專利名稱：用于s參數(shù)計算的設(shè)備和方法及其程序和記錄介質(zhì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于設(shè)計高頻電路等的S參數(shù)計算技術(shù)，更具體來說，涉及用于S參數(shù)計算的設(shè)備和方法及其程序和記錄介質(zhì)，其能夠準(zhǔn)確地計算由多個器件構(gòu)成的整個系統(tǒng)的S參數(shù)，并計算諸如纜線或布線的具有大縱橫比的單個器件的任意長度的S參數(shù)。
背景技術(shù)：
首先，解釋S參數(shù)。S參數(shù)是表示電路的輸入與輸出之間的關(guān)系的參數(shù)。如圖13中所示，當(dāng)從帶有4個端口端子的電路的端口1進(jìn)行輸入時，在從端口1到端口4中的各端口處將出現(xiàn)與特定特性相對應(yīng)的輸出。這些特性是針對端口1的反射、針對端口3的透射以及針對端口2和端口4的串?dāng)_。
圖13中所示電路的輸入與透射、反射及串?dāng)_的輸出之間的關(guān)系可表示為圖14中所示的矩陣計算的形式。圖14中的矩陣(復(fù)矩陣)的矩陣元素(S11和S44)即為S參數(shù)，它們表示了電路的輸入與輸出之間的關(guān)系。準(zhǔn)確地說，S參數(shù)表示多個端口中的電壓和相位的絕對值之間的關(guān)系。
下面把圖15中所示的帶有4個端口端子的電路的輸入/輸出作為示例進(jìn)行說明。在該圖中，假定附于相應(yīng)端口的標(biāo)號1到4表示端口編號，ai(1≤i≤4)表示從每個端口的輸入，而bi(1≤i≤4)表示每個端口的輸出。
圖15中所示的帶有4個端口端子的電路的輸入與輸出之間的關(guān)系，可通過矩陣元素由S參數(shù)S11到S44組成的復(fù)矩陣表示為b1b2b3b4=S11S12S13S14S21S22S23S24S31S32S33S34S41S42S43S44a1a2a3a4]]>可以通過三維電磁場分析和實際測量來提取S參數(shù)。使用通用電路仿真工具SPICE來執(zhí)行利用S參數(shù)的傳輸分析(transmission analysis)。SPICE通過合并輸入S參數(shù)來執(zhí)行傳輸分析。
當(dāng)計算連接有多個裝置的整個系統(tǒng)的S參數(shù)時，利用基于三維電磁場分析的技術(shù)通過把整個系統(tǒng)視為仿真對象來提取S參數(shù)的嘗試將使得仿真規(guī)模變得太大，以至于不能計算S參數(shù)。因此，基于三維電磁場分析的技術(shù)存在無法同時提取整個系統(tǒng)的S參數(shù)的問題。
例如，如圖16中所示，當(dāng)包括LSI 110、BGA(球柵陣列)111、聯(lián)接器112、BP(底板)113、為BP 113設(shè)置的通孔(未示出)、PCB(印刷電路板)114以及布線115的系統(tǒng)經(jīng)受三維電磁場分析時，網(wǎng)格數(shù)和計算時間增加，因此無法同時提取整個系統(tǒng)的S參數(shù)。
而且，不能通過三維電磁場分析以足夠的準(zhǔn)確度來提取具有大縱橫比的器件(例如，如圖17中所示的布線或纜線)的S參數(shù)，并且每當(dāng)布線或纜線等的長度改變時，都必須對所述S參數(shù)進(jìn)行實際測量。
另一方面，對于基于實際測量的技術(shù)，例如，如圖18中所示，當(dāng)將諸如探針(probe)的測量系統(tǒng)210接合在連接器112的上面和下面以測量連接器112的S參數(shù)時，被測量的S參數(shù)不僅包括連接器112的S參數(shù)，而且包括測量系統(tǒng)210的S參數(shù)，這導(dǎo)致在提取連接器112本身的S參數(shù)的過程中的準(zhǔn)確度降低的問題。
此外，還存在另一問題，即，難以測量諸如纜線或布線的具有大縱橫比的器件的S參數(shù)。
如上所述，傳統(tǒng)上一直難以計算由多個器件構(gòu)成的整個系統(tǒng)的S參數(shù)，因此，當(dāng)對整個系統(tǒng)進(jìn)行傳輸分析時，常規(guī)技術(shù)通過逐個地提取單個器件的S參數(shù)并在SPICE模型上連接所提取的S參數(shù)，來執(zhí)行傳輸分析。
例如，常規(guī)技術(shù)對圖16中所示的LSI 110、BGA 111、布線115以及連接器112獨立地執(zhí)行三維電磁場分析，逐個裝置地提取S參數(shù)，在如圖19中所示的SPICE模型上連接各個裝置的S參數(shù)，并執(zhí)行對如圖16中所示的整個系統(tǒng)的傳輸分析。
下面通過利用圖20A、圖20B以及圖21，對常規(guī)技術(shù)進(jìn)行更具體的闡述。假定提取了如圖20A中所示的附連試驗板(test coupon)211的S參數(shù)，并且執(zhí)行了使用SPICE的傳輸分析。在圖20A中，標(biāo)號212表示探針，115表示布線。圖20B是圖20A中所示的附連試驗板211的截面圖。圖20B中所示的附連試驗板211的標(biāo)記“SUS”表示一不銹鋼部分。
如圖20A中所示，S參數(shù)提取目標(biāo)范圍與長度為4cm的部分相對應(yīng)，該長度對應(yīng)于布線115的導(dǎo)線長度。由于S參數(shù)提取目標(biāo)范圍較長，所以無法作為單個模型來實現(xiàn)三維電磁場分析。因此，把附連試驗板211劃分成兩個區(qū)域左部和右部，并提取各個區(qū)域的S參數(shù)。
圖21示出了常規(guī)技術(shù)的原理。通過三維電磁場分析來單獨地提取所劃分的附連試驗板211的左部的S參數(shù)和右部的S參數(shù)。然后，根據(jù)提取的左部的S參數(shù)和右部的S參數(shù)來分別創(chuàng)建SPICE模型，并且這兩個SPICE模型被連接起來，并經(jīng)受傳輸分析。
