专利名称：有损耗非均匀多导体传输线瞬态响应时域分析法的制作方法
技术领域：
本发明属于电子电路信号完整性领域，涉及高速电路的电磁兼容，特别是传输线之间的耦合干扰，具体是一种有损耗非均勻多导体传输线瞬态响应时域分析法，可用于分析有损耗非均勻多导体传输线的瞬态响应，为减少电路中的互连效应提供理论指导，从而保证电路的信号完整性。
背景技术：
随着超大规模集成电路特征尺寸的减小、上升时间的缩短、集成规模的扩大以及时钟频率的提高，互连线所造成的互连效应如延迟、反射、畸变和串扰可能影响电路的性能指标，使系统变得不稳定，严重时甚至会影响电路的正常工作，因此信号互连线之间的耦合成为影响电路信号完整性以及系统整体性能的重要因素。在高速电路中互连线已不再是简单的电气连接线，而应作为具有分布参数的多导体传输线进行准确的建模和仿真。目前，对传输线进行瞬态响应分析的方法主要有以下几种快速傅立叶逆变换法(Inverse Fast Fourier Transform, IFFT)。首先在频域进行处理，求得频域传输函数；再对给定的激励波形，通过快速傅立叶变换(FFT)转换到频域，求得频域响应函数，最后通过IFFT转换至时域。该方法适于分析线性终端传输线的问题。但是，其计算量随着时间取样点的平方增长，对于时间跨度很长的信号难以求解，而且当取样点不足时，将会产生频谱混叠效应，降低计算精度。数值反拉氏交换(Numerical Inverse Laplace Transform，NILT)。首先在频域进行一定的数学处理，编制出一些数据表格，然后得出与各个部分分式相对应的指数函数波形并将其叠加后得到总的时域响应波形。NILT只对一个不太长的时间范围较为有效，延续时间较长后波形将产生相当大的误差。渐进波形估值法(Asymptotic Waveform Evaluation，AWE)。将频域内表示互连线传输特性的超越函数通过I^ade逼近以及模式匹配(Moment Matching)，近似表述为一定阶次的有理分式或展开为一定数量的部分分式和，再转换为时域。这一方法的缺点在于模式匹配的模型难以保证其稳定性，并且这种方法不易预测达到所需精度而需要的匹配模式数。特征法(Method of Characteristics，MoC)。将偏微分方程在特征线范围内按常微分方程的形式求解，具有较强的功能，特别适用于分析无耗传输线。该方法对时延较长的传输线的仿真效率很高。然而该方法不能保证宏模型的无源性。矩阵有理逼近法(MatrixRational Approximation, MRA)。通过 I^ade 逼近来得到指数矩阵的有理近似表达式，将电波方程直接转化为时域宏模型，能有效地分析均勻传输线，并能保证宏模型的无源性。但是，在分析时延较长的互连线时，通常需要很高阶数的近似才能满足计算精度的要求，从而影响了计算的效率。时域有限差分法(Finite Difference Time Domain, FDTD)。FDTD 是一种直接的时域方法，将电波方程的时间和空间微分用中心差分来近似，得到一系列时间和空间离散的电压和电流采样点，然后采用相互迭代的方式进行求解。在分析多导体传输线的瞬态响应时，该方法具有简洁性和通用性的特点。但是，其计算结果由于采用中心差分方法产生振荡，此振荡问题可能影响瞬态响应分析的准确性，产生错误的瞬态分析结果，严重时甚至会导致分析结果发散，无法对传输线的瞬态响应进行分析。
发明内容
本发明的目的在于针对上述FDTD法分析有损耗非均勻多导体传输线瞬态响应的边缘振荡问题，提出一种运算量减小、仿真效率较高和较长时段有效的有损耗非均勻多导体传输线瞬态响应时域分析法，通过仿真得到传输线上任意点的电压和电流瞬态准确值， 进而得到能够消除边缘振荡的电压和电流瞬态响应波形。 在分布参数电路理论中，传输线的参数是以每单位长度的电路参数来表示的。