements have been considered so far. For example, in the PTA algorithm introduced into the ASTAP simulator by W. Weeks et al., The pseudo capacitor C and the pseudo inductor L shown in FIGS. 1A and 1B are used as the pseudo elements (Non-Patent Document 5). reference). The pseudo inductor L is inserted in series with the voltage source in the circuit, and the pseudo capacitor C is inserted in parallel with the current source in the circuit. For example, for a bipolar transistor, a pseudo capacitor C is inserted as shown in FIG. The value of each pseudo element is kept constant (see Non-Patent Document 6). Further, for example, in the PTA algorithm proposed by R. Wilton and L. Goldgeisser et al., A time-varying pseudo capacitor C V shown in FIG. 2A is used as a pseudo element (Non-patent Document 7). , 8). The time-varying pseudo-capacitor C V decreases during the transient analysis as shown in FIG. 2B, and finally becomes 0 at t = ∞. Further, as shown in FIG. 2C, the time-varying pseudo capacitor C V is inserted between each node of the original analysis target circuit and the ground.

擬似素子がどのようなものであれ、変更された解析対象回路の一般的な数学的表現は次式のようになる。   Whatever the pseudo-element, the general mathematical expression of the changed analysis target circuit is as follows.

Figure 0004810387
Figure 0004810387

ここで、xは未知の変数ベクトル、   Where x is an unknown variable vector,

Figure 0004810387
はxの時間tによる導関数、t0は過渡解析の出発時刻、x0は時刻t=t0のときのxの初期値、tSETTLEは、擬似回路が定常状態となるときの時刻を表す。
Figure 0004810387
Is the derivative of x by time t, t 0 is the departure time of the transient analysis, x 0 is the initial value of x when time t = t 0 , and t SETTLE is the time when the pseudo circuit is in a steady state .

PTAシミュレーションを時刻t=t0から開始するとき、初期値をx=x0として過渡解析を開始する。そして、過渡解析を通して、時刻t=tSETTLEで最終的に When you start a PTA simulation from the time t = t 0, to start the transient analysis of the initial value as x = x 0. And through the transient analysis, finally at time t = t SETTLE

Figure 0004810387
となって定常化することができる限り、そのときの式(2a)の解は、オリジナルの解析対象回路の直流解、即ち、式(1)の解とみなされる。一般に、PTA法は安定した動作点に収束する。即ち、回路に複数の動作点がある場合、安定した動作点に収束する。従って、回路に動作点が複数ある場合であっても、PTA法を用いることによって、安定した動作点を1つ見つけることができる。
Figure 0004810387
Thus, the solution of equation (2a) at that time is regarded as the direct current solution of the original circuit to be analyzed, that is, the solution of equation (1). In general, the PTA method converges to a stable operating point. That is, when a circuit has a plurality of operating points, it converges to a stable operating point. Therefore, even when the circuit has a plurality of operating points, one stable operating point can be found by using the PTA method.

以上を纏めると、PTA法では、オリジナルの解析対象回路に擬似素子と連続変数パラメータである時間tとを導入し、方程式(2a)を構成する。そして、初期条件として式(2b)を与えて過渡解析を行う。過渡解析の停止条件は、式(2c)とする。これにより、オリジナルの解析対象回路の回路方程式式(1)に対する解xは次のように表される。   To summarize the above, in the PTA method, a pseudo element and a time t that is a continuous variable parameter are introduced into the original analysis target circuit, and the equation (2a) is configured. Then, transient analysis is performed by giving an equation (2b) as an initial condition. The stop condition for the transient analysis is expressed by equation (2c). Thereby, the solution x for the circuit equation (1) of the original analysis target circuit is expressed as follows.

Figure 0004810387
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ところで、PTA法においては、一般に、擬似素子はコンデンサかインダクタにより構成される(図1,2参照)。従って、擬似素子を挿入することにより、擬似回路は過渡解析の間に発振することが可能となる。これにより、PTA法が非収束となる可能性が生じる。PTA法による直流解析を成功させるためには、この非収束問題を解決する必要がある。   By the way, in the PTA method, generally, the pseudo element is configured by a capacitor or an inductor (see FIGS. 1 and 2). Therefore, by inserting a pseudo element, the pseudo circuit can oscillate during transient analysis. This may cause the PTA method to become non-convergent. In order to succeed in DC analysis by the PTA method, it is necessary to solve this non-convergence problem.

そこで、本発明者は、PTA法の非収束問題を解決すべく、PTA法に使用する擬似素子として、時変抵抗又は時変コンダクタンスを含む複合擬似枝を考案した(特許文献1参照)。   In order to solve the non-convergence problem of the PTA method, the present inventors have devised a composite pseudo branch including a time-varying resistance or a time-varying conductance as a pseudo element used in the PTA method (see Patent Document 1).

図3に、PTA法で使用する複合擬似枝(compound pseudo-element)を示す。図3(a)は、キャパシタC0と時変抵抗Rvとが直列接続された複合擬似枝であり、これをRVC枝(branch RVC)と呼ぶ。また、図3(b)は、インダクタL0と時変コンダクタGVとが並列接続された複合擬似枝であり、これをGVL枝(branch GVL)と呼ぶ。RvとGvの値は、図3(c)に示したように、時間と共に所定の曲線に従って増加するようにあらかじめ設定されている。 FIG. 3 shows a compound pseudo-element used in the PTA method. FIG. 3A shows a composite pseudo branch in which a capacitor C 0 and a time-varying resistor R v are connected in series, and this is called an RVC branch (branch RVC). FIG. 3B shows a composite pseudo branch in which an inductor L 0 and a time-varying conductor G V are connected in parallel, and this is called a GVL branch (branch GVL). The values of R v and G v are set in advance so as to increase according to a predetermined curve with time, as shown in FIG.

図4は、特許文献1のPTA法で使用する複合擬似枝の挿入位置を表す図である。GVL枝は、各非線形電圧源及び独立電圧源に直列に付加される。また、RVC枝は、各非線形電流源及び各独立電流源に並列に付加される。   FIG. 4 is a diagram showing the insertion position of the composite pseudo branch used in the PTA method of Patent Document 1. A GVL branch is added in series to each nonlinear voltage source and independent voltage source. The RVC branch is added in parallel to each nonlinear current source and each independent current source.

このように、時変擬似抵抗又は時変擬似コンダクタを含む複合擬似枝を用いることにより、擬似素子に含まれるキャパシタやインダクタによる発振を抑え、かつ過渡解析の収束時間を早めることが可能となる(特許文献1参照)。
特願2006−83860号明細書 Ron M. Kielkowski, "Inside SPICE (Second Edition)", McGraw-Hill, 1998. C. B. Garcia and W. I. Zangwill, "Pathways to Solutions, Fixed Points, and Equilibria", Prentice-Hall, 1981. Y. Inoue, S. Kusanobu, K. Yamamura, and M. Ando, "An initial solution algorithm for globally convergent homotopy methods," IEICE Trans. Fundamentals, vol.E87-A, no.4, pp.780-786, April 2004. 牛田明夫,田中衛,「電子回路シミュレーション」,株式会社コロナ社,2002年6月,pp.37-47, 148-158. 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. R. Wilton, "Supplementary algorithms for DC convergence," IEE Colloquium, SPICE: Surviving Problems in Circuit Evaluation, pp. 3/1 -3/19, June 1993. 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), Sydney, Australia, vol.5, pp.307-3 10, May 2001.
In this way, by using a composite pseudo branch including a time-varying pseudo-resistance or a time-varying pseudo-conductor, it is possible to suppress oscillation due to capacitors and inductors included in the pseudo element and to speed up the convergence time of transient analysis ( Patent Document 1).
Japanese Patent Application No. 2006-83860 Ron M. Kielkowski, "Inside SPICE (Second Edition)", McGraw-Hill, 1998. CB Garcia and WI Zangwill, "Pathways to Solutions, Fixed Points, and Equilibria", Prentice-Hall, 1981. Y. Inoue, S. Kusanobu, K. Yamamura, and M. Ando, "An initial solution algorithm for globally convergent homotopy methods," IEICE Trans. Fundamentals, vol.E87-A, no.4, pp.780-786, April 2004. Akio Ushida, Mamoru Tanaka, “Electronic Circuit Simulation”, Corona Co., Ltd., June 2002, pp.37-47, 148-158. 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. R. Wilton, "Supplementary algorithms for DC convergence," IEE Colloquium, SPICE: Surviving Problems in Circuit Evaluation, pp. 3/1 -3/19, June 1993. 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), Sydney, Australia, vol. 5, pp.307-3 10, May 2001.

式(2a)に示した回路方程式は、一般に非線形の連立常微分方程式である。そこで、PTA法においては、各時間点(一般にt=t(m+1), n=0,1,2,...)において式(2a)に数値積分公式を適用して式(1)の形式に変換し、これをニュートン法により線形近似し(非特許文献4参照)、次式のような連立代数方程式に帰着させる。 The circuit equation shown in Equation (2a) is generally a nonlinear simultaneous ordinary differential equation. Therefore, in the PTA method, the numerical integration formula is applied to the equation (2a) at each time point (generally t = t (m + 1) , n = 0, 1, 2,...) This is linearly approximated by Newton's method (see Non-Patent Document 4), resulting in simultaneous algebraic equations such as

Figure 0004810387
Figure 0004810387

ここで、行列A(m)はx=x(m)における回路方程式Fのヤコビアン行列(Jacobian matrix)であり、ベクトルb(m)はx=x(m)における右辺ベクトル(right-hand-side vector: RHS vector)である。また、ベクトル変数xは、解析対象回路内の各節点の電圧及び電圧定義枝に流れる電流である。尚、本明細書において、丸括弧( )で囲んだ上付き添字は、反復ステップ数を表すこととする。 Here, the matrix A (m) is a Jacobian matrix of the circuit equation F at x = x (m ), and the vector b (m) is a right-hand vector (right-hand-side at x = x (m)) . vector: RHS vector). Further, the vector variable x is a voltage at each node in the analysis target circuit and a current flowing through the voltage definition branch. In the present specification, the superscript enclosed in parentheses () represents the number of iteration steps.

ニュートン法では、m=0におけるにおける変数xの初期推定値をx(0)として、式(4)を解いて、変数x(m+1)を求めるという演算操作を、m=0,1,2,...として収束するまで反復して繰り返す。 In the Newton method, the initial estimated value of the variable x at m = 0 is set to x (0) , and the operation of finding the variable x (m + 1) by solving equation (4) is expressed as m = 0,1, Repeat until it converges as 2, ...

ヤコビアン行列A(m)は、一般に、オリジナルの解析対象回路の各素子を、ニュートンの等価回路で置き換え、この等価回路に対して修正節点法を適用することによって求められる(非特許文献4参照)。 The Jacobian matrix A (m) is generally obtained by replacing each element of the original circuit to be analyzed with a Newton equivalent circuit and applying the modified nodal method to this equivalent circuit (see Non-Patent Document 4). .

回路内の節点数をN、電圧源数をMとすると、式(4)は、次式のような行列方程式で表される。   Assuming that the number of nodes in the circuit is N and the number of voltage sources is M, Equation (4) is expressed by a matrix equation such as the following equation.

Figure 0004810387
Figure 0004810387

ここで、Y(m)はx=x(m)のアドミタンス行列(admittance matrix)、B(m),C(m),D(m)は素子特性を表す行列、V(m+1)はx=x(m)の節点電圧ベクトル、I(m+1)はx=x(m)において電圧定義枝に流れる電流、J(m)は節点電流、E(m)は独立電圧源の電圧を表している。 Where Y (m) is the admittance matrix of x = x (m) , B (m) , C (m) and D (m) are the matrix representing the element characteristics, and V (m + 1) is x = x (m) nodal voltage vector, I (m + 1) is the current flowing in the voltage definition branch at x = x (m) , J (m) is the nodal current, E (m) is the voltage of the independent voltage source Represents.

この解析対象回路の回路方程式に対し、図3(a)(b)に示した複合擬似枝を実装する場合を考える。   Consider a case in which the composite pseudo branch shown in FIGS. 3A and 3B is mounted on the circuit equation of the circuit to be analyzed.

まず、図3(a)のRVC枝を回路方程式に実装する場合について考える。説明の便宜上、図3(a)のRVC枝の各部の符号及び電圧・電流を、図5(a)のようにおく。図5(a)において、C0は擬似キャパシタ、R(t)は時変擬似抵抗、i, jは、RVC枝の両端の節点、kはC0とR(t)との中間の節点である。 First, consider a case where the RVC branch of FIG. For convenience of explanation, the reference numerals, voltages and currents of the RVC branches in FIG. 3A are set as shown in FIG. In FIG. 5A, C 0 is a pseudo capacitor, R (t) is a time-varying pseudo resistance, i, j are nodes at both ends of the RVC branch, and k is a node between C 0 and R (t). is there.

擬似キャパシタC0に流れる電流をIC(t)、擬似キャパシタの両端電圧をVC(t)、時変擬似抵抗R(t)に流れる電流をIR(t)、時変擬似抵抗R(t)の両端電圧をVR(t)とする。このとき、これらの変数間には以下のような関係がある。 The current flowing through the pseudo capacitor C 0 is I C (t), the voltage across the pseudo capacitor is V C (t), the current flowing through the time varying pseudo resistance R (t) is I R (t), and the time varying pseudo resistance R ( Let the voltage across t) be V R (t). At this time, there is the following relationship between these variables.

Figure 0004810387
Figure 0004810387

ここで、Vi(t), Vj(t), Vk(t)は、それぞれ、節点i, j, kの電圧である。式(8a)より、時変擬似抵抗R(t)は、等価的に電流制御電圧源(current-controlled voltage source : CCVS)とみなすことができる。また、回路方程式に実装するにあたっては、式(7a)の微分は、一般にn+1番目の時間点t=tn+1において、後退オイラー法(Backward Euler Method : BE method)により、次式のように近似する。 Here, V i (t), V j (t), and V k (t) are voltages at nodes i, j, and k, respectively. From the equation (8a), the time-varying pseudo resistance R (t) can be equivalently regarded as a current-controlled voltage source (CCVS). In addition, when implemented in the circuit equation, the derivative of the equation (7a) is generally expressed by the following Euler Method (BE method) at the n + 1th time point t = t n + 1 as follows: Approximate as follows.

