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(jì)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(shí)際應(yīng)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(jì)方法難以滿足高精度、高效率的實(shí)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(jì)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(jì)框架，給出針對(duì)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(jì)及性能評(píng)估的依據(jù)和指導(dǎo)。本文的主要研究成果如下：
　　 (1

2、)針對(duì)在互連線時(shí)域分析中采用傳統(tǒng)方法分析階躍響應(yīng)時(shí)存在間斷的過(guò)渡區(qū)過(guò)寬或間斷后出現(xiàn)振蕩、仿真效率不高和編程實(shí)現(xiàn)部分依賴于具體電路的問(wèn)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(shí)域分析方法，有效地解決了間斷后的過(guò)渡區(qū)和振蕩問(wèn)題，提高了計(jì)算效率，減小了需要的存儲(chǔ)空間，且易于編程實(shí)現(xiàn)。推導(dǎo)出了用于編程計(jì)算的表達(dá)形式和計(jì)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(dāng)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(wèn)題，對(duì)單根線和耦合線的處理方法相同，具有較強(qiáng)的通用性，并且對(duì)時(shí)間和空間步長(zhǎng)的選擇也較為靈活。
　　 (2)針對(duì)互連線頻域分析中因所得表達(dá)形式復(fù)雜、仿真效率低而難以高效地應(yīng)用于大規(guī)模的實(shí)際工程問(wèn)題，根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)合，分別提出了基于簡(jiǎn)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(jiǎn)潔的系統(tǒng)表達(dá)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(wèn)題，證明了中間所得相關(guān)系統(tǒng)的無(wú)源性，同時(shí)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(jìn)行計(jì)算，再通過(guò)快速傅里葉變換將頻域計(jì)算結(jié)果轉(zhuǎn)換到時(shí)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(guò)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(wèn)題；基于等效電路的系統(tǒng)分析方法，利用互連線導(dǎo)納矩陣的約簡(jiǎn)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(jìn)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(lái)分析混合參數(shù)電路網(wǎng)絡(luò)。
　　 (3)針對(duì)互連線的分布參數(shù)模型階數(shù)高(無(wú)窮階)，從而導(dǎo)致仿真效率低和占用內(nèi)存多的問(wèn)題，提出了一種基于小波分析的約簡(jiǎn)算法，得到了穩(wěn)定的滿足精度要求的無(wú)窮階模型的有限階逼近式，提高了仿真效率并減少了計(jì)算機(jī)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(jiǎn)問(wèn)題，證明了約簡(jiǎn)所得模型的

6、無(wú)源性，從而保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。算法不需要對(duì)互連線作離散化處理，就可以對(duì)非均勻互連線進(jìn)行約簡(jiǎn)，并且能夠根據(jù)逼近精度的要求，自動(dòng)調(diào)整所選擇逼近空間的水平。
　　 (4)針對(duì)由于互連線引起的延時(shí)間題，提出了一種基于兩極點(diǎn)近似的分布參數(shù)互連線等效Elmore延時(shí)模型、單一走線寬度優(yōu)化算法和延時(shí).面積有效優(yōu)化算法，達(dá)到了減小系統(tǒng)延時(shí)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(jì)問(wèn)題，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的需要，研究了單一走線寬度的優(yōu)