非线性电路时域模型降阶方法及装置的制作方法.docx

非线性电路时域模型降阶方法及装置的制作方法专利名称：非线性电路时域模型降阶方法及装置的制作方法技术领域：本发明属于集成电路设计领域，涉及一种非线性电路时域模型降阶方法及装置背景技术：为了缩短电路仿真时间，在快速电路仿真和建模中广泛应用模型降阶方法随着线性时不变系统模型降阶方法的成熟，非线性系统的模型降阶逐渐受到关注对于弱非线性系统，其模型降阶方法主要是将非线性系统在某一个平衡点附近展开逼近为线性系统， 然后利用Krylov子空间投影的方法来产生线性化后系统的投影矩阵[1-3]，获得降阶系统由于该方法中非线性系统只在一个平衡点附近逼近，因此这些方法只对弱非线性系统适用对于强非线性系统，只在一个平衡点附近展开，不能有效的捕捉到强非线性特性 一个自然的想法是将强非线性系统在多个平衡点展开，这就引出了基于轨迹的非线性模型降阶方法W-6]在基于轨迹的非线性模型降阶方法中，通过一个“训练输入”在非线性系统状态空间形成一条轨迹，在这条轨迹上选择多个展开的平衡点在这些平衡点上，对强非线性系统通过分段线性或是分段多项式系统逼近，对这些分段线性或是分段多项式系统通过矩匹配和平衡截断方法降阶即可获得最后的非线性系统降阶模型[7-9]。

对于非线性系统，更关注其时域特性，但是，已有的这些非线性模型降阶方法中， 最终的降阶过程都是在频域完成的，在频域引入的误差在时域会造成无法预测和控制的误差因此，需要一种时域的非线性系统模型降阶方法，以提高时域降阶精度，并对时域的降阶误差进行控制，提高非线性模型降阶的效率和精度与本发明相关的现有技术有如下参考文献J. R. Phillips, "Projection frameworks for model reduction of weakly nonlinear systems, ” in Proc. IEEE/ACM Des. Au torn. Conf.，2000，pp. 184 - 189.Y. Chen, “Model order reduction for nonlinear systems, ” Μ. S. thesis, MITj Cambridge, MAj Sep. 1999.J. R. Phillips， “Automated extraction of nonlinear circuit macromodels, ” in Proc. Custom Integr. Circuits Conf.， 2000， pp. 451 454.M. Rewienski and J. White, “A trajectory piecewise-linear approach to model order reduction and fast simulation of nonlinear circuits and micromachined devices, ” IEEE Trans. Comput. -Aided Design In tegr. Circuits Syst.，vol. 22，no. 2，pp. 155 - 170，Feb. 2003.D. Vasilyevj M. Rewienskij and J. White, "A TBR-based trajectory piecewise-1inear algorithm for generating accurate low-order models for nonlinear analog circuits and MEMS, ” in Proc. IEEE/ACM Des. Au torn. Conf.，2003， pp. 490 - 495.N. Dong and J. Roychowdhuryj “Piecewise polynomial nonlinear modelreduction, “ in Proc. IEEE/ACM Des. Au torn. Conf. , 2003， pp. 484 - 489.K. Glover, "All optimal Hankel-norm approximations of linear multivariable systems and their error bounds,，，Int. J. Control, vol. 39, no. 6, pp. 1115-1193，Jun. 1984.A. Ghafoor and V. Sreeram, "Model reduction via limited frequency interval gramians, ” IEEE Trans. Circuits Syst. I，Reg. Papers, vol. 55, no. 9, pp. 2806 - 2812，Oct. 2008.P. Heydari and M. Pedram, "Model-order reduction using variational balanced truncation with spectral shaping, ” IEEE Trans. Circuits Syst. I，Reg. Papers, vol. 53，no. 4，pp. 879 - 891，Apr. 2006.发明内容本发明的目的是克服现有技术的缺陷和不足，提供一种非线性电路时域模型降阶方法及装置。

具体而言，本发明提供的方法首先通过“训练信号”在状态空间形成轨迹，在该轨迹上选择展开点对非线性电路采用分段线性的方法进行逼近，然后采用基于小波配置的时域模型降阶方法，得到最后的降阶模型；本发明在时域对非线性系统直接进行模型降阶，可保证非线性系统时域的降阶精度，并能对时域的误差进行控制，从而可以获得更为精确和紧凑的降阶模型，提高仿真精度和效率本发明一种非线性电路时域模型降阶方法步骤如下(见图1) 步骤201 读取电路网表文件，写成状态空间方程形式；步骤202 利用“训练输入”获取系统状态轨迹，在状态轨迹上选取展开点，对非线性系统进行分段线性化处理；步骤203 对于分段线性系统中的每一个线性系统，使用小波基产生合适的投影矩阵； 分步骤31 将待求的时间区间投影到小波基时间区域；分步骤32 根据误差分布要求构造非线性压扩函数^ = g(i),构造压扩小波基函数； 分步骤33 确定小波基的阶数并将状态变量用压扩后的小波基展开； 分步骤34:在配置点上对线性系统进行离散，获得小波基展开系数所满足的 Sylvester 方禾呈；分步骤35 求解sylvester方程获得小波基展开系数；步骤204:根据每个线性系统的投影矩阵，得到最后的总的投影矩阵对分段线性系统进行模型降阶获得非线性系统的降阶模型。

