一种求解非线性直流分析的混合延拓方法

摘要

一种求解非线性直流分析的混合延拓方法，包括以下步骤：1）将所有独立电压源、电流源进行分组，调用source‑stepping算法，依次进行ramp‑up；2）根据所述source‑stepping算法的不收敛状态，调整gmin‑stepping算法的参数，调用source‑stepping和gmin‑stepping的融合算法；3）根据所述source‑stepping和gmin‑stepping融合算法的不收敛状态，调整ptran算法的参数，调用source‑stepping、gmin‑stepping和ptran的融合算法。本发明的方法，提高了非线性直流分析算法的收敛性和收敛效率，以及非线性支流分析求解算法的整体鲁棒性。

说明书

技术领域

本发明涉及集成电路仿真中的直流解析技术领域，尤其涉及一种求解非线性直流分析的混合延拓方法。

背景技术

在晶体管级电路仿真中，非线性直流分析是其它所有分析的基础也是最重要的任务之一。尽管在大多数SPICE类电路模拟器中广泛使用的Newton-Raphson（牛顿-拉夫逊）方法具有二次收敛速度，但除非给出足够接近的初始猜测，否则它们往往无法收敛。因此，gmin-stepping算法、伪瞬态算法和同伦算法等延拓方法也被广泛使用。

一般来说，针对小规模电路，会根据算法的效率进行排序并挨个尝试（Newton-Raphson，stepping算法，伪瞬态算法，同伦算法）。针对大规模电路，则会直接尝试伪瞬态算法。因为从大量测试中得到的普遍结论是，Newton-Raphson以及stepping算法很难解决大规模以及超大规模集成电路的非线性直流分析。

另一方面，随着工艺不断的向着纳米级进展，电子电路设计中电路的规模也在急剧膨胀，有些后仿电路中器件数量已经上升到百万甚至千万级别。因此，如何提高非线性直流分析算法的收敛性及收敛效率是晶体管及电路仿真面临的一个巨大挑战。

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一种求解非线性直流分析的混合延拓方法，将伪瞬态算法结合到stepping算法中，以确保电压和电流能够连续且平滑的逼近最终的稳定态，根据stepping算法不收敛的信息，帮助伪瞬态方法选择最适合的参数设定。

为实现上述目的，本发明提供的求解非线性直流分析的混合延拓方法，包括以下步骤：

1）将所有独立电压源、电流源进行分组，调用source-stepping算法，依次进行ramp-up；

2）根据所述source-stepping算法的不收敛状态，调整gmin-stepping算法的参数，调用source-stepping和gmin-stepping的融合算法；

3）根据所述source-stepping和gmin-stepping融合算法的不收敛状态，调整ptran算法的参数，调用source-stepping、gmin-stepping和ptran的融合算法。

进一步地，在所述步骤1）之前，还包括，

将求解纯阻抗电路的非线性方程：

转变为：

其中，

将G矩阵和C矩阵清零。

进一步地，所述步骤1），还包括，

根据电路划分，对每个划分电路中的独立电压源、电流源分组并标记；

根据划分电路的规模由大到小，对所述分组进行排序；

根据排序后的分组，调用source-stepping算法，依次对所述独立电压源、电流源进行ramp-up。

进一步地，所述步骤2），还包括，当判定source-stepping算法的解曲线发生不连续时，对所有非线性器件的支路插入可变电阻，调用source-stepping和gmin-stepping的融合算法。

进一步地，所述步骤2），还包括，

统计source-stepping算法最后一次迭代的矩阵中的非零元的最大值，将其填入G矩阵；

继续推进

所述G矩阵表示gmin-stepping算法插入的接地电阻以及并联到非线性器件的支路上的电阻的位置和数值。

进一步地，所述步骤2），还包括，

从source-stepping算法的解中分离出未能成功完成source-stepping算法的电路划分并标记；

查看所有标记的电路划分的矩阵条件数是否满足设定的阈值；

判定为是，在所有对角线插入Gmin；

判定为否，在所有非线性器件的所有支路上并联上可变电阻。

进一步地，所述步骤3），还包括，

当判定source-stepping和gmin-stepping的融合算法的解曲线发生不连续时，对所有非线性节点插入接地电容，调用source-stepping，gmin-stepping和ptran的融合算法。

更进一步地，所述步骤3），还包括，

根据gmin-stepping算法不收敛点的状态以及上一个收敛点的状态，确定ptran算法接入的最小电导值；

减小接入雅克比矩阵中的Gmin和伪电容。

为实现上述目的，本发明还提供一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器上储存有在所述处理器上运行的程序，所述处理器运行所述程序时执行上述的求解非线性直流分析的混合延拓方法的步骤。

为实现上述目的，本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，所述计算机指令运行时执行上述的求解非线性直流分析的混合延拓方法的步骤。

与现有技术相比，本发明的集成电路分析中进行整体回代求解和收敛性判定方法具有如下的有益效果：

提高非线性直流分析算法的收敛性和收敛效率，以及非线性支流分析求解算法的整体鲁棒性。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，并与本发明的实施例一起，用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为根据本发明的求解非线性直流分析的混合延拓方法流程图；

