教你如何在CST MWS中提取SPICE模型

來源：edatop 更新時間：2024-08-31 閱讀：

使用網(wǎng)絡(luò)參數(shù)提取（network parameter extraction）可以產(chǎn)生一個SPICE 網(wǎng)絡(luò)模型。在求解器計算結(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) 基于傳輸線模型提取網(wǎng)絡(luò)參量
傳輸線方法提取出的 SPICE 模型由集總元件R，L，C，G，K 組成，這些參數(shù)都是由S 參量計算得到的。
這種方法非常適合于雙線傳輸線（coupled transmission lines）的網(wǎng)絡(luò)，比如連接器、IC packages、微帶線網(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 參量計算網(wǎng)絡(luò)參量，因此需要預(yù)先計算S 參量。參數(shù)提取目前支持由時域求解器和頻域求解器求出的S 參量。
a) 一根單獨的傳輸線
我們首先來考慮一根簡單的無損耗傳輸線（此處是一個微帶線）。如果傳輸線的是電小的（長度小于十分之一波長），則能夠很準(zhǔn)確地等效成一個T 行網(wǎng)絡(luò)。

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

如果傳輸線是電大的，長度大于十分之一波長，集總參數(shù)網(wǎng)絡(luò)模型依然可以描述波沿線的傳播。這種情況下，可以使用傳輸線網(wǎng)絡(luò)級聯(lián)，級聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)個數(shù)可以人為設(shè)定。多個網(wǎng)絡(luò)的級聯(lián)會增加模型的復(fù)雜性，但同時也會提高準(zhǔn)確度。通常的一個準(zhǔn)則是：每十分之一波長一級。因此，如果傳輸線長度為一個波長，則十個網(wǎng)絡(luò)級聯(lián)后的結(jié)果就能夠達(dá)到足夠精度了。
下圖顯示了級聯(lián)的傳輸線模型：

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

兩根傳輸線之間的串?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)由傳輸線的個數(shù)和級聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的個數(shù)決定。
集總參數(shù)值是由三維模型的S 參量計算得到的，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，但是沒有必要比必須的值更高，因為近似誤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 參量來進(jìn)行的。從這些S 參量可以確定網(wǎng)絡(luò)的主要極點（subset of system poles），從而用提取的SPICE 模型來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足以下三個要求的模型：
a) 輸入輸出信號之間的延時非常小；
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（基于傳輸線模型Transmission Line 的Spice 提取）：
a) 例子打開途徑
第一種打開方法為打開 CST 工作室套裝，進(jìn)入微波工作室界面。在主菜單中點擊Help → Help Contents

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

點擊“Run Example”，在跳出的對話框中選擇“打開”，便可將CST 自帶的例子直接調(diào)入一個新的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)置重新計算的話，則建議最好先“另存為”一個新文件。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。點擊ic package spice.cst 文件即可。
b) 如何提取?（以下以 IC Package SPICE 為例）
在時域求解器中僅設(shè)置 Port1 激勵，點擊Start 啟動仿真。

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

Network Parameter Extraction 對話框中在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 基于傳輸線模型的SPICE 參量提取。