Figure 0004810387
ここで,hn+1は時間刻み幅,VCn+1はt=tn+1におけるVCの値を表す。なお、t=tn+1の時間点においてニュートン反復(m=0,1,2,...)が行われるので、それを考慮すると、このVC,n+1はm+1における値は、正確にはVC,n+1 (m+1)と記述される。しかし、本明細書においては煩雑を防ぐために、これを単にVC,n+1と表記する。
Figure 0004810387
Here, h n + 1 represents the time step size, and V Cn + 1 represents the value of V C at t = t n + 1 . Since Newton iteration (m = 0,1,2, ...) is performed at time point t = t n + 1 , considering this, V C, n + 1 is the value at m + 1. Is accurately described as V C, n + 1 (m + 1) . However, in this specification, in order to prevent complication, this is simply expressed as V C, n + 1 .

式(7a)に式(9)を代入すると、次式のようになる。   Substituting equation (9) into equation (7a) yields the following equation:

Figure 0004810387
Figure 0004810387

これより、擬似キャパシタC0は、等価擬似コンダクタGeqと等価擬似電流源Jeqにより、図5(b)のように置き換えることができることがわかる。一方、時変擬似抵抗R(t)の両端電圧は、次式のようになる。 From this, it can be seen that the pseudo capacitor C 0 can be replaced by the equivalent pseudo conductor G eq and the equivalent pseudo current source J eq as shown in FIG. On the other hand, the voltage across the time-varying pseudo-resistance R (t) is expressed by the following equation.

Figure 0004810387
Figure 0004810387

式(10a)(11)(7b)(8b)より、この等価回路によりモデル化したRVC枝に関する回路方程式に追加される行列成分及びベクトル成分は、次のようになる。   From equations (10a), (11), (7b), and (8b), the matrix components and vector components that are added to the circuit equations related to the RVC branch modeled by this equivalent circuit are as follows.

Figure 0004810387
Figure 0004810387

式(12)をもとの回路方程式と比べると、変数Vk,n+1と変数IR,n+1が新たに追加されている。従って、このモデル化したRVC枝を実装することで、回路方程式のヤコビアン行列は、2行2列ほど追加されて大きくなる。 Comparing equation (12) with the original circuit equation, a variable V k, n + 1 and a variable I R, n + 1 are newly added. Therefore, by implementing this modeled RVC branch, the Jacobian matrix of the circuit equation is increased by adding 2 rows and 2 columns.

ところで、式(8a)は、次式のように書き換えることができる。   By the way, the equation (8a) can be rewritten as the following equation.

Figure 0004810387
Figure 0004810387

式(13)は、時変擬似抵抗R(t)は電圧制御電流源(voltage-controlled current source : VCCS)と見なすこともできることを意味している。そこで、回路方程式への実装にあたり、RVC枝を図5(c)によりモデル化する。このモデルにBE法を適用すると、次式のように近似することができる。   Equation (13) means that the time-varying pseudo-resistance R (t) can also be regarded as a voltage-controlled current source (VCCS). Therefore, the RVC branch is modeled with reference to FIG. When BE method is applied to this model, it can be approximated as follows.

Figure 0004810387
Figure 0004810387

従って、この等価回路によりモデル化したRVC枝に関する回路方程式に追加される行列成分及びベクトル成分は、次のようになる。   Therefore, the matrix components and vector components added to the circuit equation relating to the RVC branch modeled by this equivalent circuit are as follows.

Figure 0004810387
Figure 0004810387

式(15)をもとの回路方程式と比べると、変数Vk,n+1の1変数が追加されている。従って、このモデル化したRVC枝を実装することによるヤコビアン行列のサイズの増分は、1行1列まで抑えることができる。 When the equation (15) is compared with the original circuit equation, one variable V k, n + 1 is added. Therefore, the increase in the size of the Jacobian matrix by implementing this modeled RVC branch can be suppressed to 1 row and 1 column.

次に、図3(b)のGVL枝を回路方程式に実装する場合を考える。ここでも、説明の便宜上、図3(b)のGVL枝の各部の符号及び電圧・電流を、図6(a)のようにおく。尚、図6(a)では、GVL枝に加えてそれに直列接続された電圧源Eも記している。図6(a)において、L0は擬似インダクタ、G(t)は時変擬似コンダクタ、i, jはGVL枝と電圧源Eの直列接続回路(以下「GVL枝付電圧源」という。)の両端の節点、kはGVL枝と電圧源Eとの間の節点である。 Next, consider a case where the GVL branch of FIG. Also here, for convenience of explanation, the symbols, voltages and currents of the respective parts of the GVL branch in FIG. 3B are set as shown in FIG. FIG. 6A also shows a voltage source E connected in series to the GVL branch. In FIG. 6A, L 0 is a pseudo inductor, G (t) is a time-varying pseudo conductor, and i and j are series connection circuits of a GVL branch and a voltage source E (hereinafter referred to as “GVL branch voltage source”). The nodes at both ends, k, is the node between the GVL branch and the voltage source E.

擬似インダクタL0に流れる電流をIL(t)、擬似インダクタL0の両端電圧をVL(t)、時変擬似コンダクタG(t)に流れる電流をIG(t)、電圧源Eの両端電圧をVE(t)=Eとする。このとき、これらの変数間には以下のような関係がある。 The current flowing through the pseudo inductor L 0 is I L (t), the voltage across the pseudo inductor L 0 is V L (t), the current flowing through the time-varying pseudo conductor G (t) is I G (t), and the voltage source E The voltage between both ends is set to V E (t) = E. At this time, there is the following relationship between these variables.

Figure 0004810387
Figure 0004810387

ここで、ここで、Vi(t), Vj(t), Vk(t)は、それぞれ、節点i,j,kの電圧である。この場合、式(16a)より、時変擬似コンダクタG(t)は電圧制御電流源とみなすことができる。また、RVC枝の場合と同様に、式(16b)については、t=tn+1においてBE法を適用すると、次式のように近似することができる。 Here, V i (t), V j (t), and V k (t) are voltages at nodes i, j, and k, respectively. In this case, from the equation (16a), the time-varying pseudoconductor G (t) can be regarded as a voltage-controlled current source. Similarly to the case of the RVC branch, the expression (16b) can be approximated as the following expression by applying the BE method at t = t n + 1 .

Figure 0004810387
Figure 0004810387

ここで、hn+1=tn+1-tnである。また、等価擬似抵抗Req及び等価擬似電圧源Eeqは、次式により定義される。 Here, h n + 1 = t n + 1 -t n . Further, the equivalent pseudo resistance R eq and the equivalent pseudo voltage source E eq are defined by the following equations.

Figure 0004810387
Figure 0004810387

式(17a)より、図6(a)のGVL枝付電圧源は、図6(b)の等価回路で置きかえることができる。また、式(16a)(16b)(16c)(16d)より、図6(b)の等価回路によりモデル化したGVL枝付電圧源に関して回路方程式に追加される行列成分及びベクトル成分は、次式のようになる。   From the equation (17a), the GVL-branched voltage source in FIG. 6 (a) can be replaced with the equivalent circuit in FIG. 6 (b). Further, from the equations (16a), (16b), (16c), and (16d), the matrix component and the vector component added to the circuit equation regarding the GVL-branched voltage source modeled by the equivalent circuit of FIG. become that way.

Figure 0004810387
Figure 0004810387

式(19)をもとの回路方程式と比べると、変数Vk,n+1と変数IL,n+1が新たに追加されている。従って、図6(b)でモデル化したGVL枝を実装することで、回路方程式のヤコビアン行列は、2行2列ほど追加されて大きくなる。 Comparing equation (19) with the original circuit equation, a variable V k, n + 1 and a variable I L, n + 1 are newly added. Therefore, by implementing the GVL branch modeled in FIG. 6B, the Jacobian matrix of the circuit equation is increased by adding 2 rows and 2 columns.

尚、この場合も、(17b)をVL(t)=G(t)-1IG(t)として、時変擬似コンダクタG(t)を電流制御電圧源とみることで、ヤコビアン行列のサイズの増分は、1行1列まで抑えることができる。 Also in this case, assuming that (17b) is V L (t) = G (t) −1 I G (t) and the time-varying pseudo-conductor G (t) is regarded as a current control voltage source, the Jacobian matrix The size increment can be reduced to 1 row and 1 column.

小規模な回路の解析を行う場合には、この程度のヤコビアン行列のサイズの増加は問題とはならない。しかしながら、解析対象回路が大規模な場合、多数の複合擬似枝がオリジナルの解析対象回路内に挿入されることになる。これに伴い回路方程式のヤコビアン行列は1つの複合擬似枝あたり1行1列だけ大きくなると、修正されたヤコビアン行列のサイズは非常に大きくなる。従って、回路方程式の計算において、多くのメモリ容量が必要となり、計算時間も長くなるという問題が生じる。   When analyzing a small circuit, this increase in the size of the Jacobian matrix is not a problem. However, when the analysis target circuit is large, a large number of composite pseudo branches are inserted into the original analysis target circuit. Accordingly, when the Jacobian matrix of the circuit equation is increased by one row and one column per one complex pseudo branch, the size of the modified Jacobian matrix becomes very large. Therefore, in the calculation of the circuit equation, a large memory capacity is required and the calculation time becomes long.

そこで、本発明の目的は、解析対象回路の回路方程式に対して複合擬似枝を実装する場合、回路方程式のヤコビアン行列のサイズが複合擬似枝の挿入によって変化することを防止し、少ない計算機ハードウェア資源で確実かつ短時間で解析対象回路の直流動作点の解析を行うことが可能な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 prevent the size of the Jacobian matrix of the circuit equation from changing due to the insertion of the composite pseudo branch when the composite pseudo branch is implemented for the circuit equation of the circuit to be analyzed, and to reduce the computer hardware An object of the present invention is to provide a circuit operation analysis technique capable of analyzing a DC operating point of a circuit to be analyzed reliably and in a short time with resources.

〔1〕本発明の原理
上述のように、単にRVC枝又はGVL枝を電流源に並列又は電圧源に直列に挿入すると、複合擬似枝の挿入に伴う新たな節点が1個追加される。この節点の追加により、変数が増加しヤコビアン行列のサイズが大きくなる。
[1] Principle of the Invention As described above, when an RVC branch or a GVL branch is simply inserted in parallel with a current source or in series with a voltage source, one new node associated with the insertion of a composite pseudo branch is added. The addition of this node increases the variable and increases the size of the Jacobian matrix.

そこで、本発明においては、まず、RVC枝及びGVL枝付電圧源を、最初から一体の複合擬似枝として捉え、余分な節点を発生させることのないようにモデル化することを考える。   Therefore, in the present invention, first, it is considered that the RVC branch and the GVL branch voltage source are regarded as an integrated composite pseudo branch from the beginning and are modeled so as not to generate an extra node.

〔1−1〕RVC枝の実装
最初に、RVC枝を実装する場合について考える。RVC枝を流れる電流(以下「RVC枝電流」という。)をICB、両端の電圧(以下「RVC枝電圧」という。)をVCBとして、各部の電流・電圧を図7(a)のようにおく。このとき、RVC枝電流ICB及びRVC枝電圧VCBは次式のように表される。
[1-1] Implementation of RVC branch First, consider the case of mounting an RVC branch. The current flowing through the RVC branch (hereinafter referred to as “RVC branch current”) is I CB , and the voltage at both ends (hereinafter referred to as “RVC branch voltage”) is V CB . Put it in. At this time, the RVC branch current I CB and the RVC branch voltage V CB are expressed by the following equations.

Figure 0004810387
Figure 0004810387

従って、このRVC枝を流れるRVC枝電流ICBは、次式のようになる。 Accordingly, the RVC branch current I CB flowing through this RVC branch is expressed by the following equation.

Figure 0004810387
Figure 0004810387

式(21)に対してBE法を適用して差分近似すると、式(21)は、次式のようになる。   When the BE method is applied to Equation (21) and the difference is approximated, Equation (21) becomes as follows.

Figure 0004810387
Figure 0004810387

これを、RVC枝電流ICBについて解いて、RVC枝電流ICBは次式で表される。 This, solving for RVC branch current I CB, RVC branch current I CB is expressed by the following equation.

Figure 0004810387
Figure 0004810387

ここで、Geq, GCDeqは等価コンダクタンス、Jeq, JCBeqは等価電流源であり、次式で表される。 Here, G eq and G CDeq are equivalent conductances, J eq and J CBeq are equivalent current sources, and are expressed by the following equations.

Figure 0004810387
Figure 0004810387

式(23)より、RVC枝は図7(b)の等価回路でモデル化することができることが分かる。式(37)より、図7(b)の等価回路によりモデル化したRVC枝に関して回路方程式に追加される行列成分及びベクトル成分は、次式の通りである。   From equation (23), it can be seen that the RVC branch can be modeled by the equivalent circuit of FIG. From equation (37), the matrix component and vector component added to the circuit equation for the RVC branch modeled by the equivalent circuit of FIG.

Figure 0004810387
Figure 0004810387

式(40)をもとの回路方程式のヤコビアン行列と比較すると、RV枝の追加に伴って新たに導入された変数はなく、回路方程式のヤコビアン行列のサイズは変化しないことが分かる。   Comparing equation (40) with the Jacobian matrix of the original circuit equation, it can be seen that there is no variable newly introduced with the addition of the RV branch, and the size of the Jacobian matrix of the circuit equation does not change.

