基于spice3f5的射頻器件建模工具設計

1、引言

隨著(zhù)半導體工業(yè)的飛速發(fā)展，新型電力電子器件不斷涌現，用戶(hù)對器件建模的需求越來(lái)越迫切，對專(zhuān)用建模工具的開(kāi)發(fā)提出了新的挑戰。本文基于開(kāi)放工業(yè)標準仿真源碼開(kāi)發(fā)了輕便專(zhuān)用的器件建模工具。

2、仿真模塊設計

SPICE模型已被廣泛用于電子設計中，本文器件參數提取按照spice語(yǔ)法對輸入等效電路進(jìn)行解析，對開(kāi)發(fā)源碼spice3f5導出相關(guān)接口作為仿真內核，從而完成仿真模塊設計。

2.1、接口設計

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

其接口函數如表1所示。

2.2、spice語(yǔ)法參數提取

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

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

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，構造對應類(lèi)型對象保存模塊信息并將指針保存到對應的指針鏈表中；第二次遍歷完成最終輸入 仿真網(wǎng)表文件。這一過(guò)程跳過(guò)子電路或模型定義，定位至實(shí)例化語(yǔ)句，解析出該實(shí)例對應的模塊名和實(shí)例名，然后根據模塊名找到指向該子模塊對象的指針，將該實(shí) 例名添加到該模塊的實(shí)例鏈表中。擴展該實(shí)例需要該實(shí)例對應模塊的定義語(yǔ)句，通過(guò)獲取的模塊指針調用其方法構造由實(shí)例名定義子模塊語(yǔ)句并保存到字符串鏈表 中，然后將其添加到語(yǔ)句鏈表中。

3、圖形顯示模塊

仿真數據與實(shí)際測量數據的對比需要以不同的圖形特征作對比，然后通過(guò)不斷調節一系列參數值重新仿真，尋求兩組相關(guān)曲線(xiàn)的最佳擬合點(diǎn)?，F就對仿真曲線(xiàn)中的smith阻抗圖的實(shí)現作一介紹。

3.1、smith阻抗圖

Smith阻抗圖在測量某高頻電路的負載時(shí)能夠直觀(guān)的在smith圖上顯示負載阻抗及反射系數[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。

定義如下數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，用設備上下文DC繪制圓Eclipse所需參數為該圓外接矩形，畫(huà)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。

等阻圓外接矩形左上角和右下角坐標分別為（x取自數組dRadius）：

[（x-1）/（x+1），1/（x+1）]和[1,-1/（x+1）]

以上為歸一化到單位圓內的轉換關(guān)系，繪圖時(shí)需設定坐標原點(diǎn)，確定放大比例。

3.2、擴充功能

在建模過(guò)程中，需要不斷觀(guān)測曲線(xiàn)調節參數使之與實(shí)測曲線(xiàn)擬合，而放大及記憶功能為此提供了便利。

我們需維護兩個(gè)放大參數：放大區域中心點(diǎn)及放大比例。

每次拖動(dòng)方框局部放大時(shí)調用InvalidateRect只刷新圖形顯示區域，然后訪(fǎng)問(wèn)存儲的放大比例更新smith最大半徑。再用內存DC創(chuàng )建圖形顯示區 域大小的位圖，用內存DC只需要繪制放大之后的部分區域。然后根據放大中心點(diǎn)確定位圖的視圖原點(diǎn)，設置屏幕DC的視圖原點(diǎn)為smith圓圖的中心點(diǎn)，最后 調用BitBlt函數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(fǎng)問(wèn)放大信息數組中的上一組參數，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，要做好內存釋放的工作。

4、結束語(yǔ)

本文所述的基于spice3f5的建模工具將面向對象設計思想引入到仿真器的器件建模機制中，實(shí)現了模塊復用和快速原型化開(kāi)發(fā)，達到了縮短器件模型開(kāi)發(fā)周期和降低開(kāi)發(fā)成本的目的，對設計專(zhuān)用器件建模工具有一定的啟發(fā)作用。