沒有文獻(xiàn)描述用于執(zhí)行整個系統(tǒng)的傳輸分析的技術(shù)，這種技術(shù)基于多個S參數(shù)使用連接代碼來自動計算整個系統(tǒng)的S參數(shù)，獲取整個系統(tǒng)的S參數(shù)，然后創(chuàng)建SPICE模型。
當(dāng)使用常規(guī)技術(shù)來執(zhí)行傳輸分析時，對以下公式1中所示的逆FFT(快速傅立葉變換)執(zhí)行與在SPICE模型上所連接的S參數(shù)的個數(shù)相同的次數(shù)。
Y(t)=∫-∞tS(τ)x(t-τ)dτ]]>公式1公式1可按離散區(qū)表示為公式2Y(nΔt)=Σk=-(N-1)0S(kΔt)x((n-k)Δt)]]>公式2由于常規(guī)技術(shù)重復(fù)地在SPICE模型上連接S參數(shù)并按公式2執(zhí)行積分計算，誤差可能累積，從而產(chǎn)生影響傳輸分析的誤差。因此，難以執(zhí)行準(zhǔn)確的傳輸分析。
圖22示出了對圖20A中所示的附連試驗板211所施行的傳輸分析的結(jié)果，通過利用常規(guī)技術(shù)來提取如圖21中所示的左部和右部上的附連試驗板的S參數(shù)，并通過根據(jù)各個S參數(shù)來創(chuàng)建SPICE模型，來施行該傳輸分析。該圖中的細(xì)線表示測量值，而粗線表示使用SPICE的傳輸分析的結(jié)果。如圖22中由虛線所包圍的區(qū)域所示，當(dāng)利用常規(guī)技術(shù)來執(zhí)行SPICE傳輸分析時，可以觀察到產(chǎn)生了誤差(波形的擾動)。
而且，常規(guī)技術(shù)無法根據(jù)諸如纜線或布線的具有大縱橫比的單個器件的某些S參數(shù)來計算任意長度的S參數(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是提供用于計算S參數(shù)的裝置，其能夠解決上述常規(guī)技術(shù)的問題，準(zhǔn)確地計算由多個器件所組成的整個系統(tǒng)的S參數(shù)，并計算諸如纜線或布線的具有大縱橫比的單個器件的任意長度的S參數(shù)。
本發(fā)明采用了以下所述的技術(shù)。圖1示出了本發(fā)明的原理。例如，當(dāng)執(zhí)行對圖20A中所示的附連試驗板211的傳輸分析時，本發(fā)明執(zhí)行附連試驗板211的左部的S參數(shù)和右部的S參數(shù)(這些S參數(shù)已通過三維電磁場分析或?qū)嶋H測量而被單獨地提取出來了)的連接計算，并計算整個附連試驗板211的S參數(shù)。
利用由本發(fā)明所計算出的整個附連試驗板211的S參數(shù)，由SPICE進(jìn)行的傳輸分析只需要執(zhí)行一次公式2所示的逆FFT，從而能夠以最小的誤差執(zhí)行傳輸分析，并以高準(zhǔn)確度執(zhí)行傳輸分析。
即，本發(fā)明是一種用于計算由多個相同或不同器件組成的整個系統(tǒng)的S參數(shù)的S參數(shù)計算設(shè)備。該設(shè)備包括輸入裝置，用于輸入針對每個所述器件的S參數(shù)；端口位置對應(yīng)關(guān)系轉(zhuǎn)換裝置，用于轉(zhuǎn)換所輸入的S參數(shù)，以使其與每個所述器件的預(yù)設(shè)端口位置相對應(yīng)S參數(shù)/T參數(shù)轉(zhuǎn)換裝置，用于把所述轉(zhuǎn)換后的S參數(shù)轉(zhuǎn)換為針對每個所述器件的T參數(shù)；計算裝置，用于利用針對每個所述器件的T參數(shù)來執(zhí)行矩陣計算，并且計算所述整個系統(tǒng)的T參數(shù)；T參數(shù)/S參數(shù)轉(zhuǎn)換裝置，用于把所述整個系統(tǒng)的所述計算出的T參數(shù)轉(zhuǎn)換為所述整個系統(tǒng)的S參數(shù)；以及輸出裝置，用于輸出由所述T參數(shù)/S參數(shù)轉(zhuǎn)換裝置所獲得的所述整個系統(tǒng)的S參數(shù)。
而且，本發(fā)明是一種用于計算長度為一定長度L的N(N表示值為2或更大的任意整數(shù))倍的單個器件的S參數(shù)的S參數(shù)計算設(shè)備。該設(shè)備包括輸入裝置，用于輸入所述長度為L的單個器件的S參數(shù)；端口位置對應(yīng)關(guān)系轉(zhuǎn)換裝置，用于轉(zhuǎn)換所輸入的S參數(shù)，以使其與連接所述單個器件時的預(yù)設(shè)端口位置相對應(yīng)；S參數(shù)/T參數(shù)轉(zhuǎn)換裝置，用于把所述轉(zhuǎn)換后的S參數(shù)轉(zhuǎn)換為T參數(shù)；計算裝置，用于利用所述T參數(shù)執(zhí)行矩陣計算，將對被順序連接的長度與所述長度為L的單個器件的長度相對應(yīng)的單個器件的T參數(shù)的計算過程重復(fù)(N-1)次，并且計算長度為L×N的單個器件的T參數(shù)；T參數(shù)/S參數(shù)轉(zhuǎn)換裝置，用于把所述長度為L×N的單個器件的所述計算出的T參數(shù)轉(zhuǎn)換為長度為L×N的單個器件的S參數(shù)；以及輸出裝置，用于輸出由所述T參數(shù)/S參數(shù)轉(zhuǎn)換裝置所獲得的所述長度為L×N的單個器件的S參數(shù)。