〔1−2〕GVL枝の実装
GVL枝付電圧源を流れる電流をICB、両端電圧をVCBとして、各部の電流・電圧を図8(a)のようにおく。このとき、GVL枝電流ICB及びGVL枝電圧VCBは、それぞれ、次式のように表される。
[1-2] Implementation of GVL branch
Assuming that the current flowing through the GVL branching voltage source is I CB and the voltage at both ends is V CB , the current and voltage of each part are set as shown in FIG. At this time, the GVL branch current I CB and the GVL branch voltage V CB are each expressed by the following equations.

Figure 0004810387
Figure 0004810387

ここで、インダクタンスL0の両端電圧VL、及びコンダクタンスG(t)を流れる電流IGは、次式で表される。 Here, the voltage V L across the inductance L 0 and the current I G flowing through the conductance G (t) are expressed by the following equations.

Figure 0004810387
Figure 0004810387

従って、式(26a)に式(27a)(27b)を代入すると、次式が得られる。   Therefore, when the equations (27a) and (27b) are substituted into the equation (26a), the following equation is obtained.

Figure 0004810387
Figure 0004810387

式(28)にBE法を適用して差分近似すると、次式のような方程式が得られる。   When the BE method is applied to the equation (28) and the difference approximation is performed, an equation such as the following equation is obtained.

Figure 0004810387
Figure 0004810387

この方程式をVCB,n+1について解くと、GVL枝電圧は、次式のように表すことができる。 Solving this equation for V CB, n + 1 , the GVL branch voltage can be expressed as:

Figure 0004810387
Figure 0004810387

ここで、Req, RCBeqは等価抵抗、Eeq, ECBeqは等価電圧源であり、次式のように表される。 Here, R eq and R CBeq are equivalent resistances, and E eq and E CBeq are equivalent voltage sources, which are expressed as follows.

Figure 0004810387
Figure 0004810387

式(30)より、GVL枝は図8(b)の等価回路によりモデル化することができる。図8(b)の等価回路でモデル化したGVL枝に関して回路方程式に追加される行列成分及びベクトル成分は次の通りである。   From equation (30), the GVL branch can be modeled by the equivalent circuit of FIG. Matrix components and vector components added to the circuit equation for the GVL branch modeled by the equivalent circuit of FIG. 8B are as follows.

Figure 0004810387
Figure 0004810387

以上の結果から、RVC枝に対しては図7(b)の等価回路によりモデル化し、GVL枝付電圧源に対しては図8(b)の等価回路によりモデル化することによって、複合擬似枝の追加に伴う回路方程式のヤコビアン行列のサイズの増加をなくすことができることが分かる。   From the above results, the RVC branch is modeled by the equivalent circuit of FIG. 7B, and the GVL branch voltage source is modeled by the equivalent circuit of FIG. It can be seen that the increase in the size of the Jacobian matrix of the circuit equation accompanying the addition of can be eliminated.

〔2〕本発明の構成及び作用
本発明に係る回路動作解析装置の第1の構成は、擬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解析装置であって、
前記解析対象回路を表す回路構成データを記憶する回路記憶手段と、
前記解析対象回路の各節点に対して、節点電圧及び電圧定義枝の電流の初期推定値を設定する初期値設定手段と、
各節点電圧、各電圧定義枝の電流、及び前記回路構成データに基づき、前記解析対象回路の直流解析のためのニュートンの等価回路の回路構成データを生成するニュートン等価回路生成手段と、
前記解析対象回路内の各電流源について、擬似キャパシタ及び時間と共に抵抗値が増大する時変擬似抵抗が直列接続されたRVC枝回路を、コンダクタと電流源が並列接続された等価回路に変換した等価RVC枝回路の、前記コンダクタ及び電流源のパラメータ値を算出する等価RVC回路生成手段と、
前記ニュートンの等価回路内の各電流源を、それに対応する前記等価RVC枝回路で置換するRVC枝追加手段と、
前記解析対象回路内の各電圧源について、擬似インダクタ及び時間と共にコンダクタンス値が増大する時変擬似コンダクタが並列接続されたGVL枝回路と当該電圧源とが直列接続された回路(以下「GVL枝付電圧源」という。)を、抵抗と電圧源が直列接続された等価回路に変換した等価GVL枝回路の、前記抵抗及び電圧源のパラメータ値を算出する等価GVL回路生成手段と、
前記ニュートンの等価回路内の各電圧源を、それに対応する前記等価GVL枝回路で置換するGVL枝追加手段と、
前記RVC枝追加手段及び前記GVL枝追加手段により修正された前記ニュートンの等価回路の回路方程式を計算し、次の計算ステップにおける前記解析対象回路の各節点電圧及び各電圧定義枝の電流を算出する節点パラメータ算出手段と、
前記各節点電圧及び各電圧定義枝の電流が収束したか否かを判定し、収束した場合には処理を終了させる収束判定手段と、
を備えたことを特徴とする。
[2] Configuration and Operation of the Present Invention A first configuration of the circuit operation analysis apparatus according to the present invention is a circuit 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 representing the analysis target circuit;
Initial value setting means for setting an initial estimated value of a node voltage and a current of a voltage definition branch for each node of the analysis target circuit;
Newton equivalent circuit generation means for generating circuit configuration data of Newton's equivalent circuit for DC analysis of the analysis target circuit based on each node voltage, current of each voltage definition branch, and the circuit configuration data;
For each current source in the circuit to be analyzed, an RVC branch circuit in which a pseudo capacitor and a time-varying pseudo resistance whose resistance value increases with time is connected in series is converted into an equivalent circuit in which a conductor and a current source are connected in parallel. Equivalent RVC circuit generation means for calculating parameter values of the conductor and the current source of the RVC branch circuit;
RVC branch adding means for replacing each current source in the Newton equivalent circuit with the corresponding equivalent RVC branch circuit;
For each voltage source in the circuit to be analyzed, a pseudo-inductor and a GVL branch circuit in which a time-varying pseudo-conductor whose conductance value increases with time are connected in parallel and a circuit in which the voltage source is connected in series (hereinafter referred to as “GVL branching”). Equivalent GVL circuit generation means for calculating parameter values of the resistor and voltage source of an equivalent GVL branch circuit obtained by converting a resistor and voltage source into an equivalent circuit in which a resistor and a voltage source are connected in series.
GVL branch addition means for replacing each voltage source in the Newton equivalent circuit with the corresponding equivalent GVL branch circuit;
The circuit equation of the Newton equivalent circuit modified by the RVC branch adding means and the GVL branch adding means is calculated, and the node voltages and the currents of the voltage defining branches of the analysis target circuit in the next calculation step are calculated. Nodal parameter calculation means ;
Convergence determining means for determining whether or not the current of each node voltage and each voltage definition branch has converged, and when it converges,
It is provided with.

この構成によれば、まず、初期値設定手段により各節点電圧・電圧定義枝の電流の初期値が設定された後、次のような処理を反復して行うことにより擬似過渡解析が実行される。   According to this configuration, first, after the initial value setting means sets the initial value of the current of each node voltage / voltage definition branch, the pseudo-transient analysis is executed by repeatedly performing the following processing. .

まず、ニュートン等価回路生成手段によりニュートンの等価回路が生成される。次に、等価RVC回路生成手段が、等価RVC枝回路のコンダクタ及び電流源のパラメータ値を算出し、RVC枝追加手段がニュートンの等価回路にそれを組み込む。また、等価GVL回路生成手段が、等価GVL枝回路のコンダクタ及び電流源のパラメータ値を算出し、GVL枝追加手段がニュートンの等価回路にそれを組み込む。次に、節点パラメータ算出手段は、RVC枝追加手段及びGVL枝追加手段により修正されたニュートンの等価回路の回路方程式を計算し、次の計算ステップにおける各節点電圧及び各電圧定義枝の電流を算出する。最後に、収束判定手段が収束判定を行い、収束していない場合には反復処理を継続し、収束した場合には反復処理を終了する。 First, a Newton equivalent circuit is generated by the Newton equivalent circuit generation means. Next, the equivalent RVC circuit generation means calculates the conductor and current source parameter values of the equivalent RVC branch circuit, and the RVC branch addition means incorporates it into the Newton equivalent circuit. The equivalent GVL circuit generation means calculates the conductor and current source parameter values of the equivalent GVL branch circuit, and the GVL branch addition means incorporates it into the Newton equivalent circuit. Next, the node parameter calculation means calculates the circuit equation of the Newton equivalent circuit corrected by the RVC branch addition means and the GVL branch addition means, and calculates the node voltages and the currents of the voltage definition branches in the next calculation step. To do. Finally, the convergence determination unit performs convergence determination. If the convergence has not been achieved, the iterative process is continued, and if it has converged, the iterative process is terminated.

ここで、「等価RVC枝回路」とは、RVC枝回路を、コンダクタと電流源が並列接続された等価回路に変換して得られる回路をいい、具体的には図7(b)で表される回路である。また、「等価GVL枝回路」とは、GVL枝付電圧源を抵抗と電圧源が直列接続された等価回路に変換して得られる回路をいい、具体的には図8(b)で表される回路である。   Here, the “equivalent RVC branch circuit” means a circuit obtained by converting the RVC branch circuit into an equivalent circuit in which a conductor and a current source are connected in parallel, and is specifically represented by FIG. Circuit. The “equivalent GVL branch circuit” refers to a circuit obtained by converting a GVL-branched voltage source into an equivalent circuit in which a resistor and a voltage source are connected in series, and is specifically shown in FIG. Circuit.

等価RVC回路生成手段が生成する等価RVC枝回路は、時変擬似抵抗と擬似キャパシタの直列接続されたRVC枝回路と等価であり、時変擬似抵抗が時間と共に増大することで、この等価RVC枝による発振は防止される。また、上述したように、RVC枝回路を等価RVC枝回路に変換することで、ニュートンの等価回路の回路方程式のヤコビ行列のサイズが増加することがない。 The equivalent RVC branch circuit generated by the equivalent RVC circuit generating means is equivalent to an RVC branch circuit in which a time-varying pseudo-resistance and a pseudo-capacitor are connected in series. Oscillation due to is prevented. Also, as described above, converting the RVC branch circuit to the equivalent RVC branch circuit does not increase the size of the Jacobian matrix of the circuit equation of the Newton equivalent circuit.

同様に、等価GVL回路生成手段が生成する等価GVL枝回路は、時変擬似コンダクタ及び擬似インダクタが並列接続されたGVL枝回路と直流電源との直列接続された回路(GVL枝付電圧源)と等価であり、時変擬似コンダクタが時間と共に増大することで、この等価GVL枝による発振は防止される。また、上述したように、GVL枝付電圧源を等価GVL枝回路に変換することで、ニュートンの等価回路の回路方程式のヤコビ行列のサイズが増加することがない。 Similarly, an equivalent GVL branch circuit generated by the equivalent GVL circuit generation means includes a circuit (GVL branch voltage source) in which a GVL branch circuit in which a time-varying pseudo conductor and a pseudo inductor are connected in parallel and a DC power source are connected. Since the time-varying pseudo-conductor increases with time, oscillation by this equivalent GVL branch is prevented. Further, as described above, the size of the Jacobian matrix of the circuit equation of the Newton equivalent circuit is not increased by converting the GVL branching voltage source into the equivalent GVL branch circuit.

従って、節点パラメータ算出手段は、少ない計算機ハードウェア資源により短時間で、次の計算ステップにおける各節点電圧及び各電圧定義枝に流れる電流を計算することが可能となる。 Therefore, the node parameter calculation means can calculate each node voltage and the current flowing through each voltage definition branch in the next calculation step in a short time with a small number of computer hardware resources.

尚、「解析対象回路」とは、直流解析の対象である回路をいう。「擬似過渡解析法(pseudo-transient analysis:PTA法)」とは、回路の直流動作点の解析を行う手法の一つであり、オリジナルの解析対象回路の所定のノード間に擬似素子を挿入して過渡解析を行い、その過渡解析を通して定常状態に達したときに、その時の解をオリジナルの解析対象回路の直流解とする方法をいう。「直流動作点(DC operating-point)」とは、直流バイアスに対する回路内の各素子の動作点をいう。「回路構成データ」とは、回路の各素子の接続関係及び電圧、電流、抵抗、キャパシタ、インダクタ等のパラメータ値のデータをいい、ネットリスト等のデータ形式で表される。「節点電圧」とは、所定のリファレンス節点(例えば、グランド)を基準とした回路内の節点(node)の電圧をいう。「節点電圧及び電圧定義枝の電流の初期値」としては、解析対象回路に応じて適宜設定することができる。   The “analysis target circuit” refers to a circuit that is a target of DC analysis. “Pseudo-transient analysis (PTA method)” is one of the techniques to analyze the DC operating point of a circuit. A pseudo-element is inserted between predetermined nodes of the original analysis target circuit. A transient analysis is performed, and when a steady state is reached through the transient analysis, the solution at that time is used as the DC solution of the original analysis target circuit. “DC operating-point” refers to the operating point of each element in the circuit against a DC bias. “Circuit configuration data” refers to data of parameter values such as voltage, current, resistance, capacitor, inductor, etc., of the connection relation of each element of the circuit, and is expressed in a data format such as a net list. “Nodal voltage” refers to the voltage of a node in a circuit relative to a predetermined reference node (eg, ground). The “initial value of the node voltage and the current of the voltage definition branch” can be appropriately set according to the analysis target circuit.

「ニュートンの等価回路」とは、回路内の基本的な非線形素子についてニュートン法による各ステップで線形近似を行うことにより得られる等価回路をいう(非特許文献4参照)。「解析対象回路の直流解析のためのニュートンの等価回路の回路構成データ」とは、解析対象回路に対して各非線形素子をニュートンの等価回路で置換するとともに、回路内のキャパシタを開放(open)、インダクタを短絡(short)として直流解析用に修正した回路の回路構成データをいう。   “Newton's equivalent circuit” refers to an equivalent circuit obtained by performing linear approximation at each step by Newton's method for basic nonlinear elements in the circuit (see Non-Patent Document 4). "Newton's equivalent circuit configuration data for DC analysis of the analysis target circuit" means that each nonlinear element is replaced with a Newton equivalent circuit for the analysis target circuit and the capacitor in the circuit is opened. The circuit configuration data of the circuit corrected for DC analysis with the inductor shorted.