用线间分布电容来反映沿传输线周围空间分布的电场的储能特性，所述的线间分布电容是单位长度线段的两导线间的电容；用沿线的分布电感来反映沿传输线周围空间分布的磁场的储能特性，所述的沿线分布电感是单位长度线段上的电感；由于电流流过金属导体而引发热损耗的现象存在于传输线的整个长度上，用以反映这一过程的电路参数是沿线的分布电阻，所述的沿线分布电阻是单位长度线段上的电阻；因绝缘不完善而引起的线间泄漏电流也是沿线分布的，用以反映这一过程的电路参数是线间的分布漏电导，所述的沿线分布漏电导是单位长度线段的两导线间的漏电导。随着电路中工作频率的提高，越来越多的电路成为高速电路，而在高速电路中，信号连接线通常认为是具有分布参数的有损耗非均勻多导体传输线，本发明对其结构进行建模分析。本发明是一种有损耗非均勻多导体传输线瞬态响应时域分析法，其特征在于在不考虑外界电磁场作用的情况下，在传输线上取任意一小段长度Δζ，Δζ越小，就越接近传输线的实际情况。当Δζ — O时，近似用集总参数模型来描述该小段，其等效电路参见图 1，根据上面对传输线参数的描述，此等效电路上有电阻RA ζ、电感LA ζ、电容CA ζ和漏电导G Δ ζ，其中R为单位长度电阻，单位Ω /m ；L为单位长度电感，单位H/m ；C为单位长度电容，单位F/m;G为单位长度漏电导，单位S/m。整个传输线是无限多个上述等效电路的级联电路。从传输线ζ到ζ+Δ z段，根据基尔霍夫电压和电流定律，当ΔΖ — 0时，则有
权利要求
1. 一种有损耗非均勻多导体传输线瞬态响应时域分析法，其特征在于本发明分析基础是采用传输线的电波方程，此电波方程是在无外场激励的情况下对非均勻有损耗多导体传输线进行分析的，具体实现步骤包括(1)设传输线的长度为d，将传输线均勻地分为2N段，每段的长度为(1Λ2Ν)，此每段长度表示为Δ ζ/2,即Δ ζ = d/N, Δ ζ为仿真的空间步长；(2)将第1个点设为电压始端采样点V1，然后将间隔Δζ的采样点依次设定为电压的离散采样点V2、V3……直到电压终端采样点VN+1 ；(3)将第2个点设为电流采样点I1，然后将间隔Δζ的采样点依次设定为电流的离散采样点12、I3......直到In，始端和终端的电流采样点分别设定为Itl和ΙΝ+1 ；(4)对电波方程中的空间微分算子采用一阶中心差分来近似，并以梯形积分法对方程中的时间微分算子进行积分，得到离散电压和电流采样点的迭代公式为
2.根据权利要求1所述的有损耗非均勻多导体传输线瞬态响应时域分析法，其特征在于被分析的有损耗非均勻多导体传输线的总数要大于等于3根，其中至少有一根作为参考导体的一无限大金属平板传输线，还有两根相互耦合干扰的作为信号线的传输线，始端加激励电压源即干扰其他传输线的传输线称为攻击线，始端未端接激励电压源即被干扰的传输线称为静态线，在多导体传输线系统中攻击线和静态线都可以有多条，但作为参考导体的无限大金属平板传输线一般只有一条。
3.根据权利要求1所述的有损耗非均勻多导体传输线瞬态响应时域分析法，其特征在于该方法适用条件之一为多导体传输线是有损耗的，所述有损耗是表示多导体传输线沿线的分布电阻R和线间的分布漏电导G不为0。
4.根据权利要求1所述的有损耗非均勻多导体传输线瞬态响应时域分析法，其特征在于该方法适用条件之二为多导体传输线是非均勻的，所述非均勻是表示多导体传输线整个长度上的分布参数沿传输线方向非均勻分布，且随空间坐标而改变。
全文摘要
本发明提出了一种有损耗非均匀多导体传输线瞬态响应时域分析法。针对电子电路信号完整性领域中有损耗非均匀多导体传输线之间的耦合干扰计算问题，该方法首先对电波方程中的空间微分算子进行差分离散，然后利用梯形积分法对电波方程中的时间微分算子进行积分，从而能够有效地消除计算结果由于采用中心差分的方法所造成的振荡，得到传输线上任意点的电压和电流瞬态响应波形，而且在一个较长的时间范围内传输线的瞬态分析都较为有效，在延续时间较长时分析波形也不会产生太大的误差，并且在对传输线进行建模时无需对耦合传输线进行解耦，本发明减少了运算量，提高了仿真效率。可用于分析有损耗非均匀多导体传输线的瞬态响应。
文档编号G06F17/50GK102411647SQ201110221758
公开日2012年4月11日 申请日期2011年8月3日 优先权日2011年8月3日
发明者史凌峰, 叶强, 曹成美, 来新泉, 贾军 申请人:西安电子科技大学