而且，本發(fā)明是一種用于計算由多個相同或不同器件組成的整個系統(tǒng)的S參數(shù)的方法。該方法包括以下步驟輸入步驟，輸入針對每個所述器件的S參數(shù)；端口位置對應(yīng)關(guān)系轉(zhuǎn)換步驟，轉(zhuǎn)換所輸入的S參數(shù)，以使其與每個所述器件的預(yù)設(shè)端口位置相對應(yīng)S參數(shù)/T參數(shù)轉(zhuǎn)換步驟，把所述轉(zhuǎn)換后的S參數(shù)轉(zhuǎn)換為針對每個所述器件的T參數(shù)；計算步驟，利用針對每個所述器件的T參數(shù)來執(zhí)行矩陣計算，并且計算所述整個系統(tǒng)的T參數(shù)；T參數(shù)/S參數(shù)轉(zhuǎn)換步驟，把所述整個系統(tǒng)的所述計算出的T參數(shù)轉(zhuǎn)換為所述整個系統(tǒng)的S參數(shù)；以及輸出步驟，輸出由所述T參數(shù)/S參數(shù)轉(zhuǎn)換步驟所獲得的所述整個系統(tǒng)的S參數(shù)。
而且，本發(fā)明是一種用于計算由多個相同或不同器件組成的整個系統(tǒng)的S參數(shù)的S參數(shù)計算程序。該程序使得計算機執(zhí)行以下步驟輸入步驟，輸入針對每個所述器件的S參數(shù)；端口位置對應(yīng)關(guān)系轉(zhuǎn)換步驟，轉(zhuǎn)換所輸入的S參數(shù)，以使其與每個所述器件的預(yù)設(shè)端口位置相對應(yīng)；S參數(shù)/T參數(shù)轉(zhuǎn)換步驟，把所述轉(zhuǎn)換后的S參數(shù)轉(zhuǎn)換為針對每個所述器件的T參數(shù)；計算步驟，利用針對每個所述器件的T參數(shù)來執(zhí)行矩陣計算，并且計算所述整個系統(tǒng)的T參數(shù)；T參數(shù)/S參數(shù)轉(zhuǎn)換步驟，把所述整個系統(tǒng)的所述計算出的T參數(shù)轉(zhuǎn)換為所述整個系統(tǒng)的S參數(shù)；以及輸出步驟，輸出由所述T參數(shù)/S參數(shù)轉(zhuǎn)換步驟所獲得的所述整個系統(tǒng)的S參數(shù)。
而且，本發(fā)明是一種記錄S參數(shù)計算程序的計算機可讀記錄介質(zhì)，該S參數(shù)計算程序用于計算由多個相同或不同器件組成的整個系統(tǒng)的S參數(shù)。該程序使得計算機執(zhí)行以下步驟輸入步驟，輸入針對每個所述器件的S參數(shù)；端口位置對應(yīng)關(guān)系轉(zhuǎn)換步驟，轉(zhuǎn)換所輸入的S參數(shù)，以使其與每個所述器件的預(yù)設(shè)端口位置相對應(yīng)；S參數(shù)/T參數(shù)轉(zhuǎn)換步驟，把所述轉(zhuǎn)換后的S參數(shù)轉(zhuǎn)換為針對每個所述器件的T參數(shù)；計算步驟，利用針對每個所述器件的T參數(shù)來執(zhí)行矩陣計算，并且計算所述整個系統(tǒng)的T參數(shù)；T參數(shù)/S參數(shù)轉(zhuǎn)換步驟，把所述整個系統(tǒng)的所述計算出的T參數(shù)轉(zhuǎn)換為所述整個系統(tǒng)的S參數(shù)；以及輸出步驟，輸出由所述T參數(shù)/S參數(shù)轉(zhuǎn)換步驟所獲得的所述整個系統(tǒng)的S參數(shù)。
本發(fā)明以高準(zhǔn)確度計算由多個器件組成的整個系統(tǒng)的S參數(shù)。因此，根據(jù)本發(fā)明，與通過把每個器件的S參數(shù)轉(zhuǎn)換為SPICE模型來逐個地執(zhí)行傳輸分析的常規(guī)技術(shù)相比，可以更快且更準(zhǔn)確地執(zhí)行分析。
而且，根據(jù)本發(fā)明，甚至可以計算針對諸如纜線或布線的具有大縱橫比的單個器件的任意長度的S參數(shù)。


圖1示出本發(fā)明的原理。
圖2示出S參數(shù)計算設(shè)備的結(jié)構(gòu)的示例。
圖3示出S參數(shù)文件的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的示例。
圖4示出從S參數(shù)到T參數(shù)的轉(zhuǎn)換。
圖5示出兩個4端口電路的連接。
圖6A示出輸入文件端口位置和基于輸入文件端口位置的S參數(shù)的示例。
圖6B示出代碼設(shè)置端口位置和基于代碼設(shè)置端口位置的S參數(shù)的示例。
圖7示出端口編號輸入屏面的示例。
圖8示出不同S參數(shù)的連接過程流程。
圖9示出任意長度的S參數(shù)的計算。
圖10示出任意長度的纜線的S參數(shù)計算過程流程的示例。
圖11示出本發(fā)明的應(yīng)用示例。
圖12A示出計算微帶線(micro strip line)的S參數(shù)時的反射特性。
圖12B示出計算微帶線的S參數(shù)時的傳輸特性。
圖13示出電路的輸入/輸出關(guān)系。
圖14示出S參數(shù)。
圖15示出帶有4個端口端子的電路的輸入/輸出關(guān)系。
圖16示出一個系統(tǒng)的示例。
圖17示出布線或纜線。
圖18示出連接器的S參數(shù)的測量示例。
圖19示出在SPICE模型上連接S參數(shù)。
圖20A示出附連試驗板。
圖20B是附連試驗板的截面圖。
圖21示出常規(guī)技術(shù)的原理。
圖22示出使用常規(guī)技術(shù)的傳輸分析結(jié)果。
具體實施例方式
圖2示出本發(fā)明的S參數(shù)計算設(shè)備的結(jié)構(gòu)的示例。在該圖中，標(biāo)號1表示S參數(shù)計算設(shè)備，其包括諸如CPU和存儲器的硬件以及軟件程序，10表示為每個所預(yù)先計算的S參數(shù)文件。在S參數(shù)計算設(shè)備1中，標(biāo)號11表示S參數(shù)文件輸入部，12表示端口位置對應(yīng)關(guān)系轉(zhuǎn)換部，13表示S參數(shù)/T參數(shù)轉(zhuǎn)換部，14表示連接計算部，15表示T參數(shù)/S參數(shù)轉(zhuǎn)換部，以及16表示S參數(shù)文件輸出部。