「擬似キャパシタ」とは、擬似過渡解析法において過渡解析のために擬似的に挿入されるキャパシタ、「時変擬似抵抗」とは、擬似過渡解析法において過渡解析のために擬似的に挿入される抵抗であって、その抵抗値が時間と共に変化するもの、「擬似インダクタ」擬似過渡解析法において過渡解析のために擬似的に挿入されるインダクタ、「時変擬似コンダクタ」とは、擬似過渡解析法において過渡解析のために擬似的に挿入されるコンダクタであって、そのコンダクタンスが時間と共に変化するものをいう。   “Pseudo-capacitor” is a capacitor that is artificially inserted for transient analysis in the pseudo-transient analysis method, and “time-varying pseudo-resistance” is pseudo-inserted for transient analysis in the pseudo-transient analysis method. A resistor whose resistance value changes with time, an inductor that is artificially inserted for transient analysis in the “pseudo-inductor” pseudo-transient analysis method, and a “time-varying pseudo-conductor” is a pseudo-transient analysis method The conductor inserted in a pseudo manner for transient analysis in FIG. 2 and whose conductance changes with time.

「回路方程式」とは、回路の各節点にキルヒホッフの電流則又は電圧則を適用して得られる、回路特性を表す連立方程式をいう。   The “circuit equation” refers to a simultaneous equation representing circuit characteristics obtained by applying Kirchhoff's current law or voltage law to each node of the circuit.

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、前記ニュートン等価回路生成手段が生成する回路構成データに基づき、修正節点法により、当該ニュートンの等価回路の回路方程式のヤコビ行列及び右辺ベクトルの各要素の値を算出する回路方程式生成手段を備え、
前記等価RVC回路生成手段は、前記RVC枝回路に後退オイラー法を適用して、前記等価RVC枝回路のコンダクタ及び電流源のパラメータ値を算出し、
前記RVC枝追加手段は、各電流源の節点に対応する前記ヤコビ行列及び前記右辺ベクトルの各要素を、当該電流源に対応する前記等価RVC枝回路のコンダクタ及び電流源のパラメータ値に基づいて置換するものであり、
前記等価GVL回路生成手段は、前記GVL枝付電圧源に後退オイラー法を適用して、前記等価GVL枝回路の抵抗及び電圧源のパラメータ値を算出し、
前記GVL枝追加手段は、各電圧源の節点に対応する前記ヤコビ行列及び前記右辺ベクトルの各要素を、当該電圧源に対応する前記等価GVL枝回路の抵抗及び電圧源のパラメータ値に基づいて置換するものであり、
前記過渡解析実行手段は、前記RVC枝追加手段及び前記GVL枝追加手段により修正された回路方程式のヤコビ行列及び右辺ベクトルに基づき、過渡解析計算を行うことで、前記解析対象回路の直流動作点を計算することを特徴とする。
According to a second configuration of the circuit operation analysis apparatus of the present invention, in the first configuration, the circuit equation of the equivalent circuit of the Newton is calculated by the modified nodal method based on the circuit configuration data generated by the Newton equivalent circuit generation means. Circuit equation generation means for calculating the value of each element of the Jacobian matrix and the right-hand side vector of
The equivalent RVC circuit generation means applies a backward Euler method to the RVC branch circuit to calculate a parameter value of a conductor and a current source of the equivalent RVC branch circuit,
The RVC branch adding means replaces each element of the Jacobian matrix and the right-hand vector corresponding to a node of each current source based on a conductor value of the equivalent RVC branch circuit corresponding to the current source and a parameter value of the current source. Is what
The equivalent GVL circuit generating means applies a backward Euler method to the GVL branch voltage source, calculates a resistance value of the equivalent GVL branch circuit and a parameter value of the voltage source,
The GVL branch adding means replaces each element of the Jacobian matrix and the right-hand vector corresponding to the node of each voltage source based on a resistance of the equivalent GVL branch circuit corresponding to the voltage source and a parameter value of the voltage source. Is what
The transient analysis execution means performs a transient analysis calculation based on the Jacobian matrix and the right-hand side vector of the circuit equation modified by the RVC branch addition means and the GVL branch addition means, thereby determining the DC operating point of the analysis target circuit. It is characterized by calculating.

本発明に係る回路動作解析装置の第3の構成は、前記第1の構成において、前記等価RVC回路生成手段は、前記RVC枝回路に後退オイラー法を適用して、前記等価RVC枝回路のコンダクタ及び電流源のパラメータ値を算出し、
前記RVC枝追加手段は、前記ニュートン等価回路生成手段が生成する回路構成データに基づき、当該ニュートンの等価回路内の各電流源を前記等価RVC枝回路で置換し、
前記等価GVL回路生成手段は、前記GVL枝付電圧源に後退オイラー法を適用して、前記等価GVL枝回路の抵抗及び電圧源のパラメータ値を算出し、
前記GVL枝追加手段は、前記ニュートン等価回路生成手段が生成する回路構成データに基づき、当該ニュートンの等価回路内の各電圧源を前記等価GVL枝回路で置換するものであり、
前記RVC枝追加手段及び前記GVL枝追加手段により修正されたニュートンの等価回路の回路構成データに基づき、修正節点法により、当該ニュートンの等価回路の回路方程式のヤコビ行列及び右辺ベクトルの各要素の値を算出する回路方程式生成手段を備え、
前記過渡解析実行手段は、前記回路方程式生成手段により算出された回路方程式のヤコビ行列及び右辺ベクトルに基づき、過渡解析計算を行うことで、前記解析対象回路の直流動作点を計算することを特徴とする。
According to a third configuration of the circuit operation analysis apparatus according to the present invention, in the first configuration, the equivalent RVC circuit generation unit applies a backward Euler method to the RVC branch circuit, thereby providing a conductor of the equivalent RVC branch circuit. And the parameter value of the current source
The RVC branch adding means replaces each current source in the Newton equivalent circuit with the equivalent RVC branch circuit based on the circuit configuration data generated by the Newton equivalent circuit generation means,
The equivalent GVL circuit generating means applies a backward Euler method to the GVL branch voltage source, calculates a resistance value of the equivalent GVL branch circuit and a parameter value of the voltage source,
The GVL branch addition means replaces each voltage source in the Newton equivalent circuit with the equivalent GVL branch circuit based on the circuit configuration data generated by the Newton equivalent circuit generation means,
Based on the circuit configuration data of the Newton equivalent circuit modified by the RVC branch addition means and the GVL branch addition means, the value of each element of the Jacobian matrix and the right-hand side vector of the circuit equation of the Newton equivalent circuit by the modified nodal method Circuit equation generation means for calculating
The transient analysis execution means calculates a DC operating point of the analysis target circuit by performing a transient analysis calculation based on a Jacobian matrix and a right side vector of the circuit equation calculated by the circuit equation generation means. To do.

本発明に係る回路動作解析方法の第1の構成は、回路記憶手段、初期値設定手段、ニュートン等価回路生成手段、等価RVC回路生成手段、RVC枝追加手段、等価GVL回路生成手段、GVL枝追加手段、節点パラメータ算出手段、及び収束判定手段を備えたコンピュータを用いて、擬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解析方法であって、
a.前記初期値設定手段が、前記回路記憶手段に記憶された前記解析対象回路の各節点に対して、節点電圧及び電圧定義枝の電流の初期値を設定する初期値設定ステップと、
b.前記ニュートン等価回路生成手段、前記等価RVC回路生成手段、前記RVC枝追加手段、前記等価GVL回路生成手段、前記GVL枝追加手段、前記節点パラメータ算出手段、及び前記収束判定手段が協働して、前記解析対象回路を表す回路構成データから前記解析対象回路の直流解析のためのニュートンの等価回路の回路構成データを生成し、
前記ニュートンの等価回路内の各電流源に対し、擬似キャパシタ及び時間と共に抵抗値が増大する時変擬似抵抗が直列接続されたRVC枝回路を並列に追加し、前記ニュートンの等価回路内の各電圧源に対し、擬似インダクタ及び時間と共にコンダクタンス値が増大する時変擬似コンダクタが並列接続されたGVL枝回路を直列に追加することにより、修正ニュートンの等価回路を生成し、
当該修正ニュートンの等価回路に対して過渡解析計算を行うことで、前記解析対象回路の直流動作点を計算する過渡解析ステップと、を有
前記過渡解析ステップにおいて
(1)前記ニュートン等価回路生成手段が、前記解析対象回路の回路構成データと前記解析対象回路内の各節点に対して設定された節点電圧及び電圧定義枝の電流に基づき、前記解析対象回路のニュートンの等価回路の回路構成データを生成するニュートンの等価回路生成ステップと、
(2)前記等価RVC回路生成手段が、前記解析対象回路内の各電流源について、前記RVC枝回路を、コンダクタと電流源が並列接続された等価回路に変換した等価RVC枝回路の、前記コンダクタ及び電流源のパラメータ値を算出する等価RVC枝生成ステップと、
(3)前記RVC枝追加手段が、前記ニュートンの等価回路内の各電流源を、それに対応する前記等価RVC枝回路で置換するRVC枝追加ステップと、
(4)前記等価GVL回路生成手段が、前記解析対象回路内の各電圧源について、前記GVL枝回路と当該電圧源とが直列接続された回路(以下「GVL枝付電圧源」という。)を、抵抗と電圧源が直列接続された等価回路に変換した等価GVL枝回路の、前記抵抗及び電圧源のパラメータ値を算出する等価GVL枝生成ステップと、
(5)前記GVL枝追加手段が、前記ニュートンの等価回路内の各電圧源を、それに対応する前記等価GVL枝回路で置換するGVL枝追加ステップと、
(6)前記節点パラメータ算出手段が、前記RVC枝追加ステップ及び前記GVL枝追加ステップにより修正されたニュートンの等価回路に基づき、次の計算ステップにおける各節点の節点電圧及び電圧定義枝の電流を算出する節点値算出ステップと、
(7)前記収束判定手段が、前記各節点電圧及び各電圧定義枝の電流が収束したか否かを判定する収束判定ステップと、
からなる一連の処理を、前記収束判定手段が各節点の節点電圧及び電圧定義枝の電流の値が収束したと判定するまで繰り返し実行することを特徴とする。
The first configuration of the circuit operation analysis method according to the present invention includes circuit storage means, initial value setting means, Newton equivalent circuit generation means, equivalent RVC circuit generation means, RVC branch addition means, equivalent GVL circuit generation means, and GVL branch addition. A circuit analysis method for calculating a DC operating point of a circuit to be analyzed by a pseudo transient analysis method using a computer comprising means, a nodal parameter calculation means, and a convergence determination means ,
a. An initial value setting step in which the initial value setting means sets an initial value of a node voltage and a current of a voltage definition branch for each node of the analysis target circuit stored in the circuit storage means ;
b. The Newton equivalent circuit generation means, the equivalent RVC circuit generation means, the RVC branch addition means, the equivalent GVL circuit generation means, the GVL branch addition means, the node parameter calculation means, and the convergence determination means cooperate, Generate circuit configuration data of Newton's equivalent circuit for DC analysis of the circuit to be analyzed from circuit configuration data representing the circuit to be analyzed ,
For each current source in the Newton equivalent circuit, an RVC branch circuit in which a pseudo capacitor and a time-varying pseudo resistance whose resistance value increases with time is connected in series is added in parallel, and each voltage in the Newton equivalent circuit is added. By adding in series a GVL branch circuit connected in parallel with a pseudo-inductor and a time-varying pseudo-conductor whose conductance value increases with time , a modified Newton equivalent circuit is generated.
By performing the transient analysis calculated for an equivalent circuit of the modified Newton, we have a, and transient analysis step of calculating the dc operating point of the analysis target circuit,
In the transient analysis step,
(1) The Newton equivalent circuit generation means is configured to determine the circuit of the analysis target circuit based on the circuit configuration data of the analysis target circuit, the node voltage set for each node in the analysis target circuit, and the current of the voltage definition branch. Newton's equivalent circuit generation step for generating circuit configuration data of Newton's equivalent circuit;
(2) The conductor of the equivalent RVC branch circuit in which the equivalent RVC circuit generation means converts the RVC branch circuit into an equivalent circuit in which a conductor and a current source are connected in parallel for each current source in the analysis target circuit. And an equivalent RVC branch generation step for calculating a parameter value of the current source,
(3) the RVC branch additional means, each current source in the equivalent circuit of the Newton, and RVC branch additional step of replacing at the equivalent RVC branch circuit corresponding thereto,
(4) The equivalent GVL circuit generation means , for each voltage source in the circuit to be analyzed, a circuit in which the GVL branch circuit and the voltage source are connected in series (hereinafter referred to as “GVL branch voltage source”). An equivalent GVL branch generation step of calculating a parameter value of the resistance and voltage source of the equivalent GVL branch circuit converted into an equivalent circuit in which a resistor and a voltage source are connected in series;
(5) the GVL branch additional means, each voltage source in the equivalent circuit of the Newton, and GVL branch additional step of replacing at the equivalent GVL branch circuit corresponding thereto,
(6) The node parameter calculation means calculates the node voltage of each node and the current of the voltage definition branch in the next calculation step based on the Newton equivalent circuit modified by the RVC branch addition step and the GVL branch addition step. A nodal value calculating step,
(7) A convergence determination step for determining whether or not the convergence determination means has converged each of the node voltages and the current of each voltage definition branch;
The convergence determination unit repeatedly executes the series of processes until it is determined that the node voltage of each node and the current value of the voltage definition branch have converged.

