非線性模型器件建立

非線性模型器件建立理想二極管的工作特性二極管的工作過程是當二極管在正向電壓情況下處于導通狀態(tài)，當二極管在反向電壓情況下處于截至狀態(tài)。要實現上述過程的方案有很多，在不同的情況下可以使用不同的方案。用二極管的i-v特性曲線來描述二極管的特性就是實現二極管的一個方案。電阻方案伏安曲線方案非線性模型器件建立最簡單二極管的MAST模型elementtemplatediodepmelectricalp,m{valvvpmvariidstaterrdiodestatenua,bnumberron=1unumberroff=100megwhen(dc_domain|time_init){schedule_event(time,rdiode,roff)}values{vpm=v(p)-v(m)}非線性模型器件建立最簡單二極管的MAST模型1when(threshold(id,0,a,b)){if((a==1|a==0)&b==-1){schedule_event(time,rdiode,roff)schedule_next_time(time)schedule_next_time(time+1n)}}when(threshold(vpm,1,a,b)){if((a==-1|a==0)&b==1){schedule_event(time,rdiode,ron)schedule_next_time(time)schedule_next_time(time+1n)}}非線性模型器件建立最簡單二極管的MAST模型2equations{i(p->m)+=idid:vpm=id*rdiode}}返回非線性模型器件建立理想二極管的特性曲線圖為二極管典型的伏安特性曲線，從圖可以看出，該設備為一個非線性設備，起特征方程為id=is?(e(vd?q)/k?T-1))式中is與二極管型號有關的常量、q、k都是常數，T為絕對溫度非線性模型器件建立二極管的MAST模型1elementtemplatediodepm=is,ic#templateheader2electricalp,m#headerdeclarations3numberis=1e-16,4ic=undef5externalnumbertemp{#startoftemplatebody7numberk=1.318e-23,#localdeclarations8qe=1.602e-19,9vt10valvvd11valiid12struc{13numberbp,inc;#Newtonsteps14}nvd[*]=[(0,.001),(2,0)]15parameters{#startofparameterssection16vt=k*(temp+273.15)/qe#computethermalvoltage17}頭說明參數段局部定義牛頓步長非線性模型器件建立二極管的MAST模型（1）18values{#startofvaluessection19vd=v(p)-v(m)#diodevoltage20id=is*(limexp(vd/vt)-1)#diodecurrent21}#endofvaluessection22control_section{#startofcontrolsection23newton_step(vd,nvd)#Newtonstepsassignedtovd24initial_condition(vd,ic)25start_value(vd,0.6)26device_type("diode","example")27small_signal(vd,voltage,"p-mvoltage",vd)28}#endofcontrolsection29equations{#startofequationssection30i(p->m)+=id#currentcontribut.ofdiode31}#endofequationssection32}初始化小信號線性化非線性模型器件建立頭說明在頭說明中，定義了器件的連接點和argument，其argument量為is和ic，is是器件特征方程中的量，而ic是器件的初始值。在頭說明中還出現量另一個變量，就是temp變量，該變量描述的是器件工作的環(huán)境溫度，而這個溫度在本模塊中不能找到，該變量設置為external。返回非線性模型器件建立參數段由于temp變量獲得的溫度參數為0c，本模板的參數段的主要作用就是將獲得的溫度轉換為絕對溫度，用專門的參數段來處理將不會增加仿真時間，影響仿真的速度。