S參數(shù)文件輸入部11從預(yù)先設(shè)置的S參數(shù)文件10為構(gòu)成傳輸分析目標(biāo)系統(tǒng)的每個器件輸入S參數(shù)。而且，S參數(shù)文件輸入部11在計算纜線或布線等的任意長度的S參數(shù)時，還可以通過指定針對纜線或布線等的一部分所提取的S參數(shù)文件10來輸入S參數(shù)。
圖3示出S參數(shù)文件的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的示例。例如，如圖3中所示，S參數(shù)文件10針對每個頻率存儲S參數(shù)(S11到S44)。典型的數(shù)據(jù)格式是檢驗標(biāo)準(zhǔn)(Touchstone)格式。這里，某個頻率處的S參數(shù)表示為MA＝(幅值，幅角)。除此之外，還有DB＝(dB，幅角)和RI＝(實部，虛部)的記法，并且本發(fā)明還適用于其他記法的S參數(shù)。
端口位置對應(yīng)關(guān)系轉(zhuǎn)換部12執(zhí)行端口位置對應(yīng)關(guān)系轉(zhuǎn)換處理，其使得從S參數(shù)文件10輸入的S參數(shù)的端口位置與按為連接計算所預(yù)設(shè)的順序的端口位置相對應(yīng)，并對S參數(shù)進(jìn)行重排。后面將詳細(xì)描述該端口位置對應(yīng)關(guān)系轉(zhuǎn)換處理。
S參數(shù)/T參數(shù)轉(zhuǎn)換部13將S參數(shù)轉(zhuǎn)換為T參數(shù)，以使得可以進(jìn)行矩陣計算。例如，如圖4中所示，將S參數(shù)S11到S44轉(zhuǎn)換為T參數(shù)T11到T44。例如，圖4中所示的T參數(shù)是表示圖15中所示的電路的左側(cè)的輸入/輸出與右側(cè)的輸入/輸出之間的關(guān)系的矩陣元素。
連接計算部14執(zhí)行通過為每個器件轉(zhuǎn)換S參數(shù)而獲得的T參數(shù)的連接計算，并獲得待經(jīng)受傳輸分析的整個系統(tǒng)的T參數(shù)。T參數(shù)/S參數(shù)轉(zhuǎn)換部15將整個系統(tǒng)的T參數(shù)轉(zhuǎn)換為整個系統(tǒng)的S參數(shù)。S參數(shù)文件輸出部16輸出所計算出的整個系統(tǒng)的S參數(shù)。
下面將對根據(jù)本發(fā)明的S參數(shù)的連接計算進(jìn)行詳細(xì)闡述。S參數(shù)/T參數(shù)轉(zhuǎn)換部13如圖4中所示將每個器件的S參數(shù)轉(zhuǎn)換為T參數(shù)，從而使得可以連接電路。這是因為S參數(shù)表示電路的輸入與輸出之間的關(guān)系，而T參數(shù)表示電路的左側(cè)的輸入/輸出與右側(cè)的輸入/輸出之間的關(guān)系，因此可以使用矩陣計算來執(zhí)行連接/分離操作。
圖5示出兩個4端口電路的連接。在圖5中，aiA(1≤i≤4)和biA(1≤i≤4)表示電路A的從端口1到端口4中的每個端口的輸入和輸出，而aiB(1≤i≤4)和biB(1≤i≤4)表示電路B的從端口1到端口4中的每個端口的輸入和輸出。電路A的T參數(shù)為TA，而電路B的T參數(shù)為TB。
利用TA將電路A的左側(cè)的輸入/輸出與右側(cè)的輸入/輸出之間的關(guān)系表示為b1Ab3Aa1Aa3A=TA·a4Aa2Ab4Ab2A]]>而利用TB將電路B的左側(cè)的輸入/輸出與右側(cè)的輸入/輸出之間的關(guān)系表示為
b1Bb3Ba1Ba3B=TB·a4Ba2Bb4Bb2B]]>當(dāng)電路A的端口4連接到電路B的端口1并且電路A的端口2連接到電路B的端口3時有a4Aa2Ab4Ab2A=b1Bb3Ba1Ba3B]]>由此，根據(jù)圖5中所示的連接，整個電路的左側(cè)的輸入/輸出與右側(cè)的輸入/輸出之間的關(guān)系可通過以下公式3中所示的矩陣計算來表示b1Ab3Aa1Aa3A=TA·TB·a4Ba2Bb4Bb2B]]>公式3公式3中的兩個電路的T參數(shù)TA·TB的相乘結(jié)果變成連接后的整個電路的T參數(shù)。當(dāng)把連接后的該整個電路的T參數(shù)轉(zhuǎn)換為S參數(shù)時，可以獲得連接后的整個電路的S參數(shù)。
接下來，利用圖6A、圖6B以及圖7對由端口位置對應(yīng)關(guān)系轉(zhuǎn)換部12進(jìn)行的處理進(jìn)行詳細(xì)闡述。為測量S參數(shù)，對每個端子(端口)進(jìn)行編號。編號順序在實際測量的情況下為探針設(shè)置順序，而在三維電磁場分析的情況下為端口設(shè)置順序，并且編號順序可以隨測量者而變化。
端口編號被與S參數(shù)的矩陣元素編號相關(guān)聯(lián)，并且連接要求相同的端口編號排列。然而，實際測量與三維電磁場分析之間的端口位置不同。為解決此問題，在從S參數(shù)文件輸入S參數(shù)之后，本發(fā)明根據(jù)由代碼(程序)所預(yù)設(shè)的端口位置來對輸入S參數(shù)的矩陣元素進(jìn)行重排。
圖6A示出輸出文件端口位置和基于該輸入文件端口位置的S參數(shù)的示例，圖6B示出代碼設(shè)置端口位置和基于該代碼設(shè)置端口位置的S參數(shù)的示例。圖6A中的左圖示出輸入文件端口位置(即，與輸入文件的S參數(shù)相對應(yīng)的端口位置)，而圖6A中的右圖示出基于輸入文件的左圖中的端口位置的S參數(shù)。此外，圖6B中的左圖示出代碼設(shè)置端口位置(即，由代碼所預(yù)設(shè)的端口位置)，而圖6B中的右圖示出基于代碼設(shè)置端口位置的S參數(shù)。
