JP2005115591A - Electronic circuit operation analysis method and device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ホモトピー法を用いて電子回路の動作解析を行う電子回路動作解析方法およびそれを用いた電子回路動作解析装置に関する。 The present invention relates to an electronic circuit operation analysis method for performing an operation analysis of an electronic circuit using a homotopy method and an electronic circuit operation analysis apparatus using the same.
従来、大規模集積回路(LSI)等の回路設計では、回路解析(回路シミュレーション)処理、即ち、電子回路を記述した非線形方程式をコンピュータによって構成された電子回路動作解析装置で解く処理が中心的作業の一つとなっている。 Conventionally, in circuit design for large scale integrated circuits (LSIs), circuit analysis (circuit simulation) processing, that is, processing for solving a nonlinear equation describing an electronic circuit with an electronic circuit operation analysis device configured by a computer has been the main work. It has become one of the.
一般に、回路解析とは回路方程式を解くことを意味するが、その回路解析の実行は、回路方程式を作ること(定式化)と、該回路法的式を数値的に解くこと(求解法)の2つのプロセスに分けることができる。定式化の方法としては修正節点解法、タブロー法等があり又、求解法としては、ニュートン法、ホモトピー法等が知られている。 In general, circuit analysis means solving a circuit equation, but execution of the circuit analysis involves making a circuit equation (formulation) and numerically solving the circuit formula (solution method). It can be divided into two processes. As a formulation method, there are a modified nodal solution method, a tableau method, and the like. As a solution method, a Newton method, a homotopy method, and the like are known.
従来から、SPICEと称されニュートン−ラフソン法を用いて回路解析を行う回路シミュレータが世界中の回路設計現場で採用されているが、ニュートン−ラフソン法は必ずうまく解析できる(大域的収束性という。)数値解析技法ではないため必ずしも解が求められない(非収束という。)という問題がある。このような非収束性問題は、LSI設計におけるボトルネックとなっている。 Conventionally, circuit simulators called SPICE that perform circuit analysis using the Newton-Raphson method have been adopted at circuit design sites around the world, but the Newton-Raphson method can always be analyzed well (referred to as global convergence). ) Because it is not a numerical analysis technique, there is a problem that a solution is not necessarily obtained (called non-convergence). Such a non-convergence problem is a bottleneck in LSI design.
この問題を解決するために、大域的収束が可能な数値解析技法として、ホモトピー法と称される数値解析技法が研究されている(特許文献1、非特許文献1参照)。 In order to solve this problem, a numerical analysis technique called a homotopy method has been studied as a numerical analysis technique capable of global convergence (see Patent Document 1 and Non-Patent Document 1).
ホモトピー法とは、非線形方程式の数値解析技法の一つで、大域的収束性を保証する非常に強力な手法である。その原理は、初期解(初期値)が簡単に解る補助方程式から出発してその方程式を解くべき元の方程式まで連続変形して、最終的に解くべき元の方程式の解に到達するというものである。ホモトピー法では、ホモトピー関数の構成の仕方により様々な手法が知られているが、ニュートン不動点ホモトピー法を用いる手法が比較的効率がよいとされている(非特許文献2参照)。 The homotopy method is one of the numerical analysis techniques for nonlinear equations, and is a very powerful method that guarantees global convergence. The principle is that the initial solution (initial value) starts from an auxiliary equation that is easy to solve, continuously transforms to the original equation to be solved, and finally reaches the solution of the original equation to be solved. is there. In the homotopy method, various methods are known depending on the configuration of the homotopy function, but the method using the Newton fixed point homotopy method is said to be relatively efficient (see Non-Patent Document 2).
ホモトピー法において、初期値を真の解により近い点に選ぶことができれば、計算効率は格段に向上すると期待することができる。しかし、ホモトピー法で大域的収束性を保証するためには、その初期値として取り得る領域に厳しい制限がつけられている(非特許文献3参照)。 In the homotopy method, if the initial value can be selected to a point closer to the true solution, it can be expected that the calculation efficiency will be greatly improved. However, in order to guarantee the global convergence by the homotopy method, a strict limit is imposed on the area that can be taken as the initial value (see Non-Patent Document 3).
したがって、一般に、ホモトピー法では、大域的収束性を保証するために、初期値は真の解とは無関係な0(原点)から出発するようにしている(非特許文献2参照)。そのため、大域的収束性は保証されても、真の解に到達するまでの解析処理に要する計算の手間は非常に大きくなるという問題がある。 Therefore, in general, in the homotopy method, the initial value starts from 0 (origin) that is unrelated to the true solution in order to guarantee global convergence (see Non-Patent Document 2). Therefore, even if global convergence is guaranteed, there is a problem that the labor of calculation required for the analysis processing until reaching the true solution becomes very large.