本发明提供的一种应用非线性电路时域模型降阶方法的装置(112)(如图2所示)，包括输入单元(102)、输出单元(103)、程序存储单元(105)、内存(106)、存储管理单元 (107)、输入输出桥接单元(108)、处理器(109)、外部总线(110)和系统总线(111)所述输入单元(102)、输出单元(103)和程序存储单元(105)直接连接到所述外部总线(110)；外部总线(110)通过输入输出桥接单元(108)与所述系统总线(111)相连；所述内存(106)通过存储管理单元(107)连接到系统总线(111);所述处理器(109)直接连接到系统总线(111);在程序存储单元(105)中存储有实现本发明非线性电路时域模型降阶方法的 TPWL-wavelet 程序(104)将本发明非线性电路时域模型降阶方法用C/C++/F0RTRAN等编程语言实现并经过编译就可得到TP^fL-wavelet程序(104)待测非线性电路特征数据(101)通过输入单元(102)传输至分析装置(112);分析装置(112)通过输出单元(103)对外传送分析结果非线性电路模型降阶装置(112)对非线性电路进行模型降阶时，通过输入单元 (102)输入非线性电路特征数据(101)至内存(106)。

输入单元可以是键盘、外部存储设备或网络连接同时，实现本发明非线性电路时域模型降阶方法的TPffL-wavelet程序(104) 也被载入内存处理器(109)执行TPffL-wavelet程序(104)对非线性电路进行模型降阶， 降阶结果经过输出单元以图形或文本的形式通过输出单元(103)提供给用户这一装置的典型实例为一台包含4GB内存、htel Xeon 3. OGHz处理器以及硬盘驱动器的工作站处理器(109)利用Linux操作系统来执行程序存储单元(105)所存储的实现本发明非线性电路时域模型降阶方法的TPffL-wavelet程序本发明的非线性电路时域模型降阶方法具有良好的特性1、针对非线性电路，时域瞬态等特性相对重要，而传统的模型降阶方法，都通过频域降阶方法完成，因此将最后的降阶系统重新变换到时域时，可能会引入很大误差，这就使得其后的仿真精度受到累积的误差影响而通过本发明的方法，可以直接在时域进行降阶，避免了从频域转化为时域的误差，这就使得误差精度得到保证2、采用小波基进行模型降阶，可以通过在时域对小波基函数非线性压扩，实现对降阶时域误差的控制这样可以进一步提高降阶后的模型在时域的精度，避免了误差累积。

本发明一种非线性电路时域模型降阶方法及装置，提高时域降阶精度，并对时域的降阶误差进行控制，提高非线性模型降阶的效率和精度，应用前景良好为了便于理解，下面通过附图和具体实施例对本发明进行详细的描述需要特别指出的是，具体实施例和附图仅是为了说明，显然本领域的技术人员可以根据本文说明，对本发明进行各种修正或改变，这些修正和改变也将纳入本发明范围之内图1是本发明非线性电路模型降阶方法流程图2是应用本发明非线性电路模型降阶方法的装置；其中，101是非线性电路特征数据，102是输入单元，103是输出单元，104是TP^fL-wavelet程序，105是程序存储单元，106 是内存，107是存储管理单元，108是输入输出桥接单元，109是处理器，110是外部总线，111 是系统总线和112是非线性电路模型降阶装置图3是本发明状态空间线性化示意图； 图4是本发明非线性电阻网络电路图5是对于非线性电阻电路，本发明方法与M. Rewienski和J. White2003年在国际期刊 IEEE Trans. Comput. -Aided Design Integr. Circuits Syst.上发表的论 JC "A trajectory piecewise-linear approach to model order reduction and fast simulation of nonlinear circuits and micromachined devices，，所米用白勺方^去白勺时域相对误差比较曲线图6是套筒式运算放大器的电路示意图；图7是对于套筒式运算放大电路，本发明方法与Μ. Rewienski和J. White2003年在国际期刊 IEEE Trans. Comput. -Aided Design Integr. Circuits Syst.上发表的论 JC "A trajectory piecewise-linear approach to model order reduction and fast simulation of nonlinear circuits and micromachined devices，，所米用白勺方^去白勺时域相对误差比较曲线图8是运算跨导放大器的电路示意图9是对于运算跨导放大器，本发明方法与M. Rewienski和J. White2003年在国际期刊 IEEE Trans. Comput. -Aided Design Integr. Circuits Syst.上发表的论 JC "A t。