在執(zhí)行連接計算的程序中，根據(jù)依照圖6B中的端口位置(編號)而排列的S參數(shù)來執(zhí)行計算處理，因此有必要根據(jù)代碼設(shè)置端口位置，將從S參數(shù)文件輸入的圖6A中的右圖中的S參數(shù)的元素轉(zhuǎn)換為如圖6B中的左圖中所示，并使用轉(zhuǎn)換后的S參數(shù)(S11到S44)。端口位置對應(yīng)關(guān)系轉(zhuǎn)換部12顯示圖7中所示的端口編號輸入屏面，輸入來自用戶的端口位置對應(yīng)關(guān)系信息，并執(zhí)行S參數(shù)元素的位置的轉(zhuǎn)換處理。
圖7示出用于端口位置對應(yīng)關(guān)系轉(zhuǎn)換處理的端口編號輸入屏面的示例。代碼設(shè)置端口位置(其為與圖6B中的左圖上相同的端口位置)示出在圖7中的輸入屏面中的右側(cè)。
在由圖7中的虛線所包圍的輸入文件端口位置設(shè)置屏面中，用戶在四個端口位置處輸入端口編號1到4。例如，在圖7中，通過輸入端口編號，設(shè)置了與圖6A中的左圖中相同的端口位置。圖6A中的右圖示出了對應(yīng)于這些輸入文件端口位置的S參數(shù)。如果用戶在設(shè)置了輸入文件端口位置之后點擊“確定”按鈕，則將如圖6A中的右圖所示的S參數(shù)的排列轉(zhuǎn)換為圖6B中的右圖中的S參數(shù)(S11到S44)。
在本發(fā)明中，根據(jù)代碼設(shè)置位置來轉(zhuǎn)換輸入文件的S參數(shù)。因此，即使輸入的S參數(shù)文件對應(yīng)于不同的端口位置，也可以轉(zhuǎn)換S參數(shù)。在本發(fā)明中，通過執(zhí)行上述端口位置對應(yīng)關(guān)系轉(zhuǎn)換處理，可以連接S參數(shù)的實際測量值和分析值。
圖8示出根據(jù)本發(fā)明的S參數(shù)的連接過程流程。首先，輸入通過實際測量或三維電磁場分析所獲得的構(gòu)成系統(tǒng)的多個器件的S參數(shù)文件(步驟S1)。接著，為了使得可以進(jìn)行對實際測量值和分析值組合的連接，根據(jù)代碼設(shè)置端口位置來轉(zhuǎn)換S參數(shù)(步驟S2)。
將S參數(shù)轉(zhuǎn)換為可對其應(yīng)用矩陣計算的T參數(shù)(步驟S3)。然后，使用公式3執(zhí)行連接計算(步驟S4)。把作為連接計算的計算結(jié)果的T參數(shù)轉(zhuǎn)換為S參數(shù)(步驟S5)，并把所計算出的S參數(shù)輸出為一文件(步驟S6)，然后處理結(jié)束。
在上述處理中，計算具有兩個器件的整個系統(tǒng)的S參數(shù)的計算時間約為10秒到20秒。因此，顯然，即使器件數(shù)目增加，也可以在相對短的時間中計算S參數(shù)。
如上所述，本發(fā)明通過復(fù)矩陣(由T參數(shù)組成的矩陣)的相乘來連接針對每個器件的S參數(shù)。本發(fā)明的范圍不限于帶有四個端子或八個端子的電路，而是也可應(yīng)用于帶有更多端口的電路。
接下來，對利用本發(fā)明的對任意長度的布線/纜線的S參數(shù)計算處理進(jìn)行闡述。如圖9中所示，本發(fā)明對作為對例如約5mm長的纜線執(zhí)行三維電磁場分析的結(jié)果而獲得的S參數(shù)文件進(jìn)行連接，以計算具有任意長度的纜線的S參數(shù)。根據(jù)本發(fā)明，可以在較短的時間內(nèi)通過利用纜線或布線等的一部分的長度的S參數(shù)，來計算任意長度的S參數(shù)。
圖10示出任意長度的纜線的S參數(shù)計算過程流程的示例。首先，指定一S參數(shù)文件，其存儲具有纜線的一部分的長度的S參數(shù)(步驟S11)，輸入連接計數(shù)N(步驟S12)，并根據(jù)代碼設(shè)置端口位置來轉(zhuǎn)換S參數(shù)(步驟S13)。
例如，在圖7中所示的端口編號輸入屏面中，在“重復(fù)計數(shù)(整數(shù))”中輸入任意連接計數(shù)N(圖7中為“5”)，并在由虛線包圍的區(qū)域所指示的輸入文件端口位置設(shè)置屏面上輸入端口編號1到4，以執(zhí)行步驟S12、S13。
接下來，把S參數(shù)轉(zhuǎn)換為T參數(shù)(步驟S14)。接下來，對由公式3所表示的矩陣計算執(zhí)行N-1次(步驟S15)，以獲得具有希望長度的T參數(shù)。將所獲得的T參數(shù)轉(zhuǎn)換為S參數(shù)(步驟S16)，將所獲得的任意長度的S參數(shù)輸出為文件(步驟S17)，然后結(jié)束處理。
如上所述，本發(fā)明可以通過對由T參數(shù)所組成的復(fù)矩陣的重復(fù)計算來計算任意長度的纜線等的S參數(shù)，并且即使端口數(shù)目增加時(正如上述器件的連接的情況)，本發(fā)明也是適用的。
圖11示出了通過利用根據(jù)本發(fā)明所計算出的S參數(shù)的SPICE的傳輸分析結(jié)果與實際測量值之間的對比。在此實驗中，把圖20A中所示的附連試驗板211劃分成如圖1中所示的左部和右部，利用根據(jù)本發(fā)明的S參數(shù)計算方法連接由對兩個部分進(jìn)行實際測量所測量到的S參數(shù)，并利用為整個附連試驗板211計算出的S參數(shù)來執(zhí)行SPICE傳輸分析。
在該圖中，虛線表示整個附連試驗板211的實際測量結(jié)果，而實線表示SPICE的傳輸分析結(jié)果。SPICE傳輸分析的結(jié)果與實際測量符合得很好，并且沒有觀察波形擾動。根據(jù)與圖22中所示的使用常規(guī)技術(shù)的傳輸分析結(jié)果(即，把附連試驗板211的左部和右部的S參數(shù)轉(zhuǎn)換為SPICE模型并執(zhí)行傳輸分析的結(jié)果)的比較，可以顯見，通過利用由本發(fā)明所計算出的整個系統(tǒng)的S參數(shù)的傳輸分析，可以執(zhí)行更準(zhǔn)確的傳輸分析。