ホモトピー法を用いた電子回路動作解析方法の研究は、(i)ホモトピーを構成するホモトピー関数、(ii)初期値の設定、(iii)解曲線の追跡、の3つに大別される。このうち、(ii)については、前記非特許文献3を除いて、これまでは殆ど研究がなされておらず、最近の研究で理論面から新たな検討がなされ、初期値設定に関する新たな可能性が示唆された(非特許文献4参照)。
しかしながら、前記非特許文献4においては、具体的なアルゴリズムに関して何ら開示されておらず又、示唆すらなされていない。 However, Non-Patent Document 4 does not disclose or suggest any specific algorithm.
本発明は、ホモトピー法を用いて電子回路の動作解析を行う電子回路動作解析方法において、初期値の設定を工夫することにより、大域的収束性を保証すると共に回路解析処理効率を向上し得るようにすることを課題としている。 In the electronic circuit operation analysis method for analyzing the operation of an electronic circuit using the homotopy method, it is possible to guarantee the global convergence and improve the circuit analysis processing efficiency by devising the initial value setting. The challenge is to make it.
本発明によれば、電子回路を構成する各電子部品の特性とその接続関係を表すネットリスト情報に基づいて非線形関数を含む回路方程式を構築する構築工程と、補助方程式を連続変形して前記回路方式を解く求解工程とを備え、前記電子回路の動作解析を行う電子回路動作解析方法において、前記構築工程は、前記ネットリスト情報に基づき、回路方程式を構築する回路方程式構築工程を含み、前記求解工程は、補助方程式を構成するトランジスタの枝電圧の初期値を前記トランジスタの能動領域に設定すると共に、前記枝電圧の初期値が前記補助方程式の一意解となるように前記補助方程式に含まれる項の係数を設定し、前記枝電圧の初期値を用いて前記補助方程式を解くことによって前記トランジスタ以外の枝電圧成分の解を求めることによりホモトピー法の初期値を得る初期値設定工程と、前記回路方程式及び補助方程式を用いてホモトピー方程式を構築するホモトピー構築工程と、前記ホモトピー方程式の解曲線を追跡することによって前記回路方程式の解を求める追跡工程とを含むことを特徴とする電子回路動作解析方法が提供される。 According to the present invention, the construction step of constructing a circuit equation including a nonlinear function based on the netlist information representing the characteristics of each electronic component constituting the electronic circuit and its connection relation, and the auxiliary equation is continuously deformed and the circuit An electronic circuit operation analysis method for analyzing the operation of the electronic circuit, wherein the construction step includes a circuit equation construction step for constructing a circuit equation based on the netlist information, The step includes setting an initial value of a branch voltage of a transistor constituting the auxiliary equation in an active region of the transistor, and a term included in the auxiliary equation so that the initial value of the branch voltage becomes a unique solution of the auxiliary equation. The solution of the branch voltage component other than the transistor is obtained by solving the auxiliary equation using the initial value of the branch voltage. The initial value setting step for obtaining the initial value of the homotopy method, the homotopy construction step for constructing the homotopy equation using the circuit equation and the auxiliary equation, and the solution of the circuit equation by tracing the solution curve of the homotopy equation An electronic circuit operation analysis method is provided, including a desired tracking step.
構築工程における回路方程式構築工程では、ネットリスト情報に基づき、回路方程式を構築する。求解工程では、初期値設定工程において、補助方程式を構成するトランジスタの枝電圧の初期値を前記トランジスタの能動領域に設定すると共に、前記枝電圧の初期値が前記補助方程式の一意解となるように前記補助方程式に含まれる項の係数を設定し、前記枝電圧の初期値を用いて前記補助方程式を解くことによって前記トランジスタ以外の枝電圧成分の解を求めることにより前記補助方程式の初期値を得、ホモトピー構築工程において、前記回路方程式及び補助方程式を用いてホモトピー方程式を構築し、追跡工程において、前記ホモトピー方程式の解曲線を追跡することによって前記回路方程式の解を求める。 In the circuit equation construction step in the construction step, a circuit equation is constructed based on the netlist information. In the solving step, in the initial value setting step, the initial value of the branch voltage of the transistor constituting the auxiliary equation is set in the active region of the transistor, and the initial value of the branch voltage is a unique solution of the auxiliary equation. An initial value of the auxiliary equation is obtained by setting a coefficient of a term included in the auxiliary equation and obtaining a solution of a branch voltage component other than the transistor by solving the auxiliary equation using the initial value of the branch voltage. In the homotopy construction step, the homotopy equation is constructed using the circuit equation and the auxiliary equation, and in the tracking step, the solution of the circuit equation is obtained by tracing the solution curve of the homotopy equation.