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、前記コンピュータは、さらに回路方程式生成手段を備えており、前記回路方程式生成手段が、前記ニュートンの等価回路生成ステップにおいて生成される回路構成データに基づき、修正節点法により、当該ニュートンの等価回路の回路方程式のヤコビ行列及び右辺ベクトルの各要素の値を算出する回路方程式生成ステップを有し、
前記等価RVC枝生成ステップにおいては、前記等価RVC回路生成手段が、前記RVC枝回路に後退オイラー法を適用して、前記等価RVC枝回路のコンダクタ及び電流源のパラメータ値を算出し、
前記RVC枝追加ステップにおいては、前記RVC枝追加手段が、各電流源の節点に対応する前記ヤコビ行列及び前記右辺ベクトルの各要素を、当該電流源に対応する前記等価RVC枝回路のコンダクタ及び電流源のパラメータ値に基づいて置換し、
前記等価GVL枝生成ステップにおいては、前記等価GVL回路生成手段が、前記GVL枝付電圧源に後退オイラー法を適用して、前記等価GVL枝回路の抵抗及び電圧源のパラメータ値を算出し、
前記GVL枝追加ステップにおいては、前記GVL枝追加手段が、各電圧源の節点に対応する前記ヤコビ行列及び前記右辺ベクトルの各要素を、当該電圧源に対応する前記等価GVL枝回路の抵抗及び電圧源のパラメータ値に基づいて置換し、
前記節点値算出ステップにおいては、前記節点パラメータ算出手段が、前記RVC枝追加ステップ及び前記GVL枝追加ステップにおいて修正された回路方程式のヤコビ行列及び右辺ベクトルに基づき、次の計算ステップにおける各節点の節点電圧及び電圧定義枝の電流を算出することを特徴とする。
According to a second configuration of the circuit operation analysis method of the present invention, in the first configuration, the computer further includes circuit equation generation means, and the circuit equation generation means includes the Newton equivalent circuit generation step. A circuit equation generation step for calculating the value of each element of the Jacobian matrix and the right-hand side vector of the circuit equation of the Newton equivalent circuit based on the circuit configuration data generated in
In the equivalent RVC branch generation step, the equivalent RVC circuit generation means applies a backward Euler method to the RVC branch circuit to calculate parameter values of the conductor and current source of the equivalent RVC branch circuit,
In the RVC branch adding step, the RVC branch adding means converts each element of the Jacobian matrix and the right-hand vector corresponding to the node of each current source into the conductor and current of the equivalent RVC branch circuit corresponding to the current source. Replace based on source parameter values,
In the equivalent GVL branch generation step, the equivalent GVL circuit generation means applies a backward Euler method to the GVL branch voltage source to calculate the resistance of the equivalent GVL branch circuit and the parameter value of the voltage source,
In the GVL branch adding step, the GVL branch adding means converts each element of the Jacobian matrix and the right-hand vector corresponding to the node of each voltage source into the resistance and voltage of the equivalent GVL branch circuit corresponding to the voltage source. Replace based on source parameter values,
In the nodal value calculating step, the nodal parameter calculating means is based on the Jacobian matrix and the right side vector of the circuit equation modified in the RVC branch adding step and the GVL branch adding step, and the node of each node in the next calculating step The voltage and the current of the voltage definition branch are calculated.

本発明に係る回路動作解析方法の第3の構成は、前記第1の構成において、前記コンピュータは、さらに回路方程式生成手段を備えており、前記等価RVC枝生成ステップにおいては、前記等価RVC回路生成手段が、前記RVC枝回路に後退オイラー法を適用して、前記等価RVC枝回路のコンダクタ及び電流源のパラメータ値を算出し、
前記RVC枝追加ステップにおいては、前記RVC枝追加手段が、前記ニュートンの等価回路生成ステップにおいて生成される回路構成データに基づき、当該ニュートンの等価回路内の各電流源を前記等価RVC枝回路で置換し、
前記等価GVL枝生成ステップにおいては、前記等価GVL回路生成手段が、前記GVL枝付電圧源に後退オイラー法を適用して、前記等価GVL枝回路の抵抗及び電圧源のパラメータ値を算出し、
前記GVL枝追加ステップにおいては、前記GVL枝追加手段が、前記ニュートンの等価回路生成ステップにおいて生成される回路構成データに基づき、当該ニュートンの等価回路内の各電圧源を前記等価GVL枝回路で置換し、
前記回路方程式生成手段が、前記RVC枝追加ステップ及び前記GVL枝追加ステップにおいて修正されたニュートンの等価回路の回路構成データに基づき、修正節点法により、当該ニュートンの等価回路の回路方程式を構成するヤコビ行列及び右辺ベクトルの各要素の値を算出する回路方程式生成ステップを有し、
前記節点値算出ステップにおいては、前記節点パラメータ算出手段が、前記回路方程式生成ステップにおいて算出された回路方程式のヤコビ行列及び右辺ベクトルに基づき、次の計算ステップにおける各節点の節点電圧及び電圧定義枝の電流を算出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 first configuration, the computer further includes circuit equation generation means. In the equivalent RVC branch generation step, the equivalent RVC circuit generation is performed. Means applies a backward Euler method to the RVC branch circuit to calculate parameter values of the conductor and current source of the equivalent RVC branch circuit;
In the RVC branch addition step, the RVC branch addition means replaces each current source in the Newton equivalent circuit with the equivalent RVC branch circuit based on the circuit configuration data generated in the Newton equivalent circuit generation step. And
In the equivalent GVL branch generation step, the equivalent GVL circuit generation means applies a backward Euler method to the GVL branch voltage source to calculate the resistance of the equivalent GVL branch circuit and the parameter value of the voltage source,
In the GVL branch addition step, the GVL branch addition means replaces each voltage source in the Newton equivalent circuit with the equivalent GVL branch circuit based on the circuit configuration data generated in the Newton equivalent circuit generation step. And
Based on the circuit configuration data of the Newton equivalent circuit modified in the RVC branch addition step and the GVL branch addition step, the circuit equation generation means constructs a circuit equation of the Newton equivalent circuit by a modified nodal method. A circuit equation generation step for calculating values of each element of the matrix and the right-hand side vector;
In the node value calculation step, the node parameter calculation means calculates the node voltage and voltage definition branch of each node in the next calculation step based on the Jacobian matrix and the right side vector of the circuit equation calculated in the circuit equation generation step. The current is calculated.

本発明に係るプログラムは、コンピュータで実行させることにより、コンピュータを前記第1乃至3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。   The program according to the present invention, when executed by a computer, causes the computer to function as the circuit operation analysis device having any one of the first to third configurations.

以上のように、本発明によれば、過渡解析時に使用する擬似素子については、時間と共に抵抗値が増大する時変擬似抵抗と擬似キャパシタとが直列接続されたRVC枝回路と、時間と共にコンダクタンス値が増大する時変擬似コンダクタと擬似インダクタとが配列接続されたGVL枝回路を使用し、解析対象回路内の各電流源に並列にRVC枝回路を挿入し、各電圧源に直列にGVL枝回路を挿入する。これにより、時間と共にRVC枝回路はオープン状態、GVL枝回路は短絡状態に近づき、擬似キャパシタや擬似インダクタの影響が時間と共に減少するため、過渡解析における発振が抑えられる。
また、RVC枝回路及びGVL枝回路を回路方程式に組み込む際に、等価RVC回路生成手段及び等価GVL枝回路でモデル化することにより、ニュートンの等価回路の回路方程式のヤコビ行列のサイズが大きくなることがない。従って、節点パラメータ算出手段による各節点電圧及び各電圧定義枝の電流の計算を、少ない計算機ハードウェア資源により短時間で行うことが可能となる。
As described above, according to the present invention, for the pseudo element used in the transient analysis, the RVC branch circuit in which the time-varying pseudo resistance and the pseudo capacitor whose resistance value increases with time is connected in series, and the conductance value with time. Using a GVL branch circuit in which time-varying pseudoconductors and pseudoinductors with increasing connections are connected, an RVC branch circuit is inserted in parallel with each current source in the circuit to be analyzed, and a GVL branch circuit is connected in series with each voltage source Insert. As a result, the RVC branch circuit closes to the open state and the GVL branch circuit approaches the short circuit state with time, and the influence of the pseudo capacitor and the pseudo inductor decreases with time, thereby suppressing the oscillation in the transient analysis.
In addition, when the RVC branch circuit and the GVL branch circuit are incorporated in the circuit equation, the size of the Jacobian matrix of the circuit equation of the Newton equivalent circuit is increased by modeling with the equivalent RVC circuit generation means and the equivalent GVL branch circuit. There is no. Therefore, the calculation of the node voltages and the currents of the voltage definition branches by the node parameter calculation means can be performed in a short time with a small number of computer hardware resources.

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.

図9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、回路データ記憶手段2、時変抵抗関数記憶手段3、時変コンダクタンス関数記憶手段4、回路方程式記憶手段5、節点パラメータ記憶手段6、初期値設定手段7、ニュートン等価回路生成手段8、回路方程式生成手段9、挿入節点抽出手段10、等価RVC回路生成手段11、等価GVL回路生成手段12、RVC枝追加手段13、GVL枝追加手段14、節点パラメータ算出手段15、収束判定手段16、ステップ・カウンタ17、及び出力手段18を備えている。尚、本実施例の回路動作解析装置1は、ハードウェア的に構成してもよいが、プログラムモジュールとして各機能部分を構成し、当該プログラムをコンピュータに読み込ませて実行することにより実現してもよい。   FIG. 9 is a diagram illustrating the configuration of the circuit operation analysis apparatus 1 according to the first embodiment of the invention. The circuit operation analysis apparatus 1 includes circuit data storage means 2, time-varying resistance function storage means 3, time-varying conductance function storage means 4, circuit equation storage means 5, nodal parameter storage means 6, initial value setting means 7, Newton equivalent circuit Generation means 8, circuit equation generation means 9, insertion node extraction means 10, equivalent RVC circuit generation means 11, equivalent GVL circuit generation means 12, RVC branch addition means 13, GVL branch addition means 14, node parameter calculation means 15, convergence determination Means 16, a step counter 17, and output means 18 are provided. The circuit operation analysis apparatus 1 according to the present embodiment may be configured in hardware, but may be realized by configuring each functional part as a program module, reading the program into a computer, and executing the program. Good.

回路データ記憶手段2は、回路図エディタ20により、利用者が入力する回路構成データを記憶する。ここで、回路構成データとしては、ネットリストが用いられる。   The circuit data storage means 2 stores circuit configuration data input by the user using the circuit diagram editor 20. Here, a net list is used as the circuit configuration data.

時変抵抗関数記憶手段3は、擬似過渡解析法の適用時に使用される図6(a)のRVC枝における時変擬似抵抗R(t)の時間変化関数及びその導関数を、ルックアップテーブルとして記憶する。時変擬似抵抗R(t)の時間変化関数は、一般には、時刻t=∞でR(∞)= ∞となる単調増加関数であれば何でもよいが、本実施例では、次式で表される関数が用いられているものとする。   The time-varying resistance function storage means 3 uses the time-varying function and the derivative of the time-varying pseudo resistance R (t) in the RVC branch of FIG. 6A used when applying the pseudo-transient analysis method as a lookup table. Remember. The time-varying function of the time-varying pseudo-resistance R (t) can be anything as long as it is a monotonically increasing function in which R (∞) = ∞ at time t = ∞. Function is used.

Figure 0004810387
Figure 0004810387

時変コンダクタンス関数記憶手段4は、擬似過渡解析法の適用時に使用される図7(a)のGVL枝における時変擬似コンダクタG(t)の時間変化関数及びその導関数を、ルックアップテーブルとして記憶する。時変擬似コンダクタG(t)の時間変化関数は、一般には、時刻t=∞でG(∞)= ∞となる単調増加関数であれば何でもよいが、本実施例では、次式で表される関数が用いられているものとする。   The time-varying conductance function storage means 4 uses the time-varying function and its derivative of the time-varying pseudoconductor G (t) in the GVL branch of FIG. 7A used when applying the pseudo-transient analysis method as a lookup table. Remember. The time-varying function of the time-varying pseudo-conductor G (t) may be any monotonically increasing function that generally satisfies G (∞) = ∞ at time t = ∞. Function is used.

Figure 0004810387
Figure 0004810387

回路方程式記憶手段5は、解析を行う回路方程式の各係数値(ヤコビアン行列及び右辺ベクトルの各要素の値)を記憶する。   The circuit equation storage means 5 stores each coefficient value (value of each element of the Jacobian matrix and the right side vector) of the circuit equation to be analyzed.

節点パラメータ記憶手段6は、解析対象回路の各節点における節点電圧及び電圧定義枝の電流の値を記憶する。   The node parameter storage means 6 stores the node voltage and the current value of the voltage definition branch at each node of the analysis target circuit.

初期値設定手段7は、解析対象回路の各節点の電圧定義枝の電流及び各節点の節点電圧の初期値を設定し、節点パラメータ記憶手段6に格納する。   The initial value setting means 7 sets the current of the voltage definition branch at each node of the analysis target circuit and the initial value of the node voltage at each node, and stores them in the node parameter storage means 6.

ニュートン等価回路生成手段8は、回路データ記憶手段2に記憶された回路構成データと、節点パラメータ記憶手段6に記憶された各節点電圧及び各電圧定義枝の電流に基づき、ニュートン等価回路の回路構成データを生成する。   The Newton equivalent circuit generation means 8 is based on the circuit configuration data stored in the circuit data storage means 2 and the node voltages stored in the node parameter storage means 6 and the currents of the voltage definition branches. Generate data.

回路方程式生成手段9は、ニュートン等価回路生成手段8により生成されるニュートン等価回路について、修正節点法により、式(4)(6)の形式の回路方程式を生成する。   The circuit equation generation means 9 generates a circuit equation in the form of equations (4) and (6) for the Newton equivalent circuit generated by the Newton equivalent circuit generation means 8 by the modified nodal method.

挿入節点抽出手段10は、ニュートン等価回路生成手段8により生成されるニュートン等価回路について、非線形電流源又は独立電流源が接続された節点対をRVC枝挿入節点対として抽出し、非線形電圧源又は独立電圧源の+側が接続された節点をGVL枝挿入節点として抽出する。   The insertion node extraction means 10 extracts the node pair connected to the nonlinear current source or the independent current source as the RVC branch insertion node pair for the Newton equivalent circuit generated by the Newton equivalent circuit generation means 8, and extracts the nonlinear voltage source or the independent node. The node to which the + side of the voltage source is connected is extracted as a GVL branch insertion node.