圖12A和圖12B示出在對利用三維電磁場分析而獲得的5cm的微帶線的S參數(shù)根據(jù)本發(fā)明施行連接計算并計算了具有雙倍長度(10cm)和三倍長度(15cm)的微帶線的S參數(shù)之后的瞬態(tài)分析結(jié)果。
圖12A中的電壓降100表示在利用三維電磁場分析獲得5cm微帶線的S參數(shù)時的反射特性，電壓降101表示在連接S參數(shù)并獲得具有雙倍長度的微帶線的S參數(shù)時的反射特性，而電壓降102表示在連接S參數(shù)并獲得具有三倍長度的微帶線的S參數(shù)時的反射特性。
另一方面，圖12B中的電壓階躍200表示在利用三維電磁場分析獲得5cm微帶線的S參數(shù)時的傳輸特性，電壓階躍201表示在連接S參數(shù)并獲得具有雙倍長度的微帶線的S參數(shù)時的傳輸特性，而電壓階躍202表示在連接S參數(shù)并獲得具有三倍長度的微帶線的S參數(shù)時的傳輸特性。
對于反射，如從圖12A顯見，電壓降的定時隨著微帶線的長度增加而延遲，而對于透射，如從圖12B顯見，電壓階躍的定時隨著微帶線的長度增加而延遲。
此外，電壓下降定時100的與電壓下降定時101的之間的時間間隔等于電壓下降定時101與電壓下降定時102之間的時間間隔，而電壓階躍定時200的與電壓階躍定時201之間的時間間隔等于電壓階躍定時201與電壓階躍定時202之間的時間間隔。
因此，顯然，根據(jù)本發(fā)明正確地連接了S參數(shù)。由此，可以說根據(jù)本發(fā)明的S參數(shù)連接使得可以準(zhǔn)確地計算纜線的任意長度的S參數(shù)。
可以利用計算機和軟件程序來實現(xiàn)至此所述的根據(jù)本發(fā)明的S參數(shù)計算處理，并且還可以提供記錄在計算機可讀記錄介質(zhì)中的程序，或者在網(wǎng)絡(luò)上提供該程序。
權(quán)利要求
1.一種S參數(shù)計算設(shè)備，用于計算由多個相同或不同器件組成的整個系統(tǒng)的S參數(shù)，該S參數(shù)計算設(shè)備包括輸入裝置，用于輸入針對每個所述器件的S參數(shù)；端口位置對應(yīng)關(guān)系轉(zhuǎn)換裝置，用于轉(zhuǎn)換所輸入的S參數(shù)，以使其與每個所述器件的預(yù)設(shè)端口位置相對應(yīng)；S參數(shù)/T參數(shù)轉(zhuǎn)換裝置，用于把所述轉(zhuǎn)換后的S參數(shù)轉(zhuǎn)換為針對每個所述器件的T參數(shù)；計算裝置，用于利用針對每個所述器件的T參數(shù)來執(zhí)行矩陣計算，并且計算所述整個系統(tǒng)的T參數(shù)；T參數(shù)/S參數(shù)轉(zhuǎn)換裝置，用于把所述整個系統(tǒng)的所述計算出的T參數(shù)轉(zhuǎn)換為所述整個系統(tǒng)的S參數(shù)；以及輸出裝置，用于輸出由所述T參數(shù)/S參數(shù)轉(zhuǎn)換裝置所獲得的所述整個系統(tǒng)的S參數(shù)。
2.如權(quán)利要求1所述的S參數(shù)計算設(shè)備，其中，所述端口位置對應(yīng)關(guān)系轉(zhuǎn)換裝置顯示一屏面，以輸入關(guān)于與所輸入的S參數(shù)對應(yīng)的器件的端口位置與用于連接計算的該器件的預(yù)設(shè)端口位置之間的對應(yīng)關(guān)系的信息，并基于從該輸入屏面輸入的對應(yīng)關(guān)系信息對所輸入的S參數(shù)進(jìn)行重排。
3.一種S參數(shù)計算設(shè)備，用于計算長度為一定長度L的N倍的單個器件的S參數(shù)，其中N表示值為2或更大的任意整數(shù)，該S參數(shù)計算設(shè)備包括輸入裝置，用于輸入所述長度為L的單個器件的S參數(shù)；端口位置對應(yīng)關(guān)系轉(zhuǎn)換裝置，用于轉(zhuǎn)換所輸入的S參數(shù)，以使其與連接所述單個器件時的預(yù)設(shè)端口位置相對應(yīng)；S參數(shù)/T參數(shù)轉(zhuǎn)換裝置，用于把所述轉(zhuǎn)換后的S參數(shù)轉(zhuǎn)換為T參數(shù)；計算裝置，用于利用所述T參數(shù)執(zhí)行矩陣計算，將對被順序連接的長度與所述長度為L的單個器件的長度相對應(yīng)的單個器件的T參數(shù)進(jìn)行計算的過程重復(fù)(N-1)次，并且計算長度為L×N的單個器件的T參數(shù)；T參數(shù)/S參數(shù)轉(zhuǎn)換裝置，用于把所述長度為L×N的單個器件的所述計算出的T參數(shù)轉(zhuǎn)換為長度為L×N的單個器件的S參數(shù)；以及輸出裝置，用于輸出由所述T參數(shù)/S參數(shù)轉(zhuǎn)換裝置所獲得的所述長度為L×N的單個器件的S參數(shù)。
4.如權(quán)利要求3所述的S參數(shù)計算設(shè)備，其中，所述端口位置對應(yīng)關(guān)系轉(zhuǎn)換裝置顯示一屏面，以輸入關(guān)于與所輸入的S參數(shù)對應(yīng)的器件的端口位置與用于連接計算的該器件的預(yù)設(shè)端口位置之間的對應(yīng)關(guān)系的信息，并基于從該輸入屏面輸入的對應(yīng)關(guān)系信息對所輸入的S參數(shù)進(jìn)行重排。
