Программа моделирования

Подсистема схемотехнического моделирования AVOSpice предназначена для быстрого и одновременно точного, так называемого SPICE-моделирования электрических схем. AVOSpice, в первую очередь предназначен для разработчиков цифроаналоговых схем, и случаев когда требуется моделирование развернутых – плоских описаний (flatnetlist).

Программа моделирования может применяться как самостоятельный модуль, так и в составе пакета AVOCAD.

В первом случае AVOSpice работает под OCUNIX (Linux, Soliaris) и Windows, поддерживает текстовый входной формат совместимый с программами HSPICE фирмы Avant! и SPECTRE фирмы Cadence. В качестве выходного формата данных используется текстовый CSDF и PSF фирмы Cadence, как текстовый, так и бинарный.

Во втором случае – пакет AVOCAD работает под OCWindows и имеет полный набор инструментов для разработки схемы электрической принципиальной, включая графический редактор и программу анализа полученных результатов расчета. Результаты разработки могут быть переданы в другие САПР, как в виде списка цепей, так и в графическом виде.

 

Условно современные интегральные схемы можно разбить на 4 основные группы.

         цифровые схемы интегральные схемы,

         аналоговые схемы интегральные схемы,

         аналого-цифровые интегральные схемы,

         системы на кристалле.

В каждом случае применяется свой специализированный цикл проектирования.

Важно отметить, что в трех последних практически всегда используется точное SPICE-моделирование, которое является одним из самых трудоемких, с точки зрения ресурсов вычислительной техники этапов проектирования.

В случае проектирования цифровых схем при технологии изготовления 0.25 — 0.18 мкм, точное SPICE-моделирования при наличии 30 – 40% запаса по быстродействию и потребляемой мощности может быть опущено. Однако когда разработчику ставится задача получения предельных характеристик как по быстродействию, так и по потребляемой мощности, то этап схемотехнического проектирования обязательно присутствует и в этом случае.

Таким образом, основной целью разработки программы схемотехнического моделирования являлось:

         сокращение потребления вычислительных ресурсов на проведение этапа схемотехнического моделирования

         сохранение точности моделирования на уровне программы HSPICE или SPECTRE.

Основой математических методов и алгоритмов используемых в программе моделирования AVOSpice являются оригинальные разработки, которые были сделаны на основе исследований проведенных совместно с разработчиками интегральных схем. На первой стадии реализации проекта была принята концепция экономии машинного времени, за счет расширенного использования оперативной памяти компьютера. Такой подход оказался оправдан, поскольку за последнее 10 лет произошло существенное сокращение стоимости памяти компьютера, в то время как все базовые алгоритмы программы SPICE часто реализовывались в условиях жестких ограничений на оперативную память. Этот подход позволил создать оригинальную структуру данных на основе, которых и были, как переработаны известные алгоритмы, так и реализованы оригинальные.

Основой разработки базовых алгоритмов явились численные методы решения систем дифференциальных уравнений с учетом особенностей решений возникающих в интегральных схемах. При проектировании интегральных схем одной из основных задач является определение токов и напряжений в электронных схемах с большим числом активных и пассивных компонентов при изменяющихся во времени входных воздействиях. При этом часто требуется определить токи и напряжения не только на выходах схемы, но и в ее внутренних ветвях и узлах. При моделировании электронная схема представляется электрической эквивалентной схемой, включающей электрические эквивалентные схемы компонентов и связи между ними, в том числе и, так называемые, паразитные связи, обусловленные металлизацией внутрисхемных соединений, шинами питания и другими конструктивными элементами. Особенностью является большая размерность решаемой задачи – до несколько миллионов уравнений. Когда проектируется схема такой размерности, ее обычно разбивают на блоки и моделируют по частям. При этом нет гарантий, что после формального объединения отлаженных блоков вся схема будет работать правильно. Гарантировать это можно только при моделировании всей схемы целиком.

Известны методы решения упомянутой задачи для электрических схем, содержащих большое количество элементов, обеспечивающие заданную степень точности результатов и ориентированные на доступную вычислительную базу. Такие методы и соответствующие им алгоритмы получили название “диакоптических”. Сущность этих методов заключается в декомпозиции схемы на множество подсхем, уравнения которых формируются и решаются раздельно. Общее решение для всей системы при этом определяется путем объединения результатов решения уравнений отдельных подсхем посредством специальной системы уравнений, сформированной относительно внешних переменных подсхем. Важно отметить, что при этом нет необходимости ручного разбиения исходной задачи и её последующей сшивки. Этот способ был выбран в качестве прототипа. Однако при анализе схем большой размерности общее число внешних переменных подсхем, выделенных при декомпозиции системы, оказывается слишком большим. Это снижает эффективность диакоптических алгоритмов по временным затратам. Техническим результатом предлагаемых методов является повышение производительности способов определения напряжений и токов при высокой точности анализа схем с количеством компонентов порядка 104 и более, содержащих цифровые и аналоговые блоки с произвольной структурой.

Этот технический результат достигнут путем решения сверхбольших систем нелинейных дифференциальных уравнений итерационными методами.

Определение напряжения и токов в электронных схемах, содержащих транзисторы и другие компоненты, образующие ветви и узлы схемы, со входами, на которые подаются внешние, изменяющиеся во времени электрические сигналы, и выходами, с которых снимаются электрические сигналы, определяемые параметрами элементов, их соединениями, напряжениями питания и входными сигналами, включают операции:

         ввода исходных данных, включающих информацию о топологии электронной схемы, например, в виде списка узлов, эквивалентные схемы компонентов и их параметры, информацию о входных сигналах;

 формирования на текущем шаге интегрирования списка активных узлов схемы (A), в которых происходит изменение состояний, например, напряжений на текущем временном шаге, латентных узлов схемы (L), в которых не происходит изменения состояний, например, напряжений на

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector