專利名稱：散射參數等效電路無源性修正系統(tǒng)及方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種電路模擬系統(tǒng)及方法，尤其是關于一種散射參數等效電路無源性修正系統(tǒng)及方法。
背景技術：
在低頻電路中，電子組件(例如傳輸線)的尺寸相對于信號的波長而言可以忽略。 但在高頻微波電路中，由于波長較短，電子元器件的尺寸就無法忽略。微波網絡法將微波組件等效為電抗或電阻器件，將實際的導波傳輸系統(tǒng)等效為傳輸線，從而將實際的微波系統(tǒng)簡化為微波網絡。諸如電抗、電阻等不能夠產生電源的電子組件稱作無源性電子組件，只包括無源電子組件的電路稱作無源性電路。散射參數(scattering parameters,簡稱S參數)測量是微波電路分析的基本手段之一。S參數表示的是電路中各個端口之間的信號關系，如反射、損耗、串擾等，并被用來模擬電子元器件在不同頻率下的行為。目前，在高頻微波電路設計中，設計師對從電路中測量得到的S參數，利用向量擬合(vector fitting)算法產生S參數的有理函數(rational function approximation model)，根據該有理函數產生等效電路模型，再利用仿真軟件將此等效電路模型與其它電路系統(tǒng)連接后進行時域暫態(tài)分析。若等效電路模型不滿足無源性，會造成仿真軟件在時域求解過程中無法達到收斂的問題。為了保證等效電路模型滿足無源性，必須對不具有無源性的等效電路進行修正。S參數的有理函數有共通極值(common-pole)及非共通極值(non-common-pole) 兩種形式。通過實驗證明，通過向量擬合產生的S參數的共通極值形式(By Common-pole) 的有理函數曲線偏離S參數原始幅度曲線較遠，而使用向量擬合產生的S參數的非共通極值形式(By Non-common-pole)的有理函數更加逼近S參數的原始幅度曲線。也就是說，使用向量擬合產生的S參數的共通極值形式的有理函數誤差較大，使用向量擬合產生的S參數的非共通極值形式的有理函數精度較高。因此，本專利申請針對非共通極值形式所產生的等效電路進行無源性修正。

發(fā)明內容
鑒于以上內容，有必要提出一種散射參數等效電路無源性修正系統(tǒng)，可以對非共通極值形式的S參數等效電路進行無源性修正，以解決模擬收斂性問題。此外，還有必要提出一種散射參數等效電路無源性修正方法，可以對非共通極值形式的S參數等效電路進行無源性修正，以解決模擬收斂性問題。—種散射參數等效電路無源性修正系統(tǒng)，應用于計算裝置，該計算裝置與量測儀器相連接，該量測儀器量測電路上傳輸的信號，得到散射參數文件。該系統(tǒng)包括參數讀取模塊，用于讀取散射參數文件，該散射參數文件包括在不同頻率下從電路各端口量測到的散射參數；向量擬合模塊，用于對散射參數進行向量擬合產生散射參數的非共通極值形式的有理函數矩陣；無源性判斷模塊，用于判斷上述有理函數矩陣是否滿足無源性要求；無源性修正模塊，用于當所述有理函數矩陣不滿足無源性要求時，對該非無源性的有理函數矩陣進行無源性修正操作；及等效電路產生模塊，用于根據上述無源性的有理函數矩陣或者經過修正后得到的無源性有理函數矩陣產生等效電路。一種散射參數等效電路無源性修正方法，應用于計算裝置，該計算裝置與量測儀器相連接，該量測儀器量測電路上傳輸的信號，得到散射參數文件。該方法包括(a)讀取散射參數文件，該散射參數文件包括在不同頻率下從電路各端口量測到的散射參數；(b) 對散射參數進行向量擬合產生散射參數的非共通極值形式的有理函數矩陣；(c)判斷上述有理函數矩陣是否滿足無源性要求；(d)當所述有理函數矩陣不滿足無源性要求時，對該非無源性的有理函數矩陣進行無源性修正操作；及(e)根據上述無源性的有理函數矩陣或者經過修正后得到的無源性有理函數矩陣產生等效電路。相較于現有技術，本發(fā)明所提供的散射參數等效電路無源性修正系統(tǒng)及方法，可以對非共通極值形式的S參數等效電路進行無源性修正，以解決模擬收斂性問題。