等価RVC回路生成手段11は、挿入節点抽出手段10により抽出された各RVC枝挿入節点対に対して、その節点電圧及び電圧定義枝の電流並びに各計算ステップtnの時変擬似抵抗の抵抗値R(tn)に基づいて、式(24a)(24b)に従って、等価RVC枝回路のコンダクタGCBeq及び電流源JCBeqのパラメータ値を算出する。RVC枝追加手段13は、等価RVC回路生成手段11により算出された等価RVC枝回路のコンダクタGCBeq及び電流源JCBeqのパラメータ値を、回路方程式に追加することにより、等価RVC枝回路を実装する。 Equivalent RVC circuit generating means 11, inserted for each RVC branch inserted node pair extracted by the node extraction means 10, the resistance value of the variable pseudo resistance when the node voltages and voltage defined branch of the current and the calculation step t n Based on R (t n ), the parameter values of the conductor G CBeq and the current source J CBeq of the equivalent RVC branch circuit are calculated according to the equations (24a) and (24b). The RVC branch adding means 13 implements an equivalent RVC branch circuit by adding the parameter values of the conductor G CBeq and current source J CBeq of the equivalent RVC branch circuit calculated by the equivalent RVC circuit generating means 11 to the circuit equation. .

等価GVL回路生成手段12は、挿入節点抽出手段10により抽出されたGVL枝挿入節点に対して、その節点電圧及び電圧定義枝の電流及び接続する電圧源並びに各計算ステップtnの時変擬似コンダクタのコンダクタンスG(tn)に基づいて、式(31a)(31b)に従って、等価GVL枝回路の抵抗RCBeq及び電圧源ECBeqのパラメータ値を算出する。GVL枝追加手段14は、等価GVL回路生成手段12により算出された等価GVL枝回路の抵抗RCBeq及び電圧源ECBeqのパラメータ値を、回路方程式に追加することにより、等価GVL枝回路を実装する。 The equivalent GVL circuit generation means 12 is connected to the GVL branch insertion node extracted by the insertion node extraction means 10, the node voltage, the current of the voltage definition branch, the voltage source to be connected, and the time-varying pseudoconductor at each calculation step t n. Based on the conductance G (t n ), the parameter values of the resistance R CBeq and the voltage source E CBeq of the equivalent GVL branch circuit are calculated according to the equations (31a) and (31b). The GVL branch adding means 14 implements the equivalent GVL branch circuit by adding the parameter values of the resistance R CBeq and the voltage source E CBeq of the equivalent GVL branch circuit calculated by the equivalent GVL circuit generating means 12 to the circuit equation. .

節点パラメータ算出手段15は、式(4)(6)の形式の回路方程式をLU分解法等の行列演算により解いて、各節点の節点電圧及び電圧定義枝の電流(節点パラメータ)を算出する。   The node parameter calculation means 15 solves the circuit equations of the formulas (4) and (6) by matrix operation such as LU decomposition method, and calculates the node voltage of each node and the current (node parameter) of the voltage definition branch.

収束判定手段16は、節点パラメータ算出手段15が算出する各節点の節点パラメータと、その前の計算ステップで算出された各節点の節点パラメータとを比較し、節点パラメータが収束したか否かを判定する。   The convergence determination unit 16 compares the node parameter of each node calculated by the node parameter calculation unit 15 with the node parameter of each node calculated in the previous calculation step, and determines whether or not the node parameter has converged. To do.

ステップ・カウンタ17は、過渡解析の計算ステップをカウントするカウンタであり、節点パラメータ算出手段15により各節点の節点パラメータが1回計算される毎に1ずつカウントアップする。   The step counter 17 is a counter that counts the calculation step of the transient analysis, and counts up by one each time the node parameter calculation means 15 calculates the node parameter of each node once.

出力手段18は、収束判定手段16が収束したと判定した場合、各節点の節点パラメータを外部記憶装置やディスプレイ等に出力する。   When the convergence determining unit 16 determines that the convergence has been completed, the output unit 18 outputs the node parameters of each node to an external storage device, a display, or the like.

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.

図10は、本実施例に係る回路動作解析方法を表すフローチャートである。   FIG. 10 is a flowchart illustrating a circuit operation analysis method according to the present embodiment.

ステップS1で、まず、初期値設定手段7は、回路データ記憶手段2に記憶された回路構成データを読み出し、すべての節点を抽出する。そして、所定の規則に従って、各節点に対し節点パラメータ(電圧定義枝の電流及び節点電圧)の初期値を設定する。初期値が設定された節点パラメータは、節点パラメータ記憶手段6に記憶される。   In step S1, the initial value setting means 7 first reads out the circuit configuration data stored in the circuit data storage means 2 and extracts all nodes. Then, according to a predetermined rule, initial values of node parameters (current of the voltage definition branch and node voltage) are set for each node. The node parameter for which the initial value is set is stored in the node parameter storage means 6.

ここで、初期値の設定の仕方としては、例えば次のようにして行う。まず、リファレンス節点を1つ選択し、その節点の節点電圧を0(グランド)とする。リファレンス節点は、通常は、最も多くの接続がある節点が選ばれる。また、リファレンス節点と独立電圧源を介して接続された節点の節点電圧は、その電圧源の値を設定する。それ以外の節点については、節点電圧を0とする。但し、リファレンス節点以外の節点同士が独立電圧源を介して接続されている場合には、その電圧源の値に従って何れか一方の節点電圧の値を調整する。また、独立電流源が接続された節点については、その電流源の値に従って電圧定義枝の電流を設定する。それ以外の節点については、電圧定義枝の電流を0とする。   Here, for example, the initial value is set as follows. First, one reference node is selected, and the node voltage at that node is set to 0 (ground). The reference node is usually the node with the most connections. The node voltage of the node connected to the reference node via an independent voltage source sets the value of the voltage source. For other nodes, the node voltage is set to zero. However, when nodes other than the reference node are connected via an independent voltage source, the value of one of the node voltages is adjusted according to the value of the voltage source. For the node to which the independent current source is connected, the current of the voltage definition branch is set according to the value of the current source. For other nodes, the current in the voltage definition branch is set to zero.

次に、ステップS2において、ニュートン等価回路生成手段8は、回路データ記憶手段2に記憶されたオリジナルの解析対象回路の回路構成データ(ネットリスト)と、節点パラメータ記憶手段6に記憶された節点データを読み出す。そして、オリジナルの解析対象回路のニュートンの等価回路の回路構成データを構成する。ニュートンの等価回路を構成方法に関しては公知であり、例えば、非特許文献4に記載されている。   Next, in step S 2, the Newton equivalent circuit generation means 8 generates the circuit configuration data (net list) of the original analysis target circuit stored in the circuit data storage means 2 and the node data stored in the node parameter storage means 6. Is read. Then, the circuit configuration data of the Newton equivalent circuit of the original analysis target circuit is configured. A method for constructing a Newton equivalent circuit is known, and is described in Non-Patent Document 4, for example.

なお、この際、回路内のすべてのキャパシタは開放とし、すべてのインダクタは短絡とすることにより除去する。   At this time, all capacitors in the circuit are opened and all inductors are removed by short-circuiting.

次に、ステップS3において、回路方程式生成手段9は、ニュートンの等価回路に、修正節点法を適用することにより、式(4)(6)の形式の回路方程式のヤコビアン行列及び右辺ベクトルを算出する。ヤコビアン行列及び右辺ベクトルを算出方法についても公知であり、例えば、非特許文献4に記載されている。   Next, in step S3, the circuit equation generation means 9 calculates a Jacobian matrix and a right-hand side vector of the circuit equations of the formulas (4) and (6) by applying the modified nodal method to the Newton equivalent circuit. . A method for calculating the Jacobian matrix and the right-hand vector is also known, and is described in Non-Patent Document 4, for example.

次に、ステップS4において、挿入節点抽出手段10は、ニュートンの等価回路の回路構成データに基づいて、RVC枝挿入節点対(非線形電流源又は独立電流源が接続された節点対)及びGVL枝挿入節点(非線形電圧源又は独立電圧源の+側が接続された節点)を抽出する。   Next, in step S4, the insertion node extracting means 10 inserts an RVC branch insertion node pair (a node pair to which a nonlinear current source or an independent current source is connected) and a GVL branch insertion based on the circuit configuration data of Newton's equivalent circuit. A node (a node to which the non-linear voltage source or the independent voltage source is connected to the + side) is extracted.

次に、ステップS5において、等価RVC回路生成手段11は、各RVC枝挿入節点対に対して、式(24a)(24b)に従って、等価RVC枝回路のコンダクタGCBeq及び電流源JCBeqのパラメータ値を算出する。そして、RVC枝追加手段13は、等価RVC回路生成手段11により算出された等価RVC枝回路のコンダクタGCBeq及び電流源JCBeqのパラメータ値を、回路方程式に追加する。回路方程式へのコンダクタGCBeq及び電流源JCBeqのパラメータ値の追加は、式(25)の左辺の行列を回路方程式のヤコビアン行列に足すとともに、式(25)の右辺のベクトルを回路方程式の右辺ベクトルに足すことによって行われる。すなわち、式(4)のヤコビアン行列A(m)及び右辺ベクトルb(m)を、それぞれ以下のような足し算により更新する。 Next, in step S5, the equivalent RVC circuit generation means 11 sets the parameter values of the conductor G CBeq and the current source J CBeq of the equivalent RVC branch circuit according to the equations (24a) and (24b) for each RVC branch insertion node pair. Is calculated. Then, the RVC branch adding unit 13 adds the parameter values of the conductor G CBeq and the current source J CBeq of the equivalent RVC branch circuit calculated by the equivalent RVC circuit generating unit 11 to the circuit equation. The parameter values of the conductor G CBeq and the current source J CBeq are added to the circuit equation by adding the matrix on the left side of Equation (25) to the Jacobian matrix of the circuit equation and the vector on the right side of Equation (25) to the right side of the circuit equation. This is done by adding to the vector. That is, the Jacobian matrix A (m) and the right-hand side vector b (m) in Expression (4) are updated by addition as follows.

Figure 0004810387
Figure 0004810387

Figure 0004810387
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次に、ステップS6において、等価GVL回路生成手段12は、各GVL枝挿入節点としれに接続する電圧源に対して、式(31a)(31b)に従って、等価GVL枝回路の抵抗RCBeq及び電圧源ECBeqのパラメータ値を算出する。GVL枝追加手段14は、この等価GVL枝回路の抵抗RCBeq及び電圧源ECBeqのパラメータ値を、回路方程式に追加する。回路方程式への抵抗RCBeq及び電圧源ECBeqのパラメータ値の追加は、式(32)の左辺の行列の要素に対応する回路方程式のヤコビアン行列の要素に、式(32)の左辺の行列の要素を足すとともに、式(32)の右辺のベクトルの要素に対応する回路方程式の右辺行列の要素に、式(32)の右辺のベクトルの要素を足してもとの電圧源Eの要素を引くことにより行う。すなわち、式(4)のヤコビアン行列A(m)及び右辺ベクトルb(m)を、それぞれ以下のような加減算により更新する。 Next, in step S6, the equivalent GVL circuit generating means 12 applies the resistance R CBeq and voltage of the equivalent GVL branch circuit to the voltage source connected to each GVL branch insertion node according to the equations (31a) and (31b). Calculate the parameter value of source E CBeq . The GVL branch adding means 14 adds the parameter values of the resistance R CBeq and voltage source E CBeq of this equivalent GVL branch circuit to the circuit equation. The parameter values of the resistance R CBeq and the voltage source E CBeq to the circuit equation are added to the element of the Jacobian matrix of the circuit equation corresponding to the element of the matrix on the left side of Equation (32), and the matrix of the left side of Equation (32). In addition to adding the elements, the element of the original voltage source E is subtracted by adding the element of the right-hand side vector of Expression (32) to the element of the right-hand side matrix of the circuit equation corresponding to the element of the right-hand side vector of Expression (32). By doing. That is, the Jacobian matrix A (m) and the right-side vector b (m) in Expression (4) are updated by the following addition / subtraction, respectively.

Figure 0004810387
Figure 0004810387

Figure 0004810387
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次に、ステップS7において、節点パラメータ算出手段15は、ステップS5,S6で修正された回路方程式を、LU分解法等の行列演算により解いて、各節点パラメータを算出する。   Next, in step S7, the nodal parameter calculating means 15 calculates the nodal parameters by solving the circuit equations corrected in steps S5 and S6 by matrix operation such as LU decomposition method.

次に、ステップS8において、収束判定手段16は、節点パラメータ算出手段15が算出する各節点の節点パラメータと、その前の計算ステップの各節点の節点パラメータ(節点パラメータ記憶手段6に記憶された節点パラメータ)とを比較し、節点パラメータが収束したか否かを判定する。この場合、例えば、各節点パラメータについて各計算ステップの値の差の絶対値の和を計算し、その値が閾値以下か否かを判定することにより収束判定を行う。   Next, in step S8, the convergence determination unit 16 determines the node parameters of each node calculated by the node parameter calculation unit 15 and the node parameters of each node in the previous calculation step (nodes stored in the node parameter storage unit 6). Parameter) to determine whether the node parameter has converged. In this case, for example, the convergence determination is performed by calculating the sum of the absolute values of the differences in the values of the respective calculation steps for each node parameter and determining whether the value is equal to or less than the threshold value.

収束していないと判定された場合には、節点パラメータ記憶手段6に記憶された節点パラメータを、新たに計算された各節点パラメータで更新し、ステップS2に戻る。   If it is determined that it has not converged, the node parameters stored in the node parameter storage means 6 are updated with the newly calculated node parameters, and the process returns to step S2.