ここで、前記初期値設定工程は、前記トランジスタの枝電圧の初期値の値を持つ電圧源を前記トランジスタに並列接続することによって前記トランジスタの能動領域に設定して前記トランジスタ以外の部分の枝電圧を求めることにより、前記トランジスタの枝電圧及び前記トランジスタ以外の部分の枝電圧を前記補助方程式の初期値とするように構成してもよい。 Here, in the initial value setting step, a voltage source having an initial value of the branch voltage of the transistor is connected in parallel to the transistor to set the active region of the transistor, and the branch voltage of a portion other than the transistor Thus, the branch voltage of the transistor and the branch voltage of the portion other than the transistor may be set as the initial values of the auxiliary equation.
また、前記トランジスタにはバイポーラトランジスタ及び電解効果トランジスタの少なくとも一方が含まれるように構成してもよい。 The transistor may include at least one of a bipolar transistor and a field effect transistor.
また、前記ホモトピー方程式には、少なくとも前記回路方程式を構成する関数f(x)と不動点ホモトピー項を含むように構成してもよい。
また、前記回路方程式は、修正節点解法により構築するように構成してもよい。
The homotopy equation may include at least a function f (x) constituting the circuit equation and a fixed point homotopy term.
The circuit equation may be constructed by a modified nodal solution.
尚、トランジスタの能動領域とは次のような動作領域及びその近傍をいう。つまり、バイポーラトランジスタの場合、エミッタベース接合が順バイアス、かつコレクタベース接合が実質的に非順バイアスとなる領域をいう。また、電解効果トランジスタ(例えばnチャネル型)の場合、ゲートソース電圧がしきい値Vt以上、かつゲートドレイン電圧がVt未満となる領域をいう。 The active region of the transistor means the following operation region and its vicinity. That is, in the case of a bipolar transistor, it refers to a region where the emitter base junction is forward biased and the collector base junction is substantially non-forward biased. In the case of a field effect transistor (eg, an n-channel transistor), it refers to a region where the gate source voltage is equal to or higher than the threshold value Vt and the gate drain voltage is lower than Vt.
本発明によれば、ホモトピー法を用いた電子回路解析方法において、真の解により近い点を初期値として選ぶことが可能になるため、大域的収束性を保証すると共に回路解析処理の効率を向上させることが可能になる。 According to the present invention, in an electronic circuit analysis method using the homotopy method, a point closer to the true solution can be selected as an initial value, so that global convergence is ensured and circuit analysis processing efficiency is improved. It becomes possible to make it.
以下、本発明の実施の形態に係る電子回路動作解析方法について図面を用いて説明する。尚、本実施の形態では、ニュートン不動点ホモトピー法を用いて電子回路の動作解析を行っている。 Hereinafter, an electronic circuit operation analysis method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In this embodiment, the operation analysis of the electronic circuit is performed using the Newton fixed point homotopy method.
図1は、本発明の実施の形態に係る電子回路動作解析方法に用いる電子回路動作解析装置のブロック図であり、電子回路動作解析装置はコンピュータ100によって構成されている。
FIG. 1 is a block diagram of an electronic circuit operation analysis apparatus used in an electronic circuit operation analysis method according to an embodiment of the present invention, and the electronic circuit operation analysis apparatus is configured by a
図1において、コンピュータ100によって構成された半導体集積回路設計装置は、キーボードやマウス等によって構成され入力手段を構成する入力装置101、電子回路動作解析手段を構成する中央処理装置(CPU)102、表示手段を構成する表示装置103、半導体メモリによって構成された主記憶装置104、磁気ディスクによって構成された外部記憶装置105を備えている。
In FIG. 1, a semiconductor integrated circuit design apparatus constituted by a
外部記憶装置105内には、解析対象の電子回路を構成する各電子部品の特性とその接続関係を表すネットリスト情報を予め記憶したネットリスト情報記憶部106を有している。
The
外部記憶装置105は、CPU102が実行する電子回路動作解析処理用のプログラムも記憶している。主記憶装置104及び外部記憶装置105は記憶手段を構成している。
The
図2は、本実施の形態に係る電子回路動作解析方法を示すフローチャートであり、コンピュータ100が、外部記憶装置105に予め記憶した電子回路動作解析処理用プログラムを主記憶装置104に展開し、該プログラムを実行することにより行う処理を示している。
FIG. 2 is a flowchart showing an electronic circuit operation analysis method according to the present embodiment. The
図3は、本実施の形態に係る電子回路動作解析方法を説明するための説明図である。 FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining the electronic circuit operation analysis method according to the present embodiment.
以下、図1〜図3を用いて、本実施の形態に係る電子回路動作解析方法の処理内容について説明する。 Hereinafter, the processing content of the electronic circuit operation analysis method according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.