圖1是本發(fā)明散射參數等效電路無源性修正系統(tǒng)較佳實施例的應用環(huán)境圖。圖2是圖1中散射參數等效電路無源性修正系統(tǒng)較佳實施例的功能模塊圖。圖3是本發(fā)明散射參數等效電路無源性修正方法較佳實施例的流程圖。圖4是圖3中步驟S12的實施流程圖。主要元件符號說明電路10量測儀器20計算裝置30S參數等效電路無源性修正系統(tǒng) 31S參數文件32處理器33存儲器34參數讀取模塊311向量擬合模塊312無源性判斷模塊313無源性修正模塊314等效電路產生模塊31具體實施例方式參閱圖1所示，是本發(fā)明散射參數(scattering parameters，簡稱S參數)等效電路無源性修正系統(tǒng)31 (以下簡稱系統(tǒng)31)較佳實施例的應用環(huán)境圖。該系統(tǒng)31應用于計算裝置30。該計算裝置30還包括處理器33及存儲器34。如圖1所示，該計算裝置30與量測儀器20相連接，該量測儀器20用于量測電路10上傳輸的信號，得到散射參數(scattering parameters,簡稱S參數)文件32。所述S參數文件32包括不同頻率點的S參數的值。該 S參數文件32可以存儲于存儲器34中。
系統(tǒng)31包括程序化代碼形式表現的各功能模塊，用于利用向量擬合算法根據S參數文件32產生S參數的有理函數矩陣，對該S參數的有理函數矩陣進行分析，以判斷是否滿足無源性，并在該S參數的有理函數矩陣不滿足無源性時，進行修正操作。所述向量擬合算法是指根據S參數文件32中的頻率點與S參數的值的對應關系，擬合出一個頻率與S參數的函數關系式。所述存儲器34用于存儲系統(tǒng)31的程序化代碼。處理器33執(zhí)行所述程序化代碼， 以實現系統(tǒng)31中各功能模塊的功能。在本實施例中，所述電路10為設計的無源性電路。所述量測儀器20為網絡分析儀。所述計算裝置30可以為個人電腦，筆記本，服務器，工作站，或其它具有數據處理功能的電子裝置。參閱圖2所示，是系統(tǒng)31的功能模塊圖。該系統(tǒng)31包括參數讀取模塊311、向量擬合模塊312、無源性判斷模塊313、無源性修正模塊314及等效電路產生模塊315。以下結合圖3所示的方法流程說明系統(tǒng)31的功能模塊311 315的功能。如圖3所示，是本發(fā)明散射參數等效電路無源性修正方法較佳實施例的流程圖。步驟S10，參數讀取模塊311讀取S參數文件32，該S參數文件32是通過量測不同頻率下電路10各端口傳輸的信號得到的。步驟S 11，向量擬合模塊312對S參數分別進行向量擬合算法，產生如下公式(1) 所示的S參數的非共通極值形式的有理函數矩陣。
(5)《2(力...^iw (^)S(S)^S(S)=Sl2(s) ... Sw(s)，其中，
，M rh]
，+ + .,...... ；.Srj(S)=Yj~附 1Π)
SN2{s) ... 5廁(力」5 + P1m3上述公式(1)中，^(力為利用向量擬合算法擬合出的頻率與S參數的函數關系式， M代表控制精度，N代表電路10的端口數目，rffl表示殘值，pffl代表極值，s = j ω，ω代表角
頻率，= VzT
ο步驟S12，無源性判斷模塊313通過分析，判斷公式(1)所示的S參數的非共通極值形式的有理函數矩陣是否滿足無源性要求。以下，參照圖4，介紹該步驟S12的詳細實施流程。首先，步驟S120，無源性判斷模塊313將S參數的非共通極值形式的有理函數矩陣轉換為狀態(tài)空間矩陣。例如，無源性判斷模塊313將公式(1)所示的有理函數矩陣結合如下公式Oa)及Ob)的表達方式轉換為如下公式(3)所示的狀態(tài)空間矩陣
權利要求
1.一種散射參數等效電路無源性修正系統(tǒng)，應用于計算裝置，該計算裝置與量測儀器相連接，該量測儀器量測電路上傳輸的信號，得到散射參數文件，其特征在于，該系統(tǒng)包括參數讀取模塊，用于讀取散射參數文件，該散射參數文件包括在不同頻率下從電路各端口量測到的散射參數；向量擬合模塊，用于對散射參數執(zhí)行向量擬合算法，產生散射參數的非共通極值形式的有理函數矩陣；無源性判斷模塊，用于判斷上述有理函數矩陣是否滿足無源性要求；無源性修正模塊，用于當所述有理函數矩陣不滿足無源性要求時，對該非無源性的有理函數矩陣進行無源性修正操作；及等效電路產生模塊，用于根據上述無源性的有理函數矩陣或者經過修正后得到的無源性有理函數矩陣產生等效電路。
