[发明专利]求解非线性电路静态工作点的方法与装置

说明书

技术领域

本发明是关于一种求解非线性电路的方法与装置，尤其是关于求解非线性电路静态工作点的方法与装置。

背景技术

电路模拟软件(Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis，HSPICE)在进行任何形式前，首先需进行直流分析，藉以建立电路的直流偏压点。以此为起点，才可以进行瞬态、交流小信号、噪声等其它性能的模拟。电路直流工作点的计算，其实质在数学上就是解一个非线性的代数方程组。为了建立电路的直流分析点，HSPICE必须求解描述电路行为的一组非线性方程式，其可藉由常用的非线性代数方程数值求解的方法有：直接牛顿迭代法(Newton-Raphson Algorithm，N-R算法)、延拓法和伪瞬态法。这些方法的基本原理虽然已经众所周知，但如何针对电路模拟的特点，实现出具有优异性能和很强收敛性的算法却一直是集成电路设计人员最为困扰的问题。特别是，电路直流工作点的收敛性问题是电路模拟中最困难的问题。

在电路仿真中，静态工作点是求解所有其它电路特性的基础。然而，非线性电路的静态工作点往往很难求得，经典的求解非线性方程的方法是N-R算法。N-R算法的步骤为首先给定一适当的初始值后，代入方程式中以进行迭代，直至相邻两次的解向量彼此间差的绝对值小于某一设定的允许误差为止。N-R算法在某些状况下会出现不收敛的问题，例如当该非线性方程式为不连续，或者在计算过程中所采用的初值不准确。当在计算过程中难以收敛时，HSPICE会增加迭代运算的数目或是在减少步进大小(step size)后重新进行运算，该些步骤增加了模拟时间，并且在该些步骤后节点电压或电流可能依旧不收敛使得模拟中断。由于N-R算法具有局部收敛的特性，一般的电路往往因为没有足够接近真实解的初始状态猜测値，而无法利用N-R算法得到稳定的静态工作点，因此收敛性是这些方法所遇到的最大问题。

因而，如何有效地提高N-R算法的收敛性，使得HSPICE求解非线性方程组时可以减少运算时间及收敛速度及获得一种更有效的方法，一直是业界关注的问题。鉴于此，需要提出更稳定、适应性更广的改进算法以提高静态工作点求解的收敛性。

发明内容

本发明提出一种利用旁路电导和并联电导联合步进法求解非线性电路静态工作点的方法，其利用增加原始电路的线性化程度，从而提高使用N-R算法求解静态工作点的成功性。

本发明的一实施例的求解非线性电路静态工作点的方法，包含如下步骤：在该非线性电路内的每个MOS管的PN结上并联一并联电导，在这些MOS管的每个节点至地之间连接一旁路电导；将该旁路电导的初值设为大于一预定的默认值；根据该旁路电导的初值，利用非线性方程求解静态工作点；如该求解过程可以收敛，则将该并联电导或该旁路电导的值逐渐调小，并利用前次已收敛的基础，重新求解静态工作点；如该求解过程无法收敛，则将该并联电导或该旁路电导的值逐渐调大，并利用前次已收敛的基础，并重新求解静态工作点；如果该并联电导和旁路电导的值可达到一预定的默认值，则判定可以获得静态工作点；及如果无法藉由调大该并联电导的值而达到收敛，或该旁路电导的步长太小，或超过最大迭代次数，则判定无法获得静态工作点。

本发明的一实施例的求解非线性电路静态工作点的装置，包含一预处理单元，一静态工作点分析单元，一调整单元，一第一判定单元及一第二判定单元。该预处理单元在该非线性电路内的每个MOS管的PN结上并联一并联电导，在这些MOS管的每个节点至地之间连接一旁路电导，且将该旁路电导的初值设为大于一预定的默认值。该静态工作点分析单元根据该旁路电导及并联电导的值，以非线性方程求解静态工作点。如该静态工作点分析单元判断可以收敛，则该调整单元将该并联电导或该旁路电导的值逐渐调小，并利用前次已收敛的基础，重新求解静态工作点，否则将该并联电导或该旁路电导的值逐渐调大，并利用前次已收敛的基础，重新求解静态工作点。该第一判定单元检查并联电导和旁路电导是否达到一预定的默认值，以判定是否已求解成功。该第二判定单元连接至该静态工作点分析单元及该调整单元，其在分析过程中若发现无法藉由调大该并联电导的值而达到收敛，或该旁路电导的步长太小，或超过最大迭代次数时，则判定求解失败。

本发明的方法可以解决一些很难求解静态工作点的非线性电路，而且所用的迭代次数很少，因此可有效地提高收敛性，大幅增加电路模拟器的收敛速度和缩短运算时间。

附图说明

图1示例一MOS管加入旁路电导和并联电导的示意图；

图2是本发明的一实施例的求解非线性电路静态工作点的流程图；