先ず、図1及び図2を用いて本実施の形態の概要を説明する。 First, the outline of the present embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
ユーザ(例えば、半導体集積回路の設計者)が入力装置101を操作すると、コンピュータ100は外部記憶装置105のネットリスト情報記憶部106に予め記憶しておいたネットリスト情報を主記憶装置104に読み込む。
When a user (for example, a semiconductor integrated circuit designer) operates the
次に、コンピュータ100は、解析対象の電子回路を構成する各電子部品の特性とその接続関係を表すネットリスト情報に基づいて非線形関数を含む回路方程式を構築する構築工程を実行する。前記構築工程においては、前記構築工程に含まれる初期回路方程式構築工程により、前記ネットリスト情報に基づき、修正節点解法で、解くべき元の回路方程式f(x)=0を構築する(ステップS201)。本実施の形態では、前記解析対象の電子回路には非線形素子、例えば、バイポーラトランジスタが含まれているため、前記回路方程式には非線形関数が含まれることになる。
Next, the
次に、コンピュータ100は、補助方程式を用いて前記回路方式を解く求解工程を実行する(ステップS202〜S207)。
Next, the
具体的には、先ず、前記回路方程式を構成する関数f(x)を用いて補助関数f0(x)を構成して、補助方程式f0(x)=0を構成する(ステップS202)。ステップS202は補助方程式構築工程を構成している。 Specifically, first, the auxiliary function f 0 (x) is configured using the function f (x) configuring the circuit equation, and the auxiliary equation f 0 (x) = 0 is configured (step S202). Step S202 constitutes an auxiliary equation construction process.
次に、補助方程式を構成するトランジスタの枝電圧の初期値を前記トランジスタの能動領域における所定の値に設定すると共に、前記初期値が補助方程式の一意解となるように前記補助方程式に含まれる項の係数を設定し、前記補助方程式を解くことによって前記トランジスタ以外の部分の枝電圧の解ベクトル成分を求めることにより、ホモトピー法の初期値x0即ち、前記トランジスタの枝電圧及び前記トランジスタ以外の部分の枝電圧の初期値x0を設定する(ステップS203)。ステップS203は初期値設定工程を構成している。 Next, the initial value of the branch voltage of the transistor constituting the auxiliary equation is set to a predetermined value in the active region of the transistor, and the term included in the auxiliary equation so that the initial value becomes a unique solution of the auxiliary equation The solution vector component of the branch voltage of the part other than the transistor is obtained by solving the auxiliary equation, thereby obtaining the initial value x 0 of the homotopy method, that is, the branch voltage of the transistor and the part other than the transistor setting the initial value x 0 of the branch voltage (step S203). Step S203 constitutes an initial value setting step.
次に、前記回路方程式及び前記初期値を使用した補助方程式を用いてホモトピー関数h(x,t)を構成して、ホモトピー方程式h(x,t)=0を構成する(ステップS204)。ステップS204はホモトピー構築工程を構成している。 Next, the homotopy function h (x, t) = 0 is constructed by using the circuit equation and the auxiliary equation using the initial value, and the homotopy equation h (x, t) = 0 is constructed (step S204). Step S204 constitutes a homotopy construction step.
次に、t=0,x=x0を出発点として、前記ホモトピー方程式の解曲線をt=1を目指して追跡する(ステップS205)。 Next, as a starting point t = 0, x = x 0 , the solution curves of the homotopy equation track aims to t = 1 (step S205).
t=1に到達した場合には(ステップS206)、求解に成功したということであり、前記回路方程式f(x)=0の解を保存・出力して(例えば、外部記憶装置105に記憶して、あるいは、表示装置103に出力することによって表示装置103に表示して、又は、コンピュータ100から外部の装置へ出力して)、処理を終了する(ステップS207)。このようにして、解析対象の電子回路の直流動作点(例えば電子回路に含まれる各トランジスタのコレクタ電圧やコレクタ電流の値等)の解析が行われたり、前記直流動作点における小信号交流等価回路のパラメータの算出など、種々の電子回路の動作解析が行われる。
When t = 1 is reached (step S206), it means that the solution has been successfully found, and the solution of the circuit equation f (x) = 0 is saved and output (for example, stored in the external storage device 105). Alternatively, the data is displayed on the
一方、ステップS206において、t=1に到達せずにt=0戻ってしまった場合には求解に失敗したということであり、この場合には処理を終了する。但し、本手法では前述のごとく初期解の一意性が満足されるので、原理的にはt=0に戻ることはない。尚、ステップS205〜S207は、前記ホモトピー方程式の解曲線追跡することによって前記回路方程式の解を求める追跡工程を構成している。 On the other hand, in step S206, if t = 1 is returned without reaching t = 1, it means that the solution has failed, and in this case, the process is terminated. However, in this method, since the uniqueness of the initial solution is satisfied as described above, in principle, it does not return to t = 0. Steps S205 to S207 constitute a tracking step for obtaining a solution of the circuit equation by tracing the solution curve of the homotopy equation.
