教你如何在CST MWS中提取SPICE模型

來(lái)源：edatop 更新時(shí)間：2024-08-31 閱讀：

使用網(wǎng)絡(luò)參數(shù)提?。╪etwork parameter extraction）可以產(chǎn)生一個(gè)SPICE 網(wǎng)絡(luò)模型。在求解器計(jì)算結(jié)果的基礎(chǔ)上，可以使用兩種方法提取SPICE 網(wǎng)絡(luò)模型。第一種是基于傳輸線(xiàn)模型（transmission line model）的方法，該方法提取出的網(wǎng)絡(luò)單元具有固定的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；第二種方法是MOR（Model Order Reduction），這種方法提取出的網(wǎng)絡(luò)單元的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是任意的。
1) 基于傳輸線(xiàn)模型提取網(wǎng)絡(luò)參量
傳輸線(xiàn)方法提取出的 SPICE 模型由集總元件R，L，C，G，K 組成，這些參數(shù)都是由S 參量計(jì)算得到的。
這種方法非常適合于雙線(xiàn)傳輸線(xiàn)（coupled transmission lines）的網(wǎng)絡(luò)，比如連接器、IC packages、微帶線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)等。由于拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是固定的，集總參數(shù)通過(guò)校準(zhǔn)之后其響應(yīng)與分布式系統(tǒng)很匹配。
下面的部分闡述了模型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及如何由 S 參量計(jì)算網(wǎng)絡(luò)參量，因此需要預(yù)先計(jì)算S 參量。參數(shù)提取目前支持由時(shí)域求解器和頻域求解器求出的S 參量。
a) 一根單獨(dú)的傳輸線(xiàn)
我們首先來(lái)考慮一根簡(jiǎn)單的無(wú)損耗傳輸線(xiàn)（此處是一個(gè)微帶線(xiàn)）。如果傳輸線(xiàn)的是電小的（長(zhǎng)度小于十分之一波長(zhǎng)），則能夠很準(zhǔn)確地等效成一個(gè)T 行網(wǎng)絡(luò)。

對(duì)于有耗結(jié)構(gòu)，可以在電感的基礎(chǔ)上再串聯(lián)一個(gè)電阻，在電容的基礎(chǔ)上再并聯(lián)一個(gè)電導(dǎo)。等效模型如下：

如果傳輸線(xiàn)是電大的，長(zhǎng)度大于十分之一波長(zhǎng)，集總參數(shù)網(wǎng)絡(luò)模型依然可以描述波沿線(xiàn)的傳播。這種情況下，可以使用傳輸線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)級(jí)聯(lián)，級(jí)聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)個(gè)數(shù)可以人為設(shè)定。多個(gè)網(wǎng)絡(luò)的級(jí)聯(lián)會(huì)增加模型的復(fù)雜性，但同時(shí)也會(huì)提高準(zhǔn)確度。通常的一個(gè)準(zhǔn)則是：每十分之一波長(zhǎng)一級(jí)。因此，如果傳輸線(xiàn)長(zhǎng)度為一個(gè)波長(zhǎng)，則十個(gè)網(wǎng)絡(luò)級(jí)聯(lián)后的結(jié)果就能夠達(dá)到足夠精度了。
下圖顯示了級(jí)聯(lián)的傳輸線(xiàn)模型：

b) 雙線(xiàn)傳輸線(xiàn)
先前我們只考慮了單獨(dú)的一根傳輸線(xiàn)。下一步考慮兩根平行傳輸線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)（微帶線(xiàn)），如下圖所示：

兩根傳輸線(xiàn)之間的串?dāng)_可以用耦合電容（C）和耦合理想變壓器（K）。
下圖顯示了兩根傳輸線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：

