SIMULIA CST | 利用IdEM提取宏模型进行电路仿真

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耀唐解读

SIMULIA CST | 利用IdEM提取宏模型进行电路仿真

宏模型(Macro-Model)是一种能够模拟集成电路和系统静态和动态特性的等效表示,通常为网表形式,多用于时域仿真中。

一般电路时域仿真(Hspice, Pspice, Nexxim等)是基于公式进行的,无法直接对频域采样的数据(S参数矩阵)进行处理,需要将数据(touchstone)转换成电路可识别的Spice模型,目前有两种方法:一种是对数据进行逆傅立叶变换,然后通过数值卷积进行时域仿真,这种方法存在耗时和精度损失的问题;另一种是宏模型提取的方法,将频域网络参数转换为网表形式的宏模型,并根据数据拟合等效电路,在此过程中做一些近似逼近,是目前最有效的频域-时域转换模型的办法。

宏模型提取目前已是一种标准的方法,常用于复杂的无源互连系统的时域瞬态仿真。在频域中,一些无源性和因果性的问题会造成系统在时域仿真时出现较大的误差,因此宏模型提取过程中需要保证互连系统的无源性和因果性,IdEM是一个专用的宏模型提取工具,可以在保证无源性和因果性的基础上,快速地用高阶模型完成等效电路的拟合,并具备很高的精度,在CST中可以很方便地利用IdEM工具进行宏模型提取并用于电路仿真,接下来将以一个案例详细介绍。

 

SIMULIA CST | 利用IdEM提取宏模型进行电路仿真

 

 

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无源互连系统串扰分析

 

对一个四端口的无源互连系统进行串扰分析,模型如下图所示,信号通道为1→4、2→3,在CST的3D环境中完成频域电磁仿真,得到网络参数S参数矩阵。

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切换至Schematic环境,在MWS block的Pin脚上添加External Ports,选中MWS block,设置Vector Fitting的Method为Build-in,此时在Schematic中进行电路仿真时,将采用CST内部自带的频域-时域转换方法将S参数矩阵转换成电路可识别的Spice模型。

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添加Transient任务,并设置好激励信号、仿真时间、结果展示等参数。

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Update瞬态任务,得到近端串扰、远端串扰等电压波形,如下图所示。

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IdEM提取宏模型进行电路仿真

 

上述第二节中按常规的场路协同分析完成了时域串扰的仿真,接下来在CST中运用IdEM工具提取宏模型进行电路仿真,先选中MWS block,将Vector Fitting方法切换至IdEM并点击后面的“…”,选择要使用IdEM提取的宏模型进行仿真的电路任务,点击”OK“后将打开IdEM软件界面。

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在IdEM界面中依次检查S参数矩阵的无源性和因果性,发现无源性有问题,因果性无问题。
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点击“Build Model“开始执行宏模型提取,过程中软件提示需要加强无源性拟合,点击”Run“后,运行拟合直至无源性满足要求。

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查看拟合误差矩阵可知,颜色最亮的区域最大误差才0.014,点击亮色块进入查看具体拟合曲线可知已满足要求。

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点击“Export to CST Design Studio“将提取的宏模型导出至CST的Schematic中,然后Update瞬态任务。

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对比IdEM提取的宏模型和CST内部转换的模型在电路仿真后的波形可知,在波形波峰和波谷区域相差较大,整体上吻合度较好,说明CST内部转换方法也具备很好的精度。

SIMULIA CST | 利用IdEM提取宏模型进行电路仿真

 

 

在CST中利用IdEM工具进行电路仿真的通常步骤是:

1、首先在CST 3D中对通道的结构模型进行频域电磁仿真,产生频率点表,例如S参数矩阵;

2、然后用IdEM对这些数据运行一些具有无源约束的拟合算法以获得被动有理逼近,并生成Spice宏模型;

3、最后将该宏模型用于CST设计工作室的电路仿真。

IdEM除了可以对仿真S参数矩阵进行宏模型转换外,还可以对实测得到的S参数矩阵数据进行宏模型转换,具备高度的适用性。

 

 

END

 

 

 

 

 

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