高速分布參數(shù)互連系統(tǒng)的仿真分析方法與優(yōu)化設(shè)計算法研究.pdf

1、高速互連系統(tǒng)的研究已有20多年的歷史，雖然取得了很多的成果，但是由于實際應用中的高速互連系統(tǒng)是具有分布參數(shù)性質(zhì)的，已有的各種建模、分析和優(yōu)化設(shè)計方法難以滿足高精度、高效率的實際工程需求，本文將分布參數(shù)系統(tǒng)的思想，融入高速互連系統(tǒng)的建模、分析和優(yōu)化設(shè)計的研究，試圖建立基于分布參數(shù)系統(tǒng)理論的建模、分析和優(yōu)化設(shè)計框架，給出針對典型系統(tǒng)的分析和優(yōu)化策略，為工程人員提供分析、設(shè)計及性能評估的依據(jù)和指導。本文的主要研究成果如下：
　　 (1

2、)針對在互連線時域分析中采用傳統(tǒng)方法分析階躍響應時存在間斷的過渡區(qū)過寬或間斷后出現(xiàn)振蕩、仿真效率不高和編程實現(xiàn)部分依賴于具體電路的問題，提出了一種基于偏心Preissmann格式的高速分布參數(shù)互連線的時域分析方法，有效地解決了間斷后的過渡區(qū)和振蕩問題，提高了計算效率，減小了需要的存儲空間，且易于編程實現(xiàn)。推導出了用于編程計算的表達形式和計算步驟，給出了相關(guān)參數(shù)的選擇依據(jù)，分析了其求解精度和算法穩(wěn)定性條件。理論分析顯示，適當選取偏心加權(quán)參

3、數(shù)，可以獲得至少二階精度的差分離散方法。這種方法不需要考慮特征線問題，對單根線和耦合線的處理方法相同，具有較強的通用性，并且對時間和空間步長的選擇也較為靈活。
　　 (2)針對互連線頻域分析中因所得表達形式復雜、仿真效率低而難以高效地應用于大規(guī)模的實際工程問題，根據(jù)不同的應用場合，分別提出了基于簡單傳遞函數(shù)、基于Padé近似、基于分布參數(shù)系統(tǒng)理論和基于頻域等效電路的系統(tǒng)分析方法，得到了簡潔的系統(tǒng)表達式，改善了仿真的效率，并且能夠

4、滿足需要的精度要求。研究了高速互連線的分布參數(shù)模型的頻域分析方法問題，證明了中間所得相關(guān)系統(tǒng)的無源性，同時給出了各種方法的分析步驟。其中，基于分布參數(shù)系統(tǒng)理論的分析方法，先利用傳遞函數(shù)在頻域進行計算，再通過快速傅里葉變換將頻域計算結(jié)果轉(zhuǎn)換到時域，其效率受到快速傅里葉變換的影響，但是這種方法在分析過程中不改變分布參數(shù)元件的分布性質(zhì)，因此不存在電路穩(wěn)定性的問題；基于等效電路的系統(tǒng)分析方法，利用互連線導納矩陣的約簡形式，可以很方便和高效地處理

5、包含分布參數(shù)互連線的網(wǎng)絡(luò)，并且可以嵌入到一般的電路軟件中進行仿真分析。該方法將傳統(tǒng)的MNA拓展到包含分布元件的情況，可以直接用來分析混合參數(shù)電路網(wǎng)絡(luò)。
　　 (3)針對互連線的分布參數(shù)模型階數(shù)高(無窮階)，從而導致仿真效率低和占用內(nèi)存多的問題，提出了一種基于小波分析的約簡算法，得到了穩(wěn)定的滿足精度要求的無窮階模型的有限階逼近式，提高了仿真效率并減少了計算機的資源消耗。研究了高速分布參數(shù)互連系統(tǒng)模型的約簡問題，證明了約簡所得模型的

6、無源性，從而保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。算法不需要對互連線作離散化處理，就可以對非均勻互連線進行約簡，并且能夠根據(jù)逼近精度的要求，自動調(diào)整所選擇逼近空間的水平。
　　 (4)針對由于互連線引起的延時間題，提出了一種基于兩極點近似的分布參數(shù)互連線等效Elmore延時模型、單一走線寬度優(yōu)化算法和延時.面積有效優(yōu)化算法，達到了減小系統(tǒng)延時和走線占用片上面積的效果。研究了高速互連系統(tǒng)走線的優(yōu)化設(shè)計問題，根據(jù)實際應用的需要，研究了單一走線寬度的優(yōu)