以上のように、本実施の形態に係る電子回路動作解析方法は、電子回路を構成する各電子部品の特性とその接続関係を表すネットリスト情報に基づいて非線形関数を含む回路方程式を構築する構築工程と、補助方程式を連続変形して前記回路方式を解く求解工程とを備え、前記電子回路の動作解析を行う電子回路動作解析方法において、前記構築工程は、ネットリスト情報記憶部106に記憶したネットリスト情報に基づき、回路方程式を構築する回路方程式構築工程(ステップS201)を含み、前記求解工程は、補助方程式を構成するトランジスタの枝電圧の初期値を前記トランジスタの能動領域に設定すると共に、前記枝電圧の初期値が前記補助方程式の一意解となるように前記補助方程式に含まれる項の係数を設定し、前記枝電圧の初期値を用いて前記補助方程式を解くことによって前記トランジスタ以外の枝電圧成分の解を求めることによりホモトピー法の初期値を得る初期値設定工程(ステップS203)と、前記回路方程式及び前記初期値を使用した補助方程式を用いてホモトピー方程式を構築するホモトピー構築工程(ステップS204)と、前記ホモトピー方程式の解曲線を追跡することによって前記回路方程式の解を求める追跡工程(ステップS205〜S207)とを含むように構成されている。
As described above, the electronic circuit operation analysis method according to the present embodiment is configured to construct a circuit equation including a non-linear function based on the netlist information indicating the characteristics of each electronic component constituting the electronic circuit and the connection relationship thereof. And an electronic circuit operation analysis method for analyzing the operation of the electronic circuit, the construction step stored in the netlist
このように、真の解により近い点、具体的には、補助方程式を構成するトランジスタの枝電圧の初期値を、前記トランジスタの能動領域における所定の値に選ぶため、解くべき回路方程式の初期値をより真の解に近い点に設定することができ、大域的収束性を保証すると共に回路解析処理の効率を向上させることが可能になる。 In this way, a point closer to the true solution, specifically, the initial value of the circuit equation to be solved is selected in order to select the initial value of the branch voltage of the transistor constituting the auxiliary equation as a predetermined value in the active region of the transistor. Can be set to a point closer to the true solution, and it is possible to guarantee the global convergence and to improve the efficiency of the circuit analysis processing.
次に、図2における各処理を詳細に説明する。 Next, each process in FIG. 2 will be described in detail.
先ず、ステップS201の初期回路方程式構築工程において、解くべき非線形回路方程式として、次式の回路方程式を構築する。 First, in the initial circuit equation construction step in step S201, the following circuit equation is constructed as a nonlinear circuit equation to be solved.
f(x)=0,f(・);Rn→Rn
実用的な修正節点解法では、fは次のように表されることが知られている。
f (x) = 0, f (·); R n → R n
In a practical modified nodal solution, it is known that f is expressed as follows.
fg(v,i)=Dgg(Dg Tv)+DEi+J
fE(v) =DE Tv−E
ここで、f=(fg,fE)T,fg:Rn→RN,fE:RN→RM,x=(v,i)T∈Rn,n=N+Mである。変数ベクトルv∈RNは節点電圧を、i∈RMは独立電圧源の枝を流れる枝電流を表す。また、g:RK→RKは電圧制御電流源(VCCS)型の連続関数で、E∈RMは独立電圧源の電圧ベクトル,J∈RNは節点電流源の電流ベクトルである。更に、Dgはgの枝に対するN×M既約接続行列、DEは独立電圧源の枝に対するN×M既約接続行列である。バイポーラトランジスタ回路では、枝gを構成する各トランジスタの枝gq:R2→R2の枝電圧vq=(ve,vc)Tと枝電流iq=(ie,ic)TはEbers−Mollモデルを用いて次のように表される。
f g (v, i) = D g g (D g T v) + D E i + J
f E (v) = D E T v−E
Here, f = (f g , f E ) T , f g : R n → R N , f E : R N → R M , x = (v, i) T ∈R n , n = N + M. The variable vector V∈R N is node voltages, i∈R M represents a branch current flowing in the branch of the independent voltage source. Further, g: R K → R K is a continuous function of the voltage controlled current source (VCCS) type, E∈R M is the voltage vector of the independent voltage source, the J∈R N is a current vector of the node current source. Furthermore, D g is an N × M irreducible connection matrix for the branches of g, and D E is an N × M irreducible connection matrix for the branches of the independent voltage source. The bipolar transistor circuit, branches of the transistors constituting the branch g g q: branch voltages of R 2 → R 2 v q = (v e, v c) T and the branch current i q = (i e, i c) T Is expressed using the Ebers-Moll model as follows.
