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1、面向对象的混合模式电路仿真方法*陈 刚 戴先中 马旭东摘 要 混合模式仿真(mixedmodesimulation)是电路仿真领域内的最新发展方向,提出了将面向对象思想应用于混合模式电路仿真的新思路,以解决器件模型和仿真算法的可重用、易扩展性问题,并以原型系统OOSim(Object-OrientedcircuitSimulator)为例,系统地阐述了面向对象思想在混合模式电路仿真软件设计中的应用.关键词 电路仿真;面向对象;器件建模分类号 TP73.113ObjectOrientedMixedModeCircuitSimu
2、lationChenGang DaiXianzhong MaXudong(ResearchInstituteofAutomation,SoutheastUniversity,Nanjing210096)Abstract:Mixed-modecircuitsimulationisthelatestdevelopingtrendinthefieldofcircuitsimulation,anobject-orientedwayispresentedinthispaperinordertosolvetheexpandabili
3、typroblemofdevicemodelandsimulationalgorithmintraditionalsimulator,andtheprocessofimplementingobject-orienteddesigningmethodisfullydiscussedthroughthedemonstrationofaprototypesystem-OOSim.Keywords:circuitsimulation;object-oriented;devicemodeling1 混合模式电路仿真 在电路仿真中,为
4、了降低大规模、数模混合电路对计算能力的巨大需求,电路设计者往往对被仿真电路进行不同程度的抽象,以达到简化电路复杂度、加快电路仿真速度的目的.这种抽象可以应用于单个器件、局部和整个电路,它表现了电路设计者对电路中不同部分的关注程度. 混合模式电路仿真［1］中的抽象级别自下而上分为模拟级(electricallevel),开关级(switchlevel),门级(gatelevel),寄存器传输级(registertransferlevel)和行为级(behaviorallevel).通常,随着抽象级别的提高,仿真运算速度逐渐加
5、快,伴随而来的则是仿真精度的降低.但是,由于采用不同的抽象级别来描述被仿真电路中的不同组件,并对不同级别的器件模型采用不同的仿真算法,因此它在仿真速度和电路规模上远远超过传统的数模混合仿真器,更加符合自顶向下(Top-Down)和自下而上(Bottom-Up)的现代大规模电路设计方法. 本文以面向对象设计方法为指导思想,针对传统混合模式电路仿真程序中器件模型和仿真算法的可重用、易扩展性问题进行了探讨,提出了新的解决办法.2 应用面向对象的思想来分析电路仿真问题 电路仿真研究的是仿真对象由于各种组成部分(电子器件)相互作用
6、而表现出来的物理行为.因此在这个问题域内应当受到关注的是各种电子器件(对象)及器件间的有机联系(如基尔霍夫电压定律和电流定律等约束条件). 电子器件作为电路仿真的主要研究对象在被仿真电路中是以器件模型的形式体现出来.器件模型就是电路设计者对该电子器件物理行为的抽象表示,由于设计者的精度要求和关注细节的不同,这种抽象表示可以有不同的层次,不同的层次之间存在相似性和继承性的特点.因此,可以用面向对象方法中类的概念来描述电子器件及其抽象模型. 面向对象的器件建模与传统混合模式器件建模相比,器件模型不再局限于特定的抽象级别,而是
7、通过对象类的继承和重载机制,由上而下地不断细化,逐步扩展.这种面向对象的器件建模过程使得设计者可以通过成果复用和快速原型化开发等手段达到加速设计进程、降低设计成本的目的. 电子器件之间的有机联系,是电路仿真算法研究的主要对象.在模拟电路仿真程序SPICE中,所有器件模型同处于模拟级,模型之间按照基尔霍夫电压和电流定律紧密地耦合在一起形成电路方程,通过直接的矩阵方法进行求解.在混合模式仿真中,由于器件模型具有不同的抽象级别,采用直接方法形成和求解统一的电路方程是非常困难的,因此可以采用基于对象的、事件驱动的(Event-Dr
8、iven)、选择跟踪的(Selective-Trace)混合仿真算法. 当前,一些通用的混合模式电路仿真器如DYMOLA,SABER［2］和APLAC［3］等在电子器件的建模机制上已经具备了基本的面向对象特征,能够借助于各种模型描述语言按照类的层次结构来组织器件模型,但是它们共同的缺点在