返回非線性模型器件建立局部定義在模板體中定義量三個數值型變量和一個結構體，其中有兩個數值型變量為二極管特征方程中的常量，而另一個為中間變量。定義的結構體為兩個數值型成員，在定義該結構體時就對該結構體初始化。定義該結構體的目的就是要對仿真步長進行控制。返回非線性模型器件建立牛頓步長控制的必要性非線性模型器件建立牛頓步長的控制采用牛頓步長控制的目的就是在跌代過程中要對特征方程中自變量的變化量進行控制，牛頓步長控制的參數都定義為一個結構體，其中的兩個成員通常表示breakpoint和increment。12struc{13numberbp,inc;14}nvd[*]=[(0,0.001),(2,0)]newton_step(vd,nvd)非線性模型器件建立牛頓步長的控制1ndv[*]定義的是一個數組，該數組中的元素不確定，但其中的每一個元素都是一個結構數據。在本模板中，在定義該數組時就初始化了，因此該數組的元素為兩個，每一個都是一個結構數據。對于ndv數組和控制段中的牛頓步長控制就可以得出如下結果：當自變量在vd在0到2之間變化時，需要控制該變量的步長，其步長增益為。返回非線性模型器件建立二極管模板的初始化在控制段中采用了兩個初始化命令，它們是initial_condition和start_value。這兩個函數的用法是相似的。initial_condition(vd,ic)和start_value(vd,ic),它們的作用都是將初始條件ic賦給變量vd，但是它們也有區(qū)別。仿真器在作DC分析時，默認情況下是將系統(tǒng)中的每個節(jié)點電壓賦值為0，但是如果器件中使用了start_value函數，則在作DC分析時與該器件連接的節(jié)點將滿足start_value函數確定值的要求。而initial_condition函數確定的值將在整個DC分析時滿足該條件。返回非線性模型器件建立小信號參數在本模板的控制段使用了小信號參數。小信號參數主要用于ssp命令提取的參數。其中的device_type(“diode”,“example”)為提取報告的名稱，而small_signal為小信號提取的參數。其語法定義為：small_signal為關鍵詞，通常情況下它是由4欄組成（也可以是5欄，在這里只講4欄的情況）。small_signal（ParameterNameClassificationValue)返回非線性模型器件建立指數函數在saber中有兩個指數函數，一個是exp(x)函數，另一個是limexp(x)函數。Exp(x)的定義與數學上的指數函數的定義相同，而在saber中l(wèi)inexp(x)的定義如下：返回非線性模型器件建立非線性器件的線性化從前面的模型可以看出，對于模擬器件的仿真而言其仿真過程就是解方程的過程，但是我們知道，如果描述器件特征的方程是非線性方程，在數學中還沒有很好的有效的辦法來解非線性微分方程組，在通常情況下都是將模型線性化。對于saber仿真器而言也不例外，對于非線性模型的線性化方法將作簡單的講述。非線性模型器件建立非線性模型的線性化方法1通常的方法就是給出特征方程中的點和在該點的斜率的方法。使用該方法就需要特征方程本身和特征方程的一階導數，同時要求特征方程和其一階導數必須連續(xù)，否則該方法可能不能發(fā)揮作用。但是對于有些模型而言，要滿足這個條件是比較困難的，例如限幅模型等。非線性模型器件建立非線性模型的線性化方法2另一種解決非線性化模型的方法就是建立折線模型，用折線模型來近似的代替曲線模型。解這種方程通常只需要方程本身連續(xù)而不需要方程的一解導數連續(xù)。但是該方法建立的模型就是一個近似模型，仿真的精度完全取決于建立模型的精度，不能在仿真中提高精度非線性模型器件建立非線性模型的線性化方法3折線線性化估算模型。saber中采用的就是這個模型。它解決問題的思路與方法2相似，也是用近似的折線模型，因此它需要的是方程本身連續(xù)而不需要其一階導數連續(xù)，但是它克服方法2中缺點。它在建立的模型時候采用的是曲線模型（精確模型）和采樣點，但是它是仿真器根據精度的需要來線性化該模型。非線性模型器件建立建立vsqr模型vsqr模型可以作為一個電壓源模型，其輸出電壓為輸入電壓的平方，因此這個模型是一個典型的非線性模型。