图2为根据本发明的电路仿真中五种不同情况下解曲线示意图；

图3为根据本发明的电路仿真中提出的一种混合步进策略示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例中，首先，将电路进行层次划分，将器件置于底层，并在底层矩阵记录需要进行阻尼系数检查的支路，对所有层次的矩阵进行三角分解；之后，对每个层次的矩阵自顶向下进行三角回代求解，并同时检查所有层次的矩阵的解的收敛性是否满足要求；若不收敛，并行检查底层矩阵是否需要进行阻尼系数检查；若进行阻尼系数检查则调整方程的解；之后进行其他操作。

实施例1

图1为根据本发明的求解非线性直流分析的混合延拓方法流程图，下面将参考图1，对本发明的求解非线性直流分析的混合延拓方法进行详细描述。

首先，在步骤101，将所有独立电压源、电流源进行分组，调用source-stepping算法，依次将其数值逐渐从0还原到原始值。

本发明实施例中，根据电路划分，对每个划分中的独立电压源、电流源分组并标记；根据划分电路的规模由大到小，对以上分组进行排序；根据排序后的分组，调用source-stepping算法，依次对独立电压源、电流源进行ramp-up。

本发明实施例中，在调用source-stepping算法之前，将求解纯阻抗电路的非线性方程：

转变为：

其中，

将G和C矩阵清零，调用source-stepping算法，依次对独立电压源、电流源进行ramp-up。

在步骤102，根据source-stepping算法的不收敛状态，对gmin-stepping算法的参数进行调整（设定G矩阵），调用source-stepping和gmin-stepping的融合算法。

本发明实施例中，当判定source-stepping算法的解曲线发生不连续时，对所有非线性器件的支路插入可变电阻，调用source-stepping和gmin-stepping的融合算法。

本发明实施例中，统计source-stepping最后一次迭代的矩阵中的非零元的最大值，将其填入G矩阵；

继续推进

本发明实施例中，从source-stepping算法的解中分离出未能成功完成source-stepping算法的电路划分并标记；

查看所有标记的电路划分的矩阵条件数是否满足设定的阈值（过差）：

判定为是，在所有对角线插入Gmin（极小DC通路）；

判定为否，在所有非线性器件的所有支路上并联上可变电阻。

在步骤103，根据source-stepping算法和gmin-stepping融合算法的不收敛状态，对ptran算法的参数进行调整（设定G矩阵），调用source-stepping、gmin-stepping和ptran的融合算法。

本发明实施例中，当判定source-stepping、gmin-stepping和ptran的融合算法的解曲线发生不连续时，对所有非线性节点插入接地电容，调用source-stepping，gmin-stepping和ptran的融合算法。

本发明实施例中，根据gmin-stepping算法不收敛点的状态以及上一个收敛点的状态，可确定ptran算法接入的最小电导值；

为了使求解过程更加平滑，接入的Gmin和伪电容在雅克比矩阵中被视为一个整体进行平滑的减小，如图3所示；

当ptran算法收敛困难时，伪电容在雅可比矩阵中的插入值会不断增加；当ptran算法能够顺利收敛后，平滑的减小Gmin和ptran（伪瞬态解析法）插入雅可比矩阵中的值，如图3所示。

本发明实施例中，gmin-stepping算法独立工作，步进从0开始增加λ。直到不连续情况发生在第i+1次迭代

首先，固定G

不同于传统的Gmin和PTA方法，上述算法过程使得随同伦参数λ变化的函数G

图2根据本发明的电路仿真中五种不同情况下解曲线示意图。如图2所示，将简单的不连续、折叠、分岔、抽动改变和奇点这五种情况都可视为某种不连续性程度，可能导致Gmin步进方法未能成功收敛；

简单的不连续情况，通常是由模型方程引起的；

折叠的情况，通常是由电路本身的特性引起的；

分岔的情况，当电路和初始起点是完全对称的，它会发生；

抽动改变的情况，正反馈高回路增益可能导致这种情况，例如放大器；

奇点的情况，这种情况可能是由双稳态或多稳态电路造成。

PETA-Gmin工艺很活跃，其中与电导率平行插入的伪电容器开始工作。本发明的方法通过控制电导和电容器作为具有平滑的e

图3为根据本发明的电路仿真中提出的一种混合步进策略示意图，如图3所示，在步进过程中提供了两个阶段。在第一阶段，固定G

另一方面，G

实施例2

本发明还提供一种电子设备，包括存储器和处理器，存储器上储存有在处理器上运行的程序，处理器运行所述程序时执行上述求解非线性直流分析的混合延拓方法的步骤。

实施例3

本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，所述计算机指令运行时执行上述的求解非线性直流分析的混合延拓方法的步骤，所述求解非线性直流分析的混合延拓方法参见前述部分的介绍，不再赘述。

本领域普通技术人员可以理解：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。