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3.“软硬兼施”技术
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近年来,由于集成电路技术的高速发展,在一个芯片上可以集成数万乃至数十万、数百万个晶体管的电路,因而所需要进行电路模拟的电路规模十分庞大,用前面介绍的求解线性代数方程、非线性代数方程和非线性常微分方程的方法来完成如此大规模电路的电路模拟问题,在计算时间和存储容量上都无法接受。为了降低大规模集成电路的模拟时间和存储要求,人们根据大规模电路的特点提出了一些适用于大规模电路的电路模拟技术和算法,这些技术和算法大致可以分为下面几个方面。
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宏模型技术
宏模型技术是一种简化电路模型的技术。它是将大规模电路系统中的集成芯片或子模块电路等效为简化模型或端口特性模型,称之为宏模型。如,运放、乘法器、比较器、开关电源电路以及数字电路中的单元电路等等。宏模型在电性能上应当能够满足原电路的精度,结构上却比原电路要简单的多,使电路的元件数和节点数大大减小,电路方程的规模也随之降低。显然,这对于减少方程的求解时间和存储空间是十分有利的。
目前商用的电路仿真软件上已备有宏模型库和宏模型的自动生成工具,有不少电路设计人员在从事宏模型的研究工作,宏模型的种类和数量都在不断的增加。这不仅加速了大规模电路的仿真时间,也为电路的系统级模拟和电路综合优化奠定了基础。
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电路的分解技术
电路的分解技术是依据大规模电路的特点,将大规模电路的模拟问题分解为若干子电路或模块的模拟问题。这种分解技术,可以使电路结构级的分解,也可以使电路功能上的分解,或者是算法(电路方程)级的分解;当然,也可能是几种分解方法的混合应用。
(1)撕裂技术
(2)潜伏技术
(3)松弛技术
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撕裂技术是按照大规模电路是由若干子电路组成的特点,将子电路之间的连接支路(或节点)撕裂开,使整个电路分解为若干分离的小电路,通过对这些小电路的求解二获得整个电路的解。采用撕裂技术所形成的电路方程组形式上比较特殊,因而计算量要远远小于通常的电路方程求解。这实质上是一种按照电路结构进行分级的方法。
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潜伏技术
潜伏是指一些大规模电路在模拟时间区间内的某段时间里,电路中一些子电路的电压、电流变化甚小,可视为常量,称这些子电路在这段时间内处于潜伏状态。如果能判断出某个子电路子在当前时刻处于潜伏状态,就不必计算该子电路的电压、电流在此时刻的值,而用前面时刻的值代替,从而可以节省计算时间。在大规模数字电路的模拟过程中,往往在大量时间内,有大量子电路处于潜伏状态,充分利用这种潜伏特性可以使计算时间大大减少。因此,这种方法必然要对大电路进行结构级或算法级的划分。
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松弛技术
松弛技术属于算法级的分解技术,着眼于如何有效的求解电路方程。松弛技术是以经典的求解方程的松弛算法为基础,研究电路方程的非直接解法。前面所介绍的解方程方法,如高斯消去法,在求解电路方程TX=B时,是将TX=B作为一个联立方程来处理的,即方程组TX=B中的n个方程是紧密相关的,或者说是紧耦合的;只能联立求解,而不能一个一个单独求解。而松弛技术却是将紧耦合的n个方程去耦(或者说松弛),把联立求解方程变为一个一个的求解方程。这样,n个方程可能同时求解,或作并行处理;也可以更有效的利用潜伏技术。松弛技术特别适合于分析大规模MOS数字集成电路。
采用这些分解技术可以将大电路分解为若干子电路求解,从而减少计算量,此外,还有一个显著的优势是便于进行并行处理,即采用并行算法或并行计算机同时处理多个子电路,以缩短计算时间。
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