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用配点法实现传输线瞬态响应的灵敏度分析

发布时间:2008/5/29 0:00:00 访问次数:469

  随着信号速度的快速增长和高速集成电路芯片尺寸的不断减小,对集成电路互连结构的分析受到越来越多人的重视。为了减少互连效应对ic性能的影响,需要对电路的参数进行优化设计,从而首先需要对电路参数进行灵敏度分析。传输线的灵敏度分析正是国内外研究的热点,如awe法、特征法。本文方法基于配点法(拟谱方法),他是继差分法和有限元法后的一种重要的求解偏微分方程的方法。将配点法应用于传输线,将带有偏导变量的状态方程组转化为简单的矩阵方程,从而直接求解相对于传输线参数和负载参数的灵敏度。原文位置

  1 传输线模型表示

  设单根传输线长为l,将电报方程中位置变量x′通过x=2x′/l-1匹配到[-1,1],则有:

   

  选择闭型的guass-lobatto求积公式xj=cos(j π/n),j=0,1,…,n作为插值点,故有:

   

 

  式中n为逼近的阶数,v(xj,s)和i(xj,s)表示传输线上xj处的电压和电流,φj(x)为加权系数:

   

  式中tn(x)=cos(ncos-1x)为chebyshev多项式。将式(2)分别代入式(1)左端:

   

 

  式中d表示以dkj为元素的(n+1)×(n+1)阶方阵,v(s) = [v(x0,s),v(x1,s),…,v(xn,s)]t,z(s) =(l/2)diag[r(x0)+sl(x0),r(x1)+sl(x1),…,r(xn)+sl(xn)];i(s)和y(s)分别与v(s)和z(s)类似。

  由于方程组(6),(7)不含有激励条件,只有平凡解,不失一般性,删去方程组(6)中的第一和最后一个方程。令vnear(s)=v(xn,s),vfar(s)=v(x0,s),inear(s)=i(xn,s),ifar(s)=-i(x0,s), 及v(s) = [v(x1,s)v(x2,s) …v(xn-1,s)]t,i(s)=[i(x1,s) i(x2,s)…i(xn-1,s)]t。令a(i:j,m:n)表示由矩阵a的第i到第j行和第m到第n列之间元素组成的子矩阵。a(i:j,m)表示矩阵a的第m列中第i到第j行之间的元素组成的列向量。故整理上述方程组可得:

   

 

  与单根传输线处理方法类似,通过配点法处理不难得到m根多导体传输线系统方程:

 

  

 

   2 建立系统电路方程进行灵敏度分析

  设一含有集总元件和k个耦合传输线子网络的线性电路π,其频域电路方程为:

   

 

  根据初始条件x0计算出x1和x1的偏导,逐步迭代计算得到整个时域灵敏度。

  3 应用实例与结论

  这种基于配点法进行传输线网络灵敏度分析的方法,只需要对传输线取少量的点,通常取7阶逼近便可达到很高的精度,与fft,nilt等方法相比,计算效率更高,适用性更强。



  随着信号速度的快速增长和高速集成电路芯片尺寸的不断减小,对集成电路互连结构的分析受到越来越多人的重视。为了减少互连效应对ic性能的影响,需要对电路的参数进行优化设计,从而首先需要对电路参数进行灵敏度分析。传输线的灵敏度分析正是国内外研究的热点,如awe法、特征法。本文方法基于配点法(拟谱方法),他是继差分法和有限元法后的一种重要的求解偏微分方程的方法。将配点法应用于传输线,将带有偏导变量的状态方程组转化为简单的矩阵方程,从而直接求解相对于传输线参数和负载参数的灵敏度。原文位置

  1 传输线模型表示

  设单根传输线长为l,将电报方程中位置变量x′通过x=2x′/l-1匹配到[-1,1],则有:

   

  选择闭型的guass-lobatto求积公式xj=cos(j π/n),j=0,1,…,n作为插值点,故有:

   

 

  式中n为逼近的阶数,v(xj,s)和i(xj,s)表示传输线上xj处的电压和电流,φj(x)为加权系数:

   

  式中tn(x)=cos(ncos-1x)为chebyshev多项式。将式(2)分别代入式(1)左端:

   

 

  式中d表示以dkj为元素的(n+1)×(n+1)阶方阵,v(s) = [v(x0,s),v(x1,s),…,v(xn,s)]t,z(s) =(l/2)diag[r(x0)+sl(x0),r(x1)+sl(x1),…,r(xn)+sl(xn)];i(s)和y(s)分别与v(s)和z(s)类似。

  由于方程组(6),(7)不含有激励条件,只有平凡解,不失一般性,删去方程组(6)中的第一和最后一个方程。令vnear(s)=v(xn,s),vfar(s)=v(x0,s),inear(s)=i(xn,s),ifar(s)=-i(x0,s), 及v(s) = [v(x1,s)v(x2,s) …v(xn-1,s)]t,i(s)=[i(x1,s) i(x2,s)…i(xn-1,s)]t。令a(i:j,m:n)表示由矩阵a的第i到第j行和第m到第n列之间元素组成的子矩阵。a(i:j,m)表示矩阵a的第m列中第i到第j行之间的元素组成的列向量。故整理上述方程组可得:

   

 

  与单根传输线处理方法类似,通过配点法处理不难得到m根多导体传输线系统方程:

 

  

 

   2 建立系统电路方程进行灵敏度分析

  设一含有集总元件和k个耦合传输线子网络的线性电路π,其频域电路方程为:

   

 

  根据初始条件x0计算出x1和x1的偏导,逐步迭代计算得到整个时域灵敏度。

  3 应用实例与结论

  这种基于配点法进行传输线网络灵敏度分析的方法,只需要对传输线取少量的点,通常取7阶逼近便可达到很高的精度,与fft,nilt等方法相比,计算效率更高,适用性更强。



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