5.一種用于利用計算機來計算由多個相同或不同器件構(gòu)成的整個系統(tǒng)的S參數(shù)的方法，該方法包括以下步驟輸入步驟，輸入針對每個所述器件的S參數(shù)；端口位置對應(yīng)關(guān)系轉(zhuǎn)換步驟，轉(zhuǎn)換所輸入的S參數(shù)，以使其與每個所述器件的預(yù)設(shè)端口位置相對應(yīng)；S參數(shù)/T參數(shù)轉(zhuǎn)換步驟，把所述轉(zhuǎn)換后的S參數(shù)轉(zhuǎn)換為針對每個所述器件的T參數(shù)；計算步驟，利用針對每個所述器件的T參數(shù)來執(zhí)行矩陣計算，并且計算所述整個系統(tǒng)的T參數(shù)；T參數(shù)/S參數(shù)轉(zhuǎn)換步驟，把所述整個系統(tǒng)的所述計算出的T參數(shù)轉(zhuǎn)換為所述整個系統(tǒng)的S參數(shù)；以及輸出步驟，輸出由所述T參數(shù)/S參數(shù)轉(zhuǎn)換步驟所獲得的所述整個系統(tǒng)的S參數(shù)。
6.一種用于利用計算機來計算長度為一定長度L的N倍的單個器件的S參數(shù)的方法，其中N表示值為2或更大的任意整數(shù)，該方法包括以下步驟輸入步驟，輸入所述長度為L的單個器件的S參數(shù)；端口位置對應(yīng)關(guān)系轉(zhuǎn)換步驟，轉(zhuǎn)換所輸入的S參數(shù)，以使其與連接所述單個器件時的預(yù)設(shè)端口位置相對應(yīng)；S參數(shù)/T參數(shù)轉(zhuǎn)換步驟，把所述轉(zhuǎn)換后的S參數(shù)轉(zhuǎn)換為T參數(shù)；計算步驟，利用所述T參數(shù)執(zhí)行矩陣計算，將對被順序連接的長度與所述長度為L的單個器件的長度相對應(yīng)的單個器件的T參數(shù)進(jìn)行計算的過程重復(fù)(N-1)次，并且計算長度為L×N的單個器件的T參數(shù)；T參數(shù)/S參數(shù)轉(zhuǎn)換步驟，把所述長度為L×N的單個器件的所述計算出的T參數(shù)轉(zhuǎn)換為長度為L×N的單個器件的S參數(shù)；以及輸出步驟，輸出由所述T參數(shù)/S參數(shù)轉(zhuǎn)換步驟所獲得的所述長度為L×N的單個器件的S參數(shù)。
7.一種用于計算由多個相同或不同器件構(gòu)成的整個系統(tǒng)的S參數(shù)的S參數(shù)計算程序，該S參數(shù)計算程序使得計算機執(zhí)行以下步驟輸入步驟，輸入針對每個所述器件的S參數(shù)；端口位置對應(yīng)關(guān)系轉(zhuǎn)換步驟，轉(zhuǎn)換所輸入的S參數(shù)，以使其與每個所述器件的預(yù)設(shè)端口位置相對應(yīng)；S參數(shù)/T參數(shù)轉(zhuǎn)換步驟，把所述轉(zhuǎn)換后的S參數(shù)轉(zhuǎn)換為針對每個所述器件的T參數(shù)；計算步驟，利用針對每個所述器件的T參數(shù)來執(zhí)行矩陣計算，并且計算所述整個系統(tǒng)的T參數(shù)；T參數(shù)/S參數(shù)轉(zhuǎn)換步驟，把所述整個系統(tǒng)的所述計算出的T參數(shù)轉(zhuǎn)換為所述整個系統(tǒng)的S參數(shù)；以及輸出步驟，輸出由所述T參數(shù)/S參數(shù)轉(zhuǎn)換步驟所獲得的所述整個系統(tǒng)的S參數(shù)。
8.一種用于利用計算機來計算長度為一定長度L的N倍的單個器件的S參數(shù)的S參數(shù)計算程序，其中N表示值為2或更大的任意整數(shù)，該S參數(shù)計算程序使得計算機執(zhí)行以下步驟輸入步驟，輸入所述長度為L的單個器件的S參數(shù)；端口位置對應(yīng)關(guān)系轉(zhuǎn)換步驟，轉(zhuǎn)換所輸入的S參數(shù)，以使其與連接所述單個器件時的預(yù)設(shè)端口位置相對應(yīng)；S參數(shù)/T參數(shù)轉(zhuǎn)換步驟，把所述轉(zhuǎn)換后的S參數(shù)轉(zhuǎn)換為T參數(shù)；計算步驟，利用所述T參數(shù)執(zhí)行矩陣計算，將對被順序連接的長度與所述長度為L的單個器件的長度相對應(yīng)的單個器件的T參數(shù)進(jìn)行計算的過程重復(fù)(N-1)次，并且計算長度為L×N的單個器件的T參數(shù)；T參數(shù)/S參數(shù)轉(zhuǎn)換步驟，把所述長度為L×N的單個器件的所述計算出的T參數(shù)轉(zhuǎn)換為長度為L×N的單個器件的S參數(shù)；以及輸出步驟，輸出由所述T參數(shù)/S參數(shù)轉(zhuǎn)換步驟所獲得的所述長度為L×N的單個器件的S參數(shù)。
9.一種記錄S參數(shù)計算程序的計算機可讀記錄介質(zhì)，該S參數(shù)計算程序用于計算由多個相同或不同器件構(gòu)成的整個系統(tǒng)的S參數(shù)，該S參數(shù)計算程序使計算機執(zhí)行以下步驟輸入步驟，輸入針對每個所述器件的S參數(shù)；端口位置對應(yīng)關(guān)系轉(zhuǎn)換步驟，轉(zhuǎn)換所輸入的S參數(shù)，以使其與每個所述器件的預(yù)設(shè)端口位置相對應(yīng)；S參數(shù)/T參數(shù)轉(zhuǎn)換步驟，把所述轉(zhuǎn)換后的S參數(shù)轉(zhuǎn)換為針對每個所述器件的T參數(shù)；計算步驟，利用針對每個所述器件的T參數(shù)來執(zhí)行矩陣計算，并且計算所述整個系統(tǒng)的T參數(shù)；T參數(shù)/S參數(shù)轉(zhuǎn)換步驟，把所述整個系統(tǒng)的所述計算出的T參數(shù)轉(zhuǎn)換為所述整個系統(tǒng)的S參數(shù)；以及輸出步驟，輸出由所述T參數(shù)/S參數(shù)轉(zhuǎn)換步驟所獲得的所述整個系統(tǒng)的S參數(shù)。
