基于spice3f5的射頻器件建模工具設(shè)計(jì)

【摘要】器件模型的開發(fā)往往受制于軟件開發(fā)商提供的建模手段，友好的建模流程會(huì)大大提高開發(fā)效率。該文介紹了輕量級(jí)模型參數(shù)提取優(yōu)化工具的設(shè)計(jì)方法。在研究分析伯克利大學(xué)開放源碼spice3f5的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)動(dòng)態(tài)鏈接庫，實(shí)現(xiàn)了面向?qū)ο蟮碾娐酚杀斫馕?。設(shè)計(jì)了smit阻抗圖，支持高倍數(shù)放大并具記憶功能。

【關(guān)鍵詞】器件模型；參數(shù)提?。幻嫦?qū)ο?；阻抗圖；記憶

1.引言

隨著半導(dǎo)體工業(yè)的飛速發(fā)展，新型電力電子器件不斷涌現(xiàn)，用戶對(duì)器件建模的需求越來越迫切，對(duì)專用建模工具的開發(fā)提出了新的挑戰(zhàn)。本文基于開放工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)仿真源碼開發(fā)了輕便專用的器件建模工具。

2.仿真模塊設(shè)計(jì)

SPICE模型已被廣泛用于電子設(shè)計(jì)中，本文器件參數(shù)提取按照spice語法對(duì)輸入等效電路進(jìn)行解析，對(duì)開發(fā)源碼spice3f5導(dǎo)出相關(guān)接口作為仿真內(nèi)核，從而完成仿真模塊設(shè)計(jì)。

2.1 接口設(shè)計(jì)

為了方便與spice3f5仿真源碼通信，在研究源碼的基礎(chǔ)上，編譯生成spice3f5.dll，導(dǎo)出仿真輸入輸出相關(guān)API接口。

其接口函數(shù)如表1所示。

2.2 spice語法參數(shù)提取

模型參數(shù)提取技術(shù)是器件建模的基礎(chǔ)，只有向電路模擬軟件提供相應(yīng)的模型參數(shù)，才可以進(jìn)行電路設(shè)計(jì)。因此器件模型所有用到的參數(shù)均需要精確地提取。我們需要對(duì)用戶輸入的等效電路網(wǎng)表進(jìn)行spice語法解析，獲得電路參數(shù)。

考慮到修改元件參數(shù)值反復(fù)仿真的需要，將用戶輸入電路網(wǎng)表做預(yù)處理，僅保留仿真有效部分并按行存放在字符串鏈表中，現(xiàn)在需要從中提取出元件參數(shù)信息及實(shí)例化的模型、子電路中的參數(shù)信息。

第一次遍歷網(wǎng)表字符串做提取模塊的工作。一旦遇到子電路或模型定義，構(gòu)造對(duì)應(yīng)類型對(duì)象保存模塊信息并將指針保存到對(duì)應(yīng)的指針鏈表中；第二次遍歷完成最終輸入仿真網(wǎng)表文件。這一過程跳過子電路或模型定義，定位至實(shí)例化語句，解析出該實(shí)例對(duì)應(yīng)的模塊名和實(shí)例名，然后根據(jù)模塊名找到指向該子模塊對(duì)象的指針，將該實(shí)例名添加到該模塊的實(shí)例鏈表中。擴(kuò)展該實(shí)例需要該實(shí)例對(duì)應(yīng)模塊的定義語句，通過獲取的模塊指針調(diào)用其方法構(gòu)造由實(shí)例名定義子模塊語句并保存到字符串鏈表中，然后將其添加到語句鏈表中。

3.圖形顯示模塊

仿真數(shù)據(jù)與實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)的對(duì)比需要以不同的圖形特征作對(duì)比，然后通過不斷調(diào)節(jié)一系列參數(shù)值重新仿真，尋求兩組相關(guān)曲線的最佳擬合點(diǎn)?，F(xiàn)就對(duì)仿真曲線中的smith阻抗圖的實(shí)現(xiàn)作一介紹。

3.1 smith阻抗圖

Smith阻抗圖在測(cè)量某高頻電路的負(fù)載時(shí)能夠直觀的在smith圖上顯示負(fù)載阻抗及反射系數(shù)[3]，它由恒定電阻圓和恒定電抗圓組成，因此其繪制工作也分為兩部分進(jìn)行。首先將其歸一化到單位圓，然后按照視圖比例乘以具體倍數(shù)。

定義如下數(shù)組分別是等阻圓和恒定電抗圓弧的特殊值。

double dRadius[]={0.0，0.2，0.5，1.0， 2.0，5.0}

double dArc[]={-5.0，2.0，-1.0，-0.5，-0.2， 0.2，0.5，1.0，2.0，5.0}

GDI圖形編程中，用設(shè)備上下文DC繪制圓Eclipse所需參數(shù)為該圓外接矩形，畫圓弧Arc接口需要圓弧所屬圓的外接矩形和圓弧的起始點(diǎn)坐標(biāo)。

等阻圓外接矩形左上角和右下角坐標(biāo)分別為（x取自數(shù)組dRadius）：

[（x-1）/（x+1），1/（x+1）]和[1，-1/（x+1）]

以上為歸一化到單位圓內(nèi)的轉(zhuǎn)換關(guān)系，繪圖時(shí)需設(shè)定坐標(biāo)原點(diǎn)，確定放大比例。

3.2 擴(kuò)充功能

在建模過程中，需要不斷觀測(cè)曲線調(diào)節(jié)參數(shù)使之與實(shí)測(cè)曲線擬合，而放大及記憶功能為此提供了便利。

我們需維護(hù)兩個(gè)放大參數(shù)：放大區(qū)域中心點(diǎn)及放大比例。

每次拖動(dòng)方框局部放大時(shí)調(diào)用Invalidate Rect只刷新圖形顯示區(qū)域，然后訪問存儲(chǔ)的放大比例更新smith最大半徑。再用內(nèi)存DC創(chuàng)建圖形顯示區(qū)域大小的位圖，用內(nèi)存DC只需要繪制放大之后的部分區(qū)域。然后根據(jù)放大中心點(diǎn)確定位圖的視圖原點(diǎn)，設(shè)置屏幕DC的視圖原點(diǎn)為smith圓圖的中心點(diǎn)，最后調(diào)用BitBlt函數(shù)將放大的部分拷貝到屏幕上即可。

多次放大之后需要回退到上次的狀態(tài)只需訪問放大信息數(shù)組中的上一組參數(shù)，然后刷新視圖即可。此外，還涉及到多次放大多次回退再次放大時(shí)要覆蓋掉此次放大之后的參數(shù)，要做好內(nèi)存釋放的工作。

4.結(jié)束語

本文所述的基于spice3f5的建模工具將面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)思想引入到仿真器的器件建模機(jī)制中，實(shí)現(xiàn)了模塊復(fù)用和快速原型化開發(fā)，達(dá)到了縮短器件模型開發(fā)周期和降低開發(fā)成本的目的，對(duì)設(shè)計(jì)專用器件建模工具有一定的啟發(fā)作用。

參考文獻(xiàn)

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