一般に、ホモトピー法では、先ず、既知解x0を持つ補助方程式f0(x)=0を用意する。そして、補助関数f0(x)をf(x)まで連続的に変形するために、ホモトピーパラメータt∈[0,1]を導入して、ホモトピー関数h(x,t)=tf(x)+(1−t)f0(x)を構成する。次に、ホモトピー方程式h(x,t)=0,h:Rn+1→Rnの解曲線をt=0の既知解(x0,0)から出発して追跡し、t=1超平面(x*,1)に到達すれば、そのときのx*が元の解くべき回路方程式f(x)=0の解となる。 In general, the homotopy method, first, a supplementary equations f 0 (x) = 0 with a known solution x 0. Then, in order to continuously transform the auxiliary function f 0 (x) to f (x), a homotopy parameter tε [0,1] is introduced, and the homotopy function h (x, t) = tf (x) + (1-t) f 0 (x) is constructed. Next, the solution curve of the homotopy equation h (x, t) = 0, h: R n + 1 → R n is traced starting from the known solution (x 0 , 0) at t = 0, and the t = 1 hyperplane ( When x * , 1) is reached, x * at that time becomes the solution of the original circuit equation f (x) = 0 to be solved.
本実施の形態では、ステップS202の補助方程式構築工程において、次の補助関数f0(x)を構築する。 In the present embodiment, the following auxiliary function f 0 (x) is constructed in the auxiliary equation construction step of step S202.
f0(x)=f(x)−f(x0)+A(x−x0)
ここで、Aは、diag(DgGFPDg T,−RFP1M)で表されるn×nマトリクスである。また、GFP∈RK×Kは準正値コンダクタンス対角行列、RFPは正のスカラ値(正抵抗)、1MはM×M単位行列を表している。
f 0 (x) = f (x) −f (x 0 ) + A (x−x 0 )
Here, A is an n × n matrix represented by diag (D g G FP D g T , −R FP 1 M ). Further, G FP ∈R K × K represents a quasi-positive conductance diagonal matrix, R FP represents a positive scalar value (positive resistance), and 1 M represents an M × M unit matrix.
この場合、補助方程式におけるトランジスタ周りの等価回路は、図3の複合トランジスタのように表される。ここで複合トランジスタとは、端子電圧と電流をVE、VC、IE、ICとする一つのトランジスタとみなしたものをいう。図3において、GEはトランジスタQのエミッタ・ベース間に接続されたコンダクタンス、GCはトランジスタQのコレクタ・ベース間に接続されたコンダクタンスであり、各々、マトリクスA中のGFPに含まれるコンダクタンスを表している。 In this case, an equivalent circuit around the transistor in the auxiliary equation is expressed as a composite transistor in FIG. Here, the composite transistor refers to a transistor regarded as one transistor whose terminal voltage and current are V E , V C , I E , and I C. In FIG. 3, G E conductance connected between the emitter and base of the transistor Q, G C is a conductance connected between the collector and base of the transistor Q, respectively, conductance contained in G FP in the matrix A Represents.
次に、ステップS203の初期値設定工程において、補助方程式f0(x)=0の初期値x0を設定する。 Next, in the initial value setting step in step S203, an initial value x0 of the auxiliary equation f 0 (x) = 0 is set.
この場合、補助方程式を構成する全てのトランジスタの枝電圧vqの初期値vq 0を前記各トランジスタの能動領域における所定の値(例えば、pnpトランジスタの場合にはエミッタ・ベース間電圧ve=0.7v、コレクタ・ベース間電圧vc=0v、npnトランジスタの場合にはエミッタ−ベース間電圧ve=−0.7v、コレクタ−ベース間電圧vc=0v)に設定すると共に、前記枝電圧の初期値が前記補助方程式の一意解となるように前記補助方程式に含まれる項の係数GFPを設定し、前記補助方程式を解くことによって前記トランジスタ以外の部分の枝電圧の初期値を求めることにより、前記トランジスタの枝電圧及び前記トランジスタ以外の部分の枝電圧を初期値x0として設定する。 In this case, the initial value v q 0 of the branch voltage v q of all the transistors constituting the auxiliary equation is set to a predetermined value in the active region of each transistor (for example, in the case of a pnp transistor, the emitter-base voltage v e = 0.7v, collector-base voltage v c = 0v, and in the case of an npn transistor, the emitter-base voltage v e = −0.7v and the collector-base voltage v c = 0v). The coefficient G FP of the term included in the auxiliary equation is set so that the initial value of the voltage becomes a unique solution of the auxiliary equation, and the initial value of the branch voltage of the part other than the transistor is obtained by solving the auxiliary equation. it allows to set the branch voltages and branch voltage portion other than the transistor of the transistor as the initial value x 0.