非線性模型器件建立vsqr的MAST模型elementtemplatevsqripimopomelectricalip,im,op,om#headerdeclarations{variiout#localdeclarationsvalvvin,vout#samplepointsdefinedstruc{numberbp,inc;}svin[*]=\[(-100k,1),(-1k,.1),(10,.01),\(0,.01),(10,.1),(1k,1),(100k,0)]values{vin=v(ip)-v(im)#inputvoltagevout=v(op)-v(om)#outputvoltage}#endofvaluessection非線性模型器件建立vsqr的MAST模型1control_section{sample_points(vin,svin)#samplepointsassociated#withinputvoltage}#endofcontrolsectionequations{i(op->om)+=iout#currentcontributioniout:vout=vin*vin}#endofequationssection}頭、value段和方程段控制段小結非線性模型器件建立模板的頭和value段和方程段在本模板的頭中定義了4個連接點，4個連接點均為電氣型，該模板中沒有argument。在模板中的value段中，定義了該模板的輸入端電壓和輸出端電壓，而其端電壓變量均定義為val型變量。該模板的方程段與其它電壓型器件完全相同。但是該模板的方程段沒有完全描述該器件的特征，它需要采樣點。返回非線性模型器件建立模板的控制段在本模板的控制段中采用了sample_points(variable,sa_points)這種形式，這就是指定變量并且指定采樣點的形式。該語法的關鍵詞為sample_points，其中需要指定采樣點的變量為variable，變量的采樣值為sa_points，sa_points通常為一個數組，數組中的元素為一個結構。采樣點的指定：struc{numberbp,inc;}svin[*]其中的bp為breakpoint，而inc為breakpoint間的增量。非線性模型器件建立采樣點的指定規(guī)則struc{numberbp,inc;}svin[*]=\[(-100k,1),(-1k,.1),(-10,.01),(0,.01),\(10,.1),(1k,1),(100k,0)]在指定采樣點時，其breakpoint點必須要過0點，并且其采樣點要以0點對稱。上述svin的變化范圍在-100k到100k之間，在其間增加了一些breakpoint，這主要是在各個變化區(qū)間其增益不同。非線性模型器件建立采樣密度在建立模型時雖然已經指定了某個變量的采樣點，但是如果在仿真時發(fā)現每個模型的精度不夠或精度過于而仿真時間過長，可以在不修改模型的情況下修改其采樣點，這就是修改density參數。這個參數的修改將改變采樣點中的增益項，實際的增益為設置的增益/density的值。但它不會改變breakpoint的值。但是任意兩個breakpoint間的點不能超過231-1。在默認設置下（density為1），在仿真中實際執(zhí)行的采樣點與設置的采樣點相同。非線性模型器件建立默認采樣點[(-1t,1meg),(-1g,1k),(-1meg,1),(-1k,1m),\(1,1u),(1m,1n),(-1u,1p),(0,1p),(1u,1n),\(1m,1u),(1,1m),(1k,1),(1meg,1k),1g,1meg),\(1t,0)][(-1d12,1d6),(-1d9,1d3),(-1d6,1d0),\(-1d3,1d-3),(-1d0,1d-6),(-1d-3,1d-9),\(-1d-6,1d-12),(0d0,1d-12),(1d-6,1d9),\(1d-3,1d-6),(1d0,1d-3),(1d3,1d0),\(1d6,1d3),(1d9,1d6),(1d12,0d0)]非線性模型器件建立logsam函數logsam函數是saber自帶的一個獲得采樣點的函數，使用該函數可以獲得對數坐標系下的采樣點，該函數的返回值為一個結構數據，該結構數據有兩個元素。該函數有4個變量logsam(min,max,step_per_decade,density_per_density,[sa_points])非線性模型器件建立logsam函數1其中min和max為breakpoint的最大值和最小值，step_per_decade在對數坐標中的一個單位量中breakpoint的個數，其中每個點間的距離是相等的（在對數坐標系中）在對數坐標中的一個單位量中的采樣密度。該量決定的是增益量，也就是在兩個相鄰的breakpoint中需要插入的點數。非線性模型器件建立logsam函數使用實例logsap(1u,1meg,1,x)-1e6,-1e5,-1e4,-1e3,-1e2,-10,-1,-1e-1,-1e-2,