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Simulation elektrischer Schaltungen auf dem Rechner

Inhaltsverzeichnis

1 Überblick über den Entwurf integrierter Schaltungen.- 1.1 Entwicklung der Technologie und Schaltungstechnik.- 1.2 Entwurfsverfahren.- 1.3 Entwurfsunterstützung durch Rechnerprogramme.- 2 Leistungsumfang von Netzwerkanalyseprogrammen.- 2.1 Analysearten.- 2.1.1 Gleichstrom (DC) — Analyse.- 2.1.2 Wechselstrom (AC) — Analyse.- 2.1.3 Rausch (Noise) — Analyse.- 2.1.4 Einschwing- oder Transient (TR) — Analyse.- 2.1.5 Steady — State — Analyse.- 2.1.6 Verzerrungs (Distorsion) — Analyse.- 2.1.8 Empfindlichkeits (Sensitivity) — Analyse.- 2.1.7 Symbolische Analyse.- 2.1.9 Statistische Analyse.- 2.1.10 Worst — Case — Analyse.- 2.1.11 Schaltungsoptimierung.- 2.1.12 Entwurfszentrierung (Design Centering).- 2.1.13 Toleranz — Zuordnung (Tolerance Assignment, Tolerancing).- 2.2 Aufbau eines Netzwerkanalyseprogramms.- 2.3 Zusammenstellung einiger Netzwerkanalyseprogramme.- 2.3.1 Programme für die Circuit — Simulation.- 2.3.2 Programme zur Timing-, Mixed — Mode- und Switch — Level — Logik — Simulation.- 2.4 Simulationsbeispiele.- 2.4.1 Simulation einer Verstärkerstufe mit SPICE2.- 2.4.2 Statistische Analyse mit SLICMC.- 3 Modellierung elektrischer Bauelemente.- 3.1 Modelle für Grundelemente.- 3.1.1 Widerstand.- 3.1.2 Kapazität.- 3.1.3 Induktivität.- 3.1.4 Unabhängige Quellen.- 3.1.5 Gesteuerte Quellen.- 3.2 Modelle für Dioden.- 3.2.1 Modellierung des statischen Verhaltens im Durchlassbereich.- 3.2.2 Modellierung des statischen Verhaltens im Sperrbereich.- 3.2.3 Modellierung des dynamischen Verhaltens.- 3.2.4 Modellierung des Kleinsignal — Verhaltens.- 3.3 Modelle für Bipolartransistoren.- 3.3.1 Ebers — Moll — Modell.- 3.3.2 Gummel — Poon — Modell.- 3.4 Modelle für MOS — Feldeffekttransistoren.- 3.4.1 Aufbau und Funktion eines MOS — Feldeffekttransistors.- 3.4.2 Modellierung des statischen Verhaltens elektrisch langer Transistoren.- 3.4.3 Modellierung des statischen Verhaltens von Kurzkanal — Transistoren.- 3.4.4 Dynamische Modellierung und Ersatzschaltbilder.- 3.5 Makromodellierung.- 4 Netzwerkgraph und topologische Matrizen.- 4.1 Grundlegende Definitionen.- 4.2 Topologische Matrizen.- 4.2.1 Inzidenzmatrizen Aa und A.- 4.2.2 Fundamentalschleifenmatrix B.- 4.2.3 Fundamentalschnittmengenmatrix Q.- 4.2.4 Maschenmatrix M.- 4.2.5 Zusammenfassung.- 4.3 Generieren der topologischen Matrizen auf dem Rechner.- 4.3.1 Aufstellