[发明专利]用于对随时间变化系统和非线性系统建模的方法和系统

说明书

发明领域

本发明在总体上涉及到对具有随时间变化部件、非线性部件或这两种类型的部件的系统进行建模，此外，本发明还涉及用于生成简化阶模型的方法和系统，所述模型能在模拟具有时随时间变化部件、非线性部件或这两种类型的部件的系统时使用。

发明背景

无线通信电路的日益增加的规模、复杂性和集成度使得精确地模拟系统层的性能成为了问题。模拟电路领域中具有挑战性的问题是模拟像开关滤波器、开关电源和相位锁定环路之类的时钟控制的模拟电路。这些电路如果用传统的技术进行模拟的话，从计算的角度上说是昂贵的，因为，这些电路都是按照一种其周期比设计者感兴趣的时间间隔小多个数量级的频率来进行时钟控制的。此外，射频电路、混合信号电路以及类似的电路不仅需要对模拟电路建模，而且需要对作为系统的模拟和数字电路的交互、以及模拟与数字电路之间的交互建模。这些产品需要复杂的芯片上系统的结构和系统集成，并按消费者市场所固有的严格和毫无宽限的时间要求交货。受消费推动的芯片设计和部署对设计者而言是有推动力的主要考虑。这些考虑包括：(1)设计成本和时间可能支配系统设计者的决策过程；(2)必须在可能的最高层抽象下获得设计；(3)下一代系统会需要比高复杂部件类型更多的中等复杂系统；以及，(4)很可能为平台专门开发芯片，而不是用独立开发的硅功能块来组合成芯片。

模型简化是指根据电路或系统的详细说明自动生成系统宏模型。这种宏模型可用于对过于复杂而无法在详细的组件层进行分析的工程设计进行快速的系统层模拟。简化方法的优点在于，由于宏模型是根据系统组件的详细物理描述生成的，故可在系统层上包括详细物理效果的影响。因此，简化方法的本质特征是按简化算法的正式分析对近似误差的彻底控制和评估。从系统层的设计角度看，自动宏模型生成的问题是令人感兴趣的，因为，如果可以抽取出系统组件块的小型的精确的简化阶模型，则与必须在详细层次上进行分析相比，可以模拟或检验一种设计或更复杂系统的更大的部分。根据对组件块的详细说明生成简化的模型的前景是吸引人的，因为，可评估第二阶设备效果或寄生组件对整个系统性能的影响。通过这种方式，可避免过于保守的设计规范。

就对模拟电互连而言，目前对抽取时间不变的集总(通常是被动的)组件的低阶模型有显著的兴趣。但是，存在有多种这样的系统，它们是非线性时间不变(LTI)的，但可以如线性随时间变化(LTV)那样精确地建模。例如，如果围绕随时间变化的大信号使非线性电路模型线性化，则最终获得的模型是线性随时间变化的。具体地说，许多RF组件(例如混频器和滤波器)均设计成在信号通路中有准线性响应，但可以对诸如切换的电容器滤波器或混频器的本地振荡器的时钟之类的其它激励作强烈的非线性响应。具有基频周期的RF电路还可分类成周期性随时间变化的线性(PTVL)系统。这种组件是用于LTV模型简化的主要候选组件。从以上的说明中可以看出，在现实世界中，可精确地建模成LTV的电路集合要远大于可描述为LTI的电路集合。

当前大多数对LTI模型简化的工作都隐含或明显地基于以投射为基础的构想。可通过将线性系统投射进低维子空间内而从完整的模型中获得简化模型。所选定的子空间决定了简化模型的大致属性。

目前普遍可接受的是：在LTI系统中，将投射子空间选择成为Krylov子空间是有效且高效率的。由于很容易计算Kryloy子空间，故会提高效率。通过指明投射进Krylov子空间对应于匹配拉普拉斯域变换函数的导数(力矩)，所述方法的有效性是积极的。以多点有理逼近为基础的方法周知是特别有效的。但是，不幸的是，用于随时间变化系统的模型简化很少受到注意。业已提出了平衡的截断方法，但是，如何有效地实现这些技术并不明确。

电路设计中的另一个问题包括对互连和寄生效果进行建模，所述效果在包括数字、模拟和混合信号设计在内的所有类型设计中是普遍的。因这些电路模型的规模和复杂性而导致的计算成本是检验这些设计中的主要瓶颈。所以，提供电路中这些互连和寄生效应的精确和小型宏模型的技术会提高整个设计的周期。

目前集成电路设计中两个趋势必已显示出设计检证中互连和寄生效果的重要性：向亚微米结构演化和电信/RF电路结构的快速增长。这些设计中高频和高组装密度的组合已使得用于电路模拟和时序检验的电路模型的规模和复杂性快速增加。所以，需要一种通用的工具去对这些线性电路模型提供精确和小型的简化阶宏建模，以便显著地改善电路模拟和时间检验的吐吞量，这就进而又会改善整个设计的周期。