収束したと判定された場合、ステップS9において、各節点の節点パラメータを外部記憶装置やディスプレイ等に出力する。   If it is determined that the nodes have converged, the node parameters of each node are output to an external storage device, a display, or the like in step S9.

以上のように、本実施例の回路動作解析装置1によれば、時変擬似枝を等価RVC枝又は等価GVL枝に変換して回路方程式に追加することで、この追加による回路方程式のヤコビアン行列のサイズの変化がない。従って、行列要素又はベクトル要素の加算又は置換のみの演算で容易に時変擬似枝の実装ができる。また、ヤコビアン行列のサイズ変化がないため、ヤコビアン行列を記憶するためのメモリ量も少なくてすみ、更に、節点パラメータ算出手段15による行列演算の計算時間の増加も抑えることができる。   As described above, according to the circuit operation analysis apparatus 1 of the present embodiment, the Jacobian matrix of the circuit equation by this addition is obtained by converting the time-varying pseudo branch into an equivalent RVC branch or an equivalent GVL branch and adding it to the circuit equation. There is no change in size. Therefore, it is possible to easily implement a time-varying pseudo-branch by an operation of only addition or replacement of matrix elements or vector elements. Further, since there is no change in the size of the Jacobian matrix, the amount of memory for storing the Jacobian matrix can be reduced, and an increase in the calculation time of the matrix calculation by the node parameter calculation means 15 can be suppressed.

図11は、本発明の実施例2に係る回路動作解析装置1の構成を表す図である。本実施例では、回路動作解析装置1は、基本的には実施例1と同様の構成をとるが、回路方程式生成手段9の位置のみが異なる。   FIG. 11 is a diagram illustrating the configuration of the circuit operation analysis apparatus 1 according to the second embodiment of the present invention. In the present embodiment, the circuit operation analysis apparatus 1 basically has the same configuration as that of the first embodiment, but only the position of the circuit equation generation means 9 is different.

即ち、実施例1では、ニュートン等価回路から回路方程式を作成した後に、等価RVC枝及び等価GVL枝の追加を行っていたが、本実施例では、直接ニュートン等価回路の回路構成データに等価RVC枝及び等価GVL枝の追加を行った後に回路方程式を作成する構成としている。   That is, in the first embodiment, after the circuit equation is created from the Newton equivalent circuit, the equivalent RVC branch and the equivalent GVL branch are added. However, in this embodiment, the equivalent RVC branch is directly added to the circuit configuration data of the Newton equivalent circuit. The circuit equation is created after adding the equivalent GVL branch.

このような構成によっても、実施例1と同様に、ヤコビアン行列のサイズ変化をなくすことが可能である。   Even with such a configuration, it is possible to eliminate the size change of the Jacobian matrix as in the first embodiment.

ASTAPシミュレータに導入されたPTAアルゴリズムにおいて使用される擬似素子(a)(b)及びその挿入例(c)である。It is the pseudo element (a) (b) used in the PTA algorithm introduced into the ASTAP simulator, and its insertion example (c). R. Wilton 及び L. Goldgeisser et al.により提案されたPTAアルゴリズムにおいて使用される時変擬似キャパシタ(a)と、その値の変化(b)、及びその挿入例(c)である。The time-varying pseudocapacitor (a) used in the PTA algorithm proposed by R. Wilton and L. Goldgeisser et al., Its value change (b), and its insertion example (c). 特許文献1のPTA法で使用する複合擬似枝及びそのパラメータ値の時間変化を示す図である。It is a figure which shows the time change of the composite pseudo branch used with the PTA method of patent document 1, and its parameter value. 特許文献1のPTA法で使用する複合擬似枝の挿入位置を表す図である。It is a figure showing the insertion position of the composite pseudo branch used by the PTA method of patent document 1. FIG. RVC枝及びその等価回路を表す図である。It is a figure showing an RVC branch and its equivalent circuit. GVL枝及びその等価回路を表す図である。It is a figure showing a GVL branch and its equivalent circuit. 本発明におけるRVC枝の等価回路によるモデル化を表す図である。It is a figure showing modeling by the equivalent circuit of the RVC branch in this invention. 本発明におけるGVL枝の等価回路によるモデル化を表す図である。It is a figure showing modeling by the equivalent circuit of the GVL branch in this invention. 本発明の実施例1に係る回路動作解析装置の構成を表す図である。It is a figure showing the structure of the circuit operation | movement analysis apparatus which concerns on Example 1 of this invention. 本実施例に係る回路動作解析方法を表すフローチャートである。It is a flowchart showing the circuit operation | movement analysis method based on a present Example. 本発明の実施例2に係る回路動作解析装置の構成を表す図である。It is a figure showing the structure of the circuit operation | movement analysis apparatus which concerns on Example 2 of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 回路動作解析装置
2 回路データ記憶手段
3 時変抵抗関数記憶手段
4 時変コンダクタンス関数記憶手段
5 回路方程式記憶手段
6 節点パラメータ記憶手段
7 初期値設定手段
8 ニュートン等価回路生成手段
9 回路方程式生成手段
10 挿入節点抽出手段
11 等価RVC回路生成手段
12 等価GVL回路生成手段
13 RVC枝追加手段
14 GVL枝追加手段
15 節点パラメータ算出手段
16 収束判定手段
17 ステップ・カウンタ
18 出力手段
20 回路図エディタ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Circuit operation | movement analysis apparatus 2 Circuit data storage means 3 Time-varying resistance function storage means 4 Time-varying conductance function storage means 5 Circuit equation storage means 6 Node parameter storage means 7 Initial value setting means 8 Newton equivalent circuit generation means 9 Circuit equation generation means DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Insertion node extraction means 11 Equivalent RVC circuit generation means 12 Equivalent GVL circuit generation means 13 RVC branch addition means 14 GVL branch addition means 15 Node parameter calculation means 16 Convergence determination means 17 Step counter 18 Output means 20 Circuit diagram editor

Claims (7)

