[发明专利]一种对电路中线性电容计算电路节点电荷的方法

说明书

一种对电路中线性电容计算电路节点电荷的方法，包括以下步骤：1)根据线性电容的端口位置建立第一电容矩阵；2)对第一电容矩阵进行去掉空行空列处理，获得第二电容矩阵；3)用电容值填充第二电容矩阵；4)利用第二电容矩阵计算电容电荷向量；5)计算总的电荷向量。本发明通过矩阵和向量的乘法得到线性电容的电荷向量，避免遍历每个线性电容，使计算能够得到加速。

技术领域

本发明涉及模拟电路数值仿真技术领域，特别涉及一种对电路中线性电容计算电路节点电荷的方法。

背景技术

电路中的电流遵循基尔霍夫电流定律(KCL方程)，即，任意节点连接的所有支路的总电流和为零。在对电路进行SPICE精度的仿真过程中，需要计算出连到同一个节点上所有支路的电流和，并用作电路方程的右端项，通过解方程使电路状态向满足基尔霍夫电流定律的方向迭代。因此计算节点电流是整个仿真过程的重要部分。而节点电荷相对时间的导数也会作为电流加到总的电流和里面去。具体计算时，电荷的导数会按不同的积分方法计算。

一般计算节点电荷的做法是：遍历所有器件，由器件根据电路状态计算出端口电荷，添加到对应的节点上。对线性电容来说，可以简单的用电容乘以电压差，得到端口电荷。如果按照普通器件的处理方式，遍历每一个线性电容，对电容器件的访问会造成大量的内存随机访问。

因而，亟需一种能够高效计算线性电容节点电荷的方法。

发明内容

为了解决现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供对电路中线性电容计算电路节点电荷的方法，以提高节点电荷的计算效率。

为实现上述目的，本发明提供的对电路中线性电容计算电路节点电荷的方法，包括以下步骤：

1)根据线性电容的端口位置建立第一电容矩阵；

2)对第一电容矩阵进行去掉空行空列处理，获得第二电容矩阵；

3)用电容值填充第二电容矩阵；

4)利用第二电容矩阵计算电容电荷向量；

5)计算总的电荷向量。

进一步地，所述步骤1)利用电容电荷计算公式建立第一电容矩阵，所述第一电容矩阵结构是稀疏矩阵，结构不会变化，采用压缩方式存储。

进一步地，所述步骤2)进一步包括以下步骤：

31)记录第一电容矩阵各元素的行号和列号；

32)去掉空行和空列，得到第二电容矩阵；

33)记录第一电容矩阵和第二电容矩阵之间各元素的行号和列号的映射关系。

进一步地，所述第一电容矩阵和所述第二电容矩阵为对称矩阵。

进一步地，所述步骤4)进一步包括以下步骤：

51)计算第二电容矩阵中各个节点对应的电压值，构成电压向量；

52)将第二电容矩阵与电压向量相乘，获得第二电容矩阵各个节点对应的第二电荷向量。

进一步地，所述步骤5)进一步包括，将第二电荷向量按照第一电容矩阵和第二电容矩阵之间的映射关系加至各个节点，再与其他器件的电荷叠加，得到总的节点电荷向量。

进一步地，通过遍历器件来计算除线性电容以外的其他器件的节点电荷。

更进一步地，对电路结构连接关系不改变的电路中线性电容计算电路方程节点电荷时，步骤1)-步骤3)只需进行一次，步骤4)-步骤5)可以根据电压值的改变重复多次。