c) 總結(jié)
網(wǎng)絡(luò)模型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)由傳輸線(xiàn)的個(gè)數(shù)和級(jí)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的個(gè)數(shù)決定。
集總參數(shù)值是由三維模型的S 參量計(jì)算得到的，因此集總參數(shù)模型的響應(yīng)與物理模型的響應(yīng)是匹配的（matches closely）。因此要設(shè)置提取頻率（extraction frequency）來(lái)限制上限頻率，從而保證近似結(jié)果的精確度。上限頻率可以根據(jù)需要設(shè)置的高一些，但是沒(méi)有必要比必須的值更高，因?yàn)榻普`差隨著頻帶寬度的增加而增加。
2) 利用模式降階法（MOR-Model Order Reduction）來(lái)提取網(wǎng)絡(luò)參數(shù)
模式降階法提取網(wǎng)絡(luò)參數(shù)也是依據(jù) S 參量來(lái)進(jìn)行的。從這些S 參量可以確定網(wǎng)絡(luò)的主要極點(diǎn)（subset of system poles），從而用提取的SPICE 模型來(lái)逼近由全波方法所得出的S 參量。所提取的模型由電阻、電容、電感和受控源組成。與傳輸線(xiàn)模型網(wǎng)絡(luò)參量所不同的是，模式降階法求出的SPICE 模型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不是固定的。
模式降階法適合于滿(mǎn)足以下三個(gè)要求的模型：
a) 輸入輸出信號(hào)之間的延時(shí)非常?。?br />b) 端口阻抗是固定的；
c) 仿真的頻率應(yīng)該包括 0Hz。
3) CST 自帶的SPICE 模型提取的例子（基于傳輸線(xiàn)模型Transmission Line 的Spice 提?。?br />a) 例子打開(kāi)途徑
第一種打開(kāi)方法為打開(kāi) CST 工作室套裝，進(jìn)入微波工作室界面。在主菜單中點(diǎn)擊Help → Help Contents

在左側(cè)導(dǎo)航樹(shù)中選擇 Examples → CST MWS Examples → SPICE Model Extraction Examples，這里選擇IC Package。

點(diǎn)擊“Run Example”，在跳出的對(duì)話(huà)框中選擇“打開(kāi)”，便可將CST 自帶的例子直接調(diào)入一個(gè)新的CST 微波工作室界面中。
注意：所有 CST 自帶例子均是已經(jīng)求解完成的例子。若需要自己改變其中某些參數(shù)或設(shè)置重新計(jì)算的話(huà)，則建議最好先“另存為”一個(gè)新文件。否則，原始的例子將被覆蓋掉而丟失。

第二種途徑為直接從安裝目錄進(jìn)入：
E:\CST STUDIO SUITE 2008\Examples\MWS\SPICE Extract\IC Package。點(diǎn)擊ic package spice.cst 文件即可。
b) 如何提取?（以下以 IC Package SPICE 為例）
在時(shí)域求解器中僅設(shè)置 Port1 激勵(lì)，點(diǎn)擊Start 啟動(dòng)仿真。

仿真完成后在菜單中選擇 Results → Network Parameter Extraction → Transmission Line 基于傳輸線(xiàn)模型的SPICE 參量提取。

Network Parameter Extraction 對(duì)話(huà)框中在Frequency 里設(shè)置SPICE 參數(shù)適用的最高頻率，Number of cascades 中設(shè)置級(jí)聯(lián)階數(shù)，仿真完成后在菜單中選擇Results → Network Parameter Extraction → Transmission
Line 基于傳輸線(xiàn)模型的SPICE 參量提取。

單擊“Calculate”計(jì)算。結(jié)束后，單擊“Show Results”得到所有的集中參量元件表。

單擊“Create Netlist”，選擇保存路徑，便可得到.net 格式的元件表：

根據(jù)提取的 Spice 模型反計(jì)算出S 參量的宏在CST MWS 2008 中不再存在。
4) 基于模式降階法（MOR）SPICE 模型提取的例子這是一個(gè)多層差分線(xiàn)的例子。

將端口 1 和端口2 都設(shè)置成兩個(gè)模式的多芯端口，啟動(dòng)時(shí)域求解器并選擇所有端口的所有模式進(jìn)行激勵(lì)，以獲得全波S 參量。

下圖為仿真得到 0-30GHz 范圍內(nèi)的S 參量。

在菜單中選擇 Result →NetworkParameter Extraction → Model Order Reduction…，打開(kāi)MOR 網(wǎng)格參數(shù)提取對(duì)話(huà)框，如下圖所示，完成設(shè)置，點(diǎn)擊Start 提取網(wǎng)表文件。