擬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解析装置であって、
前記解析対象回路を表す回路構成データを記憶する回路記憶手段と、
前記解析対象回路の各節点に対して、節点電圧及び電圧定義枝の電流の初期推定値を設定する初期値設定手段と、
各節点電圧、各電圧定義枝の電流、及び前記回路構成データに基づき、前記解析対象回路の直流解析のためのニュートンの等価回路の回路構成データを生成するニュートン等価回路生成手段と、
前記解析対象回路内の各電流源について、擬似キャパシタ及び時間と共に抵抗値が増大する時変擬似抵抗が直列接続されたRVC枝回路を、コンダクタと電流源が並列接続された等価回路に変換した等価RVC枝回路の、前記コンダクタ及び電流源のパラメータ値を算出する等価RVC回路生成手段と、
前記ニュートンの等価回路内の各電流源を、それに対応する前記等価RVC枝回路で置換するRVC枝追加手段と、
前記解析対象回路内の各電圧源について、擬似インダクタ及び時間と共にコンダクタンス値が増大する時変擬似コンダクタが並列接続されたGVL枝回路と当該電圧源とが直列接続された回路(以下「GVL枝付電圧源」という。)を、抵抗と電圧源が直列接続された等価回路に変換した等価GVL枝回路の、前記抵抗及び電圧源のパラメータ値を算出する等価GVL回路生成手段と、
前記ニュートンの等価回路内の各電圧源を、それに対応する前記等価GVL枝回路で置換するGVL枝追加手段と、
前記RVC枝追加手段及び前記GVL枝追加手段により修正された前記ニュートンの等価回路の回路方程式を計算し、次の計算ステップにおける前記解析対象回路の各節点電圧及び各電圧定義枝の電流を算出する節点パラメータ算出手段と、
前記各節点電圧及び各電圧定義枝の電流が収束したか否かを判定する収束判定手段と、
を備えたことを特徴とする回路動作解析装置。
A circuit 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 representing the analysis target circuit;
Initial value setting means for setting an initial estimated value of a node voltage and a current of a voltage definition branch for each node of the analysis target circuit;
Newton equivalent circuit generation means for generating circuit configuration data of Newton's equivalent circuit for DC analysis of the analysis target circuit based on each node voltage, current of each voltage definition branch, and the circuit configuration data;
For each current source in the circuit to be analyzed, an equivalent of an RVC branch circuit in which a pseudo capacitor and a time-varying pseudo resistance whose resistance value increases with time is connected in series is converted into an equivalent circuit in which a conductor and a current source are connected in parallel. Equivalent RVC circuit generation means for calculating parameter values of the conductor and current source of the RVC branch circuit;
RVC branch adding means for replacing each current source in the Newton equivalent circuit with the corresponding equivalent RVC branch circuit;
For each voltage source in the circuit to be analyzed, a pseudo-inductor and a GVL branch circuit in which a time-varying pseudo-conductor whose conductance value increases with time are connected in parallel and a circuit in which the voltage source is connected in series (hereinafter referred to as “GVL branching”). An equivalent GVL circuit generating means for calculating parameter values of the resistor and the voltage source of an equivalent GVL branch circuit obtained by converting a resistor and a voltage source into an equivalent circuit connected in series;
GVL branch adding means for replacing each voltage source in the Newton equivalent circuit with the corresponding equivalent GVL branch circuit;
The circuit equation of the Newton equivalent circuit modified by the RVC branch adding means and the GVL branch adding means is calculated, and the node voltages of the circuit to be analyzed and the currents of the voltage definition branches in the next calculation step are calculated. Nodal parameter calculation means ;
Convergence determining means for determining whether or not each node voltage and current of each voltage definition branch has converged,
A circuit operation analysis apparatus comprising:
前記ニュートン等価回路生成手段が生成する回路構成データに基づき、修正節点法により、当該ニュートンの等価回路の回路方程式のヤコビ行列及び右辺ベクトルの各要素の値を算出する回路方程式生成手段を備え、
前記等価RVC回路生成手段は、前記RVC枝回路に後退オイラー法を適用して、前記等価RVC枝回路のコンダクタ及び電流源のパラメータ値を算出し、
前記RVC枝追加手段は、各電流源の節点に対応する前記ヤコビ行列及び前記右辺ベクトルの各要素を、当該電流源に対応する前記等価RVC枝回路のコンダクタ及び電流源のパラメータ値に基づいて置換するものであり、
前記等価GVL回路生成手段は、前記GVL枝付電圧源に後退オイラー法を適用して、前記等価GVL枝回路の抵抗及び電圧源のパラメータ値を算出し、
前記GVL枝追加手段は、各電圧源の節点に対応する前記ヤコビ行列及び前記右辺ベクトルの各要素を、当該電圧源に対応する前記等価GVL枝回路の抵抗及び電圧源のパラメータ値に基づいて置換するものであり、
前記節点パラメータ算出手段は、前記RVC枝追加手段及び前記GVL枝追加手段により修正された回路方程式のヤコビ行列及び右辺ベクトルに基づき、前記解析対象回路の各節点電圧及び各電圧定義枝の電流を算出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。
Based on the circuit configuration data generated by the Newton equivalent circuit generation means, circuit equation generation means for calculating the value of each element of the Jacobian matrix and the right-hand side vector of the circuit equation of the Newton equivalent circuit by a modified nodal method,
The equivalent RVC circuit generation means applies a backward Euler method to the RVC branch circuit to calculate a parameter value of a conductor and a current source of the equivalent RVC branch circuit,
The RVC branch adding means replaces each element of the Jacobian matrix and the right-hand vector corresponding to a node of each current source based on a conductor value of the equivalent RVC branch circuit corresponding to the current source and a parameter value of the current source. Is what
The equivalent GVL circuit generation means applies a backward Euler method to the GVL branch voltage source to calculate a resistance value of the equivalent GVL branch circuit and a parameter value of the voltage source,
The GVL branch adding means replaces each element of the Jacobian matrix and the right-hand vector corresponding to the node of each voltage source based on a resistance of the equivalent GVL branch circuit corresponding to the voltage source and a parameter value of the voltage source. Is what
The node parameter calculation means calculates the node voltages and currents of the voltage definition branches of the circuit to be analyzed based on the Jacobian matrix and the right-hand side vector of the circuit equation modified by the RVC branch addition means and the GVL branch addition means. The circuit operation analysis apparatus according to claim 1, wherein:
前記等価RVC回路生成手段は、前記RVC枝付回路に後退オイラー法を適用して、前記等価RVC枝回路のコンダクタ及び電流源のパラメータ値を算出し、
前記RVC枝追加手段は、前記ニュートン等価回路生成手段が生成する回路構成データに基づき、当該ニュートンの等価回路内の各電流源を前記等価RVC枝回路で置換し、
前記等価GVL回路生成手段は、前記GVL枝付電圧源に後退オイラー法を適用して、前記等価GVL枝回路の抵抗及び電圧源のパラメータ値を算出し、
前記GVL枝追加手段は、前記ニュートン等価回路生成手段が生成する回路構成データに基づき、当該ニュートンの等価回路内の各電圧源を前記等価GVL枝回路で置換するものであり、
前記RVC枝追加手段及び前記GVL枝追加手段により修正されたニュートンの等価回路の回路構成データに基づき、修正節点法により、当該ニュートンの等価回路の回路方程式のヤコビ行列及び右辺ベクトルの各要素の値を算出する回路方程式生成手段を備え、
前記節点パラメータ算出手段は、前記回路方程式生成手段により算出された回路方程式のヤコビ行列及び右辺ベクトルに基づき、前記解析対象回路の各節点電圧及び各電圧定義枝の電流を算出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。
The equivalent RVC circuit generation means applies a backward Euler method to the RVC branch circuit to calculate a parameter value of a conductor and a current source of the equivalent RVC branch circuit,
The RVC branch adding means replaces each current source in the Newton equivalent circuit with the equivalent RVC branch circuit based on the circuit configuration data generated by the Newton equivalent circuit generation means,
The equivalent GVL circuit generation means applies a backward Euler method to the GVL branch voltage source to calculate a resistance value of the equivalent GVL branch circuit and a parameter value of the voltage source,
The GVL branch addition means replaces each voltage source in the equivalent circuit of the Newton with the equivalent GVL branch circuit based on the circuit configuration data generated by the Newton equivalent circuit generation means.
Based on the circuit configuration data of the Newton equivalent circuit modified by the RVC branch addition means and the GVL branch addition means, the value of each element of the Jacobian matrix and the right-hand side vector of the circuit equation of the Newton equivalent circuit is obtained by the modified nodal method. Circuit equation generation means for calculating
The node parameter calculation unit calculates each node voltage and current of each voltage definition branch of the circuit to be analyzed based on a Jacobian matrix and a right side vector of the circuit equation calculated by the circuit equation generation unit. The circuit operation analysis apparatus according to claim 1.
回路記憶手段、初期値設定手段、ニュートン等価回路生成手段、等価RVC回路生成手段、RVC枝追加手段、等価GVL回路生成手段、GVL枝追加手段、節点パラメータ算出手段、及び収束判定手段を備えたコンピュータを用いて、擬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解析方法であって、
a.前記初期値設定手段が、前記回路記憶手段に記憶された前記解析対象回路の各節点に対して、節点電圧及び電圧定義枝の電流の初期推定値を設定する初期値設定ステップと、
b.前記ニュートン等価回路生成手段、前記等価RVC回路生成手段、前記RVC枝追加手段、前記等価GVL回路生成手段、前記GVL枝追加手段、前記節点パラメータ算出手段、及び前記収束判定手段が協働して、前記解析対象回路を表す回路構成データから、前記解析対象回路の直流解析のためのニュートンの等価回路の回路構成データを生成し、
前記ニュートンの等価回路内の各電流源に対し、擬似キャパシタ及び時間と共に抵抗値が増大する時変擬似抵抗が直列接続されたRVC枝回路を並列に追加し、前記ニュートンの等価回路内の各電圧源に対し、擬似インダクタ及び時間と共にコンダクタンス値が増大する時変擬似コンダクタが並列接続されたGVL枝回路を直列に追加することにより、修正ニュートンの等価回路を生成し、
当該修正ニュートンの等価回路に対して過渡解析計算を行うことで、前記解析対象回路の直流動作点を計算する過渡解析ステップと、を有
前記過渡解析ステップにおいて
(1)前記ニュートン等価回路生成手段が、前記解析対象回路の回路構成データと前記解析対象回路内の各節点に対して設定された節点電圧及び電圧定義枝の電流に基づき、前記解析対象回路のニュートンの等価回路の回路構成データを生成するニュートンの等価回路生成ステップと、
(2)前記等価RVC回路生成手段が、前記解析対象回路内の各電流源について、前記RVC枝回路を、コンダクタと電流源が並列接続された等価回路に変換した等価RVC枝回路の、前記コンダクタ及び電流源のパラメータ値を算出する等価RVC枝生成ステップと、
(3)前記RVC枝追加手段が、前記ニュートンの等価回路内の各電流源を、それに対応する前記等価RVC枝回路で置換するRVC枝追加ステップと、
(4)前記等価GVL回路生成手段が、前記解析対象回路内の各電圧源について、前記GVL枝回路と当該電圧源とが直列接続された回路(以下「GVL枝付電圧源」という。)を、抵抗と電圧源が直列接続された等価回路に変換した等価GVL枝回路の、前記抵抗及び電圧源のパラメータ値を算出する等価GVL枝生成ステップと、
(5)前記GVL枝追加手段が、前記ニュートンの等価回路内の各電圧源を、それに対応する前記等価GVL枝回路で置換するGVL枝追加ステップと、
(6)前記節点パラメータ算出手段が、前記RVC枝追加ステップ及び前記GVL枝追加ステップにより修正されたニュートンの等価回路に基づき、次の計算ステップにおける各節点の節点電圧及び電圧定義枝の電流を算出する節点値算出ステップと、
(7)前記収束判定手段が、前記各節点電圧及び各電圧定義枝の電流が収束したか否かを判定する収束判定ステップと、
からなる一連の処理を、前記収束判定手段が各節点の節点電圧及び電圧定義枝の電流の値が収束したと判定するまで繰り返し実行することを特徴とする回路動作解析方法。
A computer comprising circuit storage means, initial value setting means, Newton equivalent circuit generation means, equivalent RVC circuit generation means, RVC branch addition means, equivalent GVL circuit generation means, GVL branch addition means, node parameter calculation means, and convergence determination means Is a circuit analysis method for calculating a DC operating point of a circuit to be analyzed by a pseudo transient analysis method,
a. An initial value setting step in which the initial value setting means sets an initial estimated value of a node voltage and a current of a voltage definition branch for each node of the analysis target circuit stored in the circuit storage means ;
b. The Newton equivalent circuit generation means, the equivalent RVC circuit generation means, the RVC branch addition means, the equivalent GVL circuit generation means, the GVL branch addition means, the node parameter calculation means, and the convergence determination means cooperate, From the circuit configuration data representing the analysis target circuit, generate circuit configuration data of Newton's equivalent circuit for DC analysis of the analysis target circuit,
For each current source in the Newton equivalent circuit, an RVC branch circuit in which a pseudo capacitor and a time-varying pseudo resistance whose resistance value increases with time is connected in series is added in parallel, and each voltage in the Newton equivalent circuit is added. By adding, in series, a pseudo-inductor and a GVL branch connected in parallel with a pseudo-inductor and a time-varying pseudo-conductor whose conductance value increases with time , a modified Newton equivalent circuit is generated,
By performing the transient analysis calculated for an equivalent circuit of the modified Newton, we have a, and transient analysis step of calculating the dc operating point of the analysis target circuit,
In the transient analysis step,
(1) The Newton equivalent circuit generation means is configured to determine the circuit of the analysis target circuit based on the circuit configuration data of the analysis target circuit, the node voltage set for each node in the analysis target circuit, and the current of the voltage definition branch. Newton's equivalent circuit generation step for generating circuit configuration data of Newton's equivalent circuit;
(2) The conductor of the equivalent RVC branch circuit in which the equivalent RVC circuit generation means converts the RVC branch circuit into an equivalent circuit in which a conductor and a current source are connected in parallel for each current source in the analysis target circuit. And an equivalent RVC branch generation step for calculating a parameter value of the current source;
(3) the RVC branch additional means, each current source in the equivalent circuit of the Newton, and RVC branch additional step of replacing at the equivalent RVC branch circuit corresponding thereto,
(4) The equivalent GVL circuit generation means , for each voltage source in the analysis target circuit, a circuit in which the GVL branch circuit and the voltage source are connected in series (hereinafter referred to as “GVL branch voltage source”). An equivalent GVL branch generation step of calculating parameter values of the resistance and voltage source of the equivalent GVL branch circuit converted into an equivalent circuit in which a resistor and a voltage source are connected in series;
(5) the GVL branch additional means, each voltage source in the equivalent circuit of the Newton, and GVL branch additional step of replacing at the equivalent GVL branch circuit corresponding thereto,
(6) The node parameter calculation means calculates the node voltage of each node and the current of the voltage definition branch in the next calculation step based on the Newton equivalent circuit corrected by the RVC branch addition step and the GVL branch addition step. A nodal value calculating step,
(7) A convergence determination step for determining whether or not the convergence determination means has converged each of the node voltages and the current of each voltage definition branch;
A series of processes, circuit operation analyzing method, wherein the convergence determination unit is repeatedly executed until determined that the value of the current of the node voltages and voltage defined branch of each node has converged consisting.
前記コンピュータは、さらに回路方程式生成手段を備えており、
前記回路方程式生成手段が、前記ニュートンの等価回路生成ステップにおいて生成される回路構成データに基づき、修正節点法により、当該ニュートンの等価回路の回路方程式のヤコビ行列及び右辺ベクトルの各要素の値を算出する回路方程式生成ステップを有し、
前記等価RVC枝生成ステップにおいては、前記等価RVC回路生成手段が、前記RVC枝回路に後退オイラー法を適用して、前記等価RVC枝回路のコンダクタ及び電流源のパラメータ値を算出し、
前記RVC枝追加ステップにおいては、前記RVC枝追加手段が、各電流源の節点に対応する前記ヤコビ行列及び前記右辺ベクトルの各要素を、当該電流源に対応する前記等価RVC枝回路のコンダクタ及び電流源のパラメータ値に基づいて置換し、
前記等価GVL枝生成ステップにおいては、前記等価GVL回路生成手段が、前記GVL枝付電圧源に後退オイラー法を適用して、前記等価GVL枝回路の抵抗及び電圧源のパラメータ値を算出し、
前記GVL枝追加ステップにおいては、前記GVL枝追加手段が、各電圧源の節点に対応する前記ヤコビ行列及び前記右辺ベクトルの各要素を、当該電圧源に対応する前記等価GVL枝回路の抵抗及び電圧源のパラメータ値に基づいて置換し、
前記節点値算出ステップにおいては、前記節点パラメータ算出手段が、前記RVC枝追加ステップ及び前記GVL枝追加ステップにおいて修正された回路方程式のヤコビ行列及び右辺ベクトルに基づき、次の計算ステップにおける各節点の節点電圧及び電圧定義枝の電流を算出することを特徴とする請求項4記載の回路動作解析方法。
The computer further includes circuit equation generation means,
Based on the circuit configuration data generated in the Newton equivalent circuit generation step, the circuit equation generation means calculates a value of each element of the Jacobian matrix and the right-hand side vector of the circuit equation of the Newton equivalent circuit based on the modified nodal method. A circuit equation generation step to
In the equivalent RVC branch generation step, the equivalent RVC circuit generation means applies a backward Euler method to the RVC branch circuit to calculate a parameter value of a conductor and a current source of the equivalent RVC branch circuit,
In the RVC branch adding step, the RVC branch adding means converts the elements of the Jacobian matrix and the right-hand vector corresponding to the nodes of each current source into the conductor and current of the equivalent RVC branch circuit corresponding to the current source. Replace based on source parameter values,
In the equivalent GVL branch generation step, the equivalent GVL circuit generation means applies a backward Euler method to the GVL branch voltage source to calculate the resistance of the equivalent GVL branch circuit and the parameter value of the voltage source,
In the GVL branch adding step, the GVL branch adding means converts the elements of the Jacobian matrix and the right-hand vector corresponding to the node of each voltage source into the resistance and voltage of the equivalent GVL branch circuit corresponding to the voltage source. Replace based on source parameter values,
In the node value calculating step, the node parameter calculating means is configured to determine the node of each node in the next calculating step based on the Jacobian matrix and the right side vector of the circuit equation modified in the RVC branch adding step and the GVL branch adding step. 5. The circuit operation analysis method according to claim 4, wherein the voltage and the current of the voltage definition branch are calculated.
前記コンピュータは、さらに回路方程式生成手段を備えており、
前記等価RVC枝生成ステップにおいては、前記等価RVC回路生成手段が、前記RVC枝回路に後退オイラー法を適用して、前記等価RVC枝回路のコンダクタ及び電流源のパラメータ値を算出し、
前記RVC枝追加ステップにおいては、前記RVC枝追加手段が、前記ニュートンの等価回路生成ステップにおいて生成される回路構成データに基づき、当該ニュートンの等価回路内の各電流源を前記等価RVC枝回路で置換し、
前記等価GVL枝生成ステップにおいては、前記等価GVL回路生成手段が、前記GVL枝付電圧源に後退オイラー法を適用して、前記等価GVL枝回路の抵抗及び電圧源のパラメータ値を算出し、
前記GVL枝追加ステップにおいては、前記GVL枝追加手段が、前記ニュートンの等価回路生成ステップにおいて生成される回路構成データに基づき、当該ニュートンの等価回路内の各電圧源を前記等価GVL枝回路で置換し、
前記回路方程式生成手段が、前記RVC枝追加ステップ及び前記GVL枝追加ステップにおいて修正されたニュートンの等価回路の回路構成データに基づき、修正節点法により、当該ニュートンの等価回路の回路方程式を構成するヤコビ行列及び右辺ベクトルの各要素の値を算出する回路方程式生成ステップを有し、
前記節点値算出ステップにおいては、前記節点パラメータ算出手段が、前記回路方程式生成ステップにおいて算出された回路方程式のヤコビ行列及び右辺ベクトルに基づき、次の計算ステップにおける各節点の節点電圧及び電圧定義枝の電流を算出することを特徴とする請求項4記載の回路動作解析方法。
The computer further includes circuit equation generation means,
In the equivalent RVC branch generation step, the equivalent RVC circuit generation means applies a backward Euler method to the RVC branch circuit to calculate a parameter value of a conductor and a current source of the equivalent RVC branch circuit,
In the RVC branch addition step, the RVC branch addition means replaces each current source in the Newton equivalent circuit with the equivalent RVC branch circuit based on the circuit configuration data generated in the Newton equivalent circuit generation step. And
In the equivalent GVL branch generation step, the equivalent GVL circuit generation means applies a backward Euler method to the GVL branch voltage source to calculate the resistance of the equivalent GVL branch circuit and the parameter value of the voltage source,
In the GVL branch addition step, the GVL branch addition means replaces each voltage source in the Newton equivalent circuit with the equivalent GVL branch circuit based on the circuit configuration data generated in the Newton equivalent circuit generation step. And
Based on the circuit configuration data of the Newton equivalent circuit modified in the RVC branch addition step and the GVL branch addition step, the circuit equation generation means constructs a circuit equation of the Newton equivalent circuit by a modified nodal method. A circuit equation generation step for calculating values of each element of the matrix and the right-hand side vector;
In the node value calculation step, the node parameter calculation means calculates the node voltage and voltage definition branch of each node in the next calculation step based on the Jacobian matrix and the right side vector of the circuit equation calculated in the circuit equation generation step. 5. The circuit operation analysis method according to claim 4, wherein a current is calculated.
コンピュータで実行させることにより、コンピュータを請求項1乃至3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, when executed by a computer, causes the computer to function as the circuit operation analysis device according to any one of claims 1 to 3.
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