このとき、図3の複合トランジスタにおいて、コンダクタンスGE、GCの値を初期値vq 0とトランジスタの特性に応じて所定値以上の値にすれば、枝gは狭義受動性が満たされることが知られており、したがって、前記補助方程式に含まれる項の係数GFPを所定値以上にすれば、初期値が前記補助方程式の一意解となる。よって、初期値が前記補助方程式の一意解となるように、前記補助方程式に含まれる項(後述する不動点ホモトピー項)の係数GFPを所定値に設定する、即ち、図3のコンダクタンスGE、GCを各トランジスタの特性によって定まる所定値以上の値に設定する。 In this case, in the composite transistor of FIG. 3, if the conductances G E and G C are set to a value equal to or larger than the initial value v q 0 and a predetermined value according to the characteristics of the transistor, the branch g satisfies the narrow passivity. Therefore, if the coefficient G FP of the term included in the auxiliary equation is set to a predetermined value or more, the initial value becomes a unique solution of the auxiliary equation. Therefore, the coefficient G FP of a term (fixed point homotopy term described later) included in the auxiliary equation is set to a predetermined value so that the initial value becomes a unique solution of the auxiliary equation, that is, the conductance G E of FIG. sets G C to a predetermined value or more value determined by the characteristics of the transistors.
尚、補助方程式を構成する全てのトランジスタの枝電圧vqの初期値vq 0を前記各トランジスタの能動領域における所定の値に設定する方法としては、各トランジスタの枝電圧の初期値の値を持つ電圧源を等価的に各トランジスタに並列接続(トランジスタのエミッタ・ベース間、コレクタ・ベース間に接続)することによって前記トランジスタの能動領域に設定することができる。 As a method of setting the initial value v q 0 of the branch voltage v q of all the transistors constituting the auxiliary equation to a predetermined value in the active region of each transistor, the value of the initial value of the branch voltage of each transistor is set as follows. The voltage source can be equivalently connected in parallel to each transistor (connected between the emitter and base of the transistor, and connected between the collector and base), so that the active region of the transistor can be set.
次に、ステップS204のホモトピー構築工程において、ホモトピー関数h(x,t)を構築する。このとき構築されるホモトピー関数h(x,t)は、h(x,t)=f(x)−(1−t)f(x0)+(1−t)A(x−x0)である。このように、本実施の形態ではホモトピー関数として、回路方程式を構成する関数f(x)の項と(1−t)A(x−x0)(不動点ホモトピー項と称す。)を少なくとも含むホモトピー関数を用いている。 Next, a homotopy function h (x, t) is constructed in the homotopy construction step of step S204. The homotopy function h (x, t) constructed at this time is h (x, t) = f (x) − (1−t) f (x 0 ) + (1−t) A (x−x 0 ). It is. As described above, in this embodiment, the homotopy function includes at least the term of the function f (x) constituting the circuit equation and (1-t) A (x−x 0 ) (referred to as a fixed point homotopy term). A homotopy function is used.
次に、ステップS205〜S207の追跡工程において、t=0,x=x0を出発点として、前記ホモトピー方程式の解曲線をt=1を目指して追跡して解が求められ、得られた解等を保存し、あるいは出力する。 Next, the tracking process of step S205 to S207, as a starting point t = 0, x = x 0 , a solution is obtained the solution curve of the homotopy equation to track the aim of t = 1, the resulting solution Save or output etc.
以上のように、本実施の形態では、初期値を真の解に近い所定値に設定してホモトピー方程式の解曲線を追跡するように構成しているため、真の解に近い点を出発点とすることができ、初期値から真の解に辿り着くまでの解析処理効率を向上させることが可能になる。また、複合トランジスタにおけるコンダクタンス値を大きくすることにより、ホモトピー法の大域的収束性を保証することが可能になる。 As described above, in the present embodiment, the initial value is set to a predetermined value close to the true solution and the solution curve of the homotopy equation is traced, so the point close to the true solution is the starting point. It is possible to improve the analysis processing efficiency from the initial value to the arrival of the true solution. Further, by increasing the conductance value in the composite transistor, it becomes possible to guarantee the global convergence of the homotopy method.
ニュートン不動点ホモトピー法を用いた電子回路動作解析方法のみならず、ホモトピー関数として、回路方程式を構成する関数f(x)の項と不動点ホモトピー項を少なくとも含むホモトピー関数を用いた電子回路動作解析方法にも適用可能である。更に、不動点ホモトピー項として、A(x−x0)のような線形関数のみならず、一般にfA(x)−fA(x0)の形式の非線形関数に対しても適用可能である。 Electronic circuit behavior analysis using not only electronic circuit behavior analysis method using Newton fixed point homotopy method, but also homotopy function using homotopy function including at least the term of function f (x) constituting circuit equation and fixed point homotopy term It is also applicable to the method. Furthermore, the fixed point homotopy term is applicable not only to a linear function such as A (x−x 0 ) but also to a nonlinear function generally in the form of f A (x) −f A (x 0 ). .