10.一種記錄S參數(shù)計算程序的計算機可讀介質(zhì)，該S參數(shù)計算程序用于利用計算機來計算長度為一定長度L的N倍的單個器件的S參數(shù)，其中N表示值為2或更大的任意整數(shù)，該S參數(shù)計算程序使計算機執(zhí)行以下步驟輸入步驟，輸入所述長度為L的單個器件的S參數(shù)；端口位置對應(yīng)關(guān)系轉(zhuǎn)換步驟，轉(zhuǎn)換所輸入的S參數(shù)，以使其與連接所述單個器件時的預(yù)設(shè)端口位置相對應(yīng)；S參數(shù)/T參數(shù)轉(zhuǎn)換步驟，把所述轉(zhuǎn)換后的S參數(shù)轉(zhuǎn)換為T參數(shù)；計算步驟，利用所述T參數(shù)執(zhí)行矩陣計算，將對被順序連接的長度與所述長度為L的單個器件的長度相對應(yīng)的單個器件的T參數(shù)進(jìn)行計算的過程重復(fù)(N-1)次，并且計算長度為L×N的單個器件的T參數(shù)；T參數(shù)/S參數(shù)轉(zhuǎn)換步驟，把所述長度為L×N的單個器件的所述計算出的T參數(shù)轉(zhuǎn)換為長度為L×N的單個器件的S參數(shù)；以及輸出步驟，輸出由所述T參數(shù)/S參數(shù)轉(zhuǎn)換步驟所獲得的所述長度為L×N的單個器件的S參數(shù)。
11.一種輸入/輸出特性分析設(shè)備，用于利用S參數(shù)來分析由多個相同或不同器件構(gòu)成的整個系統(tǒng)的輸入/輸出特性，該輸入/輸出特性分析設(shè)備包括用于利用所述S參數(shù)計算設(shè)備根據(jù)單個器件的S參數(shù)來計算整個系統(tǒng)的S參數(shù)的裝置；和用于利用所述整個系統(tǒng)的計算出的S參數(shù)通過SPICE來分析輸入/輸出特性的裝置，其中，所述S參數(shù)計算設(shè)備還包括輸入裝置，用于輸入針對每個所述器件的S參數(shù)；端口位置對應(yīng)關(guān)系轉(zhuǎn)換裝置，用于轉(zhuǎn)換所輸入的S參數(shù)，以使其與每個所述器件的預(yù)設(shè)端口位置相對應(yīng)；S參數(shù)/T參數(shù)轉(zhuǎn)換裝置，用于把所述轉(zhuǎn)換后的S參數(shù)轉(zhuǎn)換為針對每個所述器件的T參數(shù)；計算裝置，用于利用針對每個所述器件的T參數(shù)來執(zhí)行矩陣計算，并且計算所述整個系統(tǒng)的T參數(shù)；T參數(shù)/S參數(shù)轉(zhuǎn)換裝置，用于把所述整個系統(tǒng)的所述計算出的T參數(shù)轉(zhuǎn)換為所述整個系統(tǒng)的S參數(shù)；以及輸出裝置，用于輸出由所述T參數(shù)/S參數(shù)轉(zhuǎn)換裝置所獲得的所述整個系統(tǒng)的S參數(shù)。
12.一種輸入/輸出特性分析設(shè)備，用于利用S參數(shù)來分析由多個相同或不同器件構(gòu)成的整個系統(tǒng)的輸入/輸出特性，該輸入/輸出特性分析設(shè)備包括用于利用所述S參數(shù)計算設(shè)備根據(jù)單個器件的S參數(shù)來計算所述整個系統(tǒng)的S參數(shù)的裝置；和用于利用所述整個系統(tǒng)的計算出的S參數(shù)通過SPICE來分析輸入/輸出特性的裝置，其中，所述S參數(shù)計算設(shè)備用于計算長度為一定長度L的N倍的單個器件的S參數(shù)，其中N表示值為2或更大的任意整數(shù)，該S參數(shù)計算設(shè)備還包括輸入裝置，用于輸入所述長度為L的單個器件的S參數(shù)；端口位置對應(yīng)關(guān)系轉(zhuǎn)換裝置，用于轉(zhuǎn)換所輸入的S參數(shù)，以使其與連接所述單個器件時的預(yù)設(shè)端口位置相對應(yīng)；S參數(shù)/T參數(shù)轉(zhuǎn)換裝置，用于把所述轉(zhuǎn)換后的S參數(shù)轉(zhuǎn)換為T參數(shù)；計算裝置，用于利用所述T參數(shù)執(zhí)行矩陣計算，將對被順序連接的長度與所述長度為L的單個器件的長度相對應(yīng)的單個器件的T參數(shù)的計算過程重復(fù)(N-1)次，并且計算長度為L×N的單個器件的T參數(shù)；T參數(shù)/S參數(shù)轉(zhuǎn)換裝置，用于把所述長度為L×N的單個器件的所述計算出的T參數(shù)轉(zhuǎn)換為長度為L×N的單個器件的S參數(shù)；以及輸出裝置，用于輸出由所述T參數(shù)/S參數(shù)轉(zhuǎn)換裝置所獲得的所述長度為L×N的單個器件的S參數(shù)。
全文摘要
用于S參數(shù)計算的設(shè)備和方法及其程序和記錄介質(zhì)。根據(jù)本發(fā)明，S參數(shù)文件輸入部輸入針對構(gòu)成經(jīng)受傳輸分析的系統(tǒng)的每個器件的S參數(shù)，端口位置對應(yīng)關(guān)系轉(zhuǎn)換部轉(zhuǎn)換所輸入的S參數(shù)，以使其與待連接的預(yù)設(shè)端口位置相對應(yīng)，S參數(shù)/T參數(shù)轉(zhuǎn)換部把S參數(shù)轉(zhuǎn)換為T參數(shù)，連接計算部執(zhí)行T參數(shù)的連接計算以獲得整個系統(tǒng)的T參數(shù)，T參數(shù)/S參數(shù)轉(zhuǎn)換部把整個系統(tǒng)的T參數(shù)轉(zhuǎn)換為整個系統(tǒng)的S參數(shù)，而S參數(shù)文件輸出部輸出整個系統(tǒng)的S參數(shù)。
文檔編號G01R27/04GK1674009SQ20051000672
公開日2005年9月28日 申請日期2005年1月31日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月25日
發(fā)明者古屋早知子, 久保田哲行 申請人:富士通株式會社