2.如權利要求1所述的散射參數等效電路無源性修正系統(tǒng)，其特征在于，所述無源性判斷模塊判斷上述有理函數矩陣是否滿足無源性要求包括將所述有理函數矩陣轉換為狀態(tài)空間矩陣，將轉換得到的狀態(tài)空間矩陣代入漢密爾頓矩陣進行分析，根據漢密爾頓矩陣的特征值是否包括純虛數值來判斷該有理函數矩陣是否滿足無源性。
3.如權利要求2所述的散射參數等效電路無源性修正系統(tǒng)，其特征在于，若漢密爾頓矩陣的特征值包括純虛數值，則無源性判斷模塊判斷所述有理函數矩陣不滿足無源性，若漢密爾頓矩陣的特征值不包括純虛數值，則無源性判斷模塊判斷所述有理函數矩陣滿足無源性。
4.如權利要求1所述的散射參數等效電路無源性修正系統(tǒng)，其特征在于，所述無源性修正模塊對非無源性的有理函數矩陣進行無源性修正操作包括將如下公式(1)所示的散射參數的非共通極值形式的有理函數矩陣轉換成如下的公式⑵^1O)次20) ... ‘0)S(S)^S(S)=民2⑶...Sm(s)，其中，.....................^M r',J( 1 )An0)之20) ... ⑷ S+ P1n;1“M 1,1M 1,2M rl,N “ZfmrmrTHv+ L 1,2 ··· Lu ι,Nm=l ‘3 Fm m=l ‘3 Fmm=l ‘3 FmM 2,1M 2,2M 2,Λ ..γ πrmST rmST rmm rl,J到=z. 2,i ζ. 2,2 …L· 2,ν =yyy m..Eii ,’、LJ m=1 S Pm m=i S Pm十尸Δ- Δ- Δ- , IJ IJ (2)OT=I i=l J=I Λ 卞 FmM ^lNM 2,Λ M VN,NΣ'ηι'm'mv+ L 2,N ··· L· N,N_m=\ S t pmΛ 十 pmm=l N t pm _公式(2)中的E矩陣表示成公式(3)
5.一種散射參數等效電路無源性修正方法，應用于計算裝置，該計算裝置與量測儀器相連接，該量測儀器量測電路上傳輸的信號，得到散射參數文件，其特征在于，該方法包括(a)讀取散射參數文件，該散射參數文件包括在不同頻率下從電路各端口量測到的散射參數；(b)對散射參數執(zhí)行向量擬合算法，產生散射參數的非共通極值形式的有理函數矩陣；(c)判斷上述有理函數矩陣是否滿足無源性要求；(d)當所述有理函數矩陣不滿足無源性要求時，對該非無源性的有理函數矩陣進行無源性修正操作；及(e)根據上述無源性的有理函數矩陣或者經過修正后得到的無源性有理函數矩陣產生等效電路。
6.如權利要求5所述的散射參數等效電路無源性修正方法，其特征在于，所述(c)包括將所述有理函數矩陣轉換為狀態(tài)空間矩陣；及將轉換得到的狀態(tài)空間矩陣代入漢密爾頓矩陣進行分析，根據漢密爾頓矩陣的特征值是否包括純虛數值來判斷該有理函數矩陣是否滿足無源性。
7.如權利要求6所述的散射參數等效電路無源性修正方法，其特征在于，若漢密爾頓矩陣的特征值包括純虛數值，則判斷所述有理函數矩陣不滿足無源性，若漢密爾頓矩陣的特征值不包括純虛數值，則判斷散所述有理函數矩陣滿足無源性。
8.如權利要求5所述的散射參數等效電路無源性修正方法，其特征在于，所述(d)包括將如下公式(1)所示的散射參數的非共通極值形式的有理函數矩陣轉換成如下的公式⑵
全文摘要
一種散射參數等效電路無源性修正方法，包括讀取散射參數文件，該散射參數文件包括在不同頻率下從電路各端口量測到的散射參數；對散射參數進行向量擬合產生散射參數的非共通極值形式的有理函數矩陣；判斷上述有理函數矩陣是否滿足無源性要求；當所述有理函數矩陣不滿足無源性要求時，對該非無源性的有理函數矩陣進行無源性修正操作；及根據上述無源性的有理函數矩陣或者經過修正后得到的無源性有理函數矩陣產生等效電路。本發(fā)明還提供一種散射參數等效電路無源性修正系統(tǒng)。本系統(tǒng)及方法可以對非共通極值形式的S參數等效電路進行無源性修正，以解決模擬收斂性問題。
文檔編號G06F17/50GK102486810SQ20101057307
公開日2012年6月6日 申請日期2010年12月4日 優(yōu)先權日2010年12月4日
發(fā)明者曾文亮, 李政憲, 李昇軍, 白育彰, 許壽國 申請人:鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司, 鴻海精密工業(yè)股份有限公司