また、回路方程式の定式化手法として、修正節点解法を例にとって説明したが、他の定式化手法にも適用可能である。 Further, although the modified nodal solution method has been described as an example of the circuit equation formulation method, the present invention can also be applied to other formulation methods.
また、解析対象の電子回路が電解効果トランジスタを含む場合にも、バイポーラトランジスタの場合と同様の手法により回路動作の解析が可能である。 Further, even when the electronic circuit to be analyzed includes an electrolytic effect transistor, the circuit operation can be analyzed by the same method as in the case of the bipolar transistor.
100・・・コンピュータ
101・・・入力手段を構成する入力装置
102・・・電子回路動作解析手段を構成するCPU
103・・・表示手段を構成する表示装置
104・・・記憶手段を構成する主記憶装置
105・・・記憶手段を構成する外部記憶装置
106・・・ネットリスト情報記憶部
DESCRIPTION OF
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記構築工程は、前記ネットリスト情報に基づき、回路方程式を構築する回路方程式構築工程を含み、
前記求解工程は、補助方程式を構成するトランジスタの枝電圧の初期値を前記トランジスタの能動領域に設定すると共に、前記枝電圧の初期値が前記補助方程式の一意解となるように前記補助方程式に含まれる項の係数を設定し、前記枝電圧の初期値を用いて前記補助方程式を解くことによって前記トランジスタ以外の枝電圧成分の解を求めることによりホモトピー法の初期値を得る初期値設定工程と、前記回路方程式及び補助方程式を用いてホモトピー方程式を構築するホモトピー構築工程と、前記ホモトピー方程式の解曲線を追跡することによって前記回路方程式の解を求める追跡工程とを含むことを特徴とする電子回路動作解析方法。 A construction step of constructing a circuit equation including a nonlinear function based on netlist information representing the characteristics of each electronic component constituting the electronic circuit and its connection relationship; and a solution step of solving the circuit method by continuously deforming the auxiliary equation; In an electronic circuit operation analysis method for analyzing the operation of the electronic circuit,
The construction step includes a circuit equation construction step of constructing a circuit equation based on the netlist information,
The solving step includes setting an initial value of a branch voltage of a transistor constituting the auxiliary equation in an active region of the transistor and including the initial value of the branch voltage in the auxiliary equation so that the initial value becomes a unique solution of the auxiliary equation. An initial value setting step of obtaining an initial value of the homotopy method by obtaining a solution of a branch voltage component other than the transistor by solving the auxiliary equation using the initial value of the branch voltage, An electronic circuit operation comprising: a homotopy construction step of constructing a homotopy equation using the circuit equation and the auxiliary equation; and a tracking step of obtaining a solution of the circuit equation by tracking a solution curve of the homotopy equation analysis method.
前記構築手段は、前記ネットリスト情報に基づき、回路方程式を構築する回路方程式構築手段を備え、
前記求解手段は、補助方程式を構成するトランジスタの枝電圧の初期値を前記トランジスタの能動領域に設定すると共に、前記枝電圧の初期値が前記補助方程式の一意解となるように前記補助方程式に含まれる項の係数を設定し、前記枝電圧の初期値を用いて前記補助方程式を解くことによって前記トランジスタ以外の枝電圧成分の解を求めることによりホモトピー法の初期値を得る初期値設定手段と、前記回路方程式及び補助方程式を用いてホモトピー方程式を構築するホモトピー構築手段と、前記ホモトピー方程式の解曲線を追跡することによって前記回路方程式の解を求める追跡手段とを備えることを特徴とする電子回路動作解析装置。 Netlist information storage means for storing netlist information representing the characteristics of each electronic component constituting the electronic circuit and its connection relationship; construction means for constructing a circuit equation including a nonlinear function based on the netlist information; and auxiliary An electronic circuit operation analysis apparatus for analyzing the operation of the electronic circuit, comprising solving means for solving the circuit system by continuously deforming an equation,
The construction means comprises circuit equation construction means for constructing a circuit equation based on the netlist information,
The solving means sets an initial value of a branch voltage of a transistor constituting the auxiliary equation in an active region of the transistor, and includes the initial value of the branch voltage in the auxiliary equation so that the initial value becomes a unique solution of the auxiliary equation. An initial value setting means for obtaining an initial value of the homotopy method by obtaining a solution of a branch voltage component other than the transistor by solving the auxiliary equation using the initial value of the branch voltage, Electronic circuit operation comprising: homotopy construction means for constructing a homotopy equation using the circuit equation and the auxiliary equation; and tracking means for obtaining a solution of the circuit equation by tracking a solution curve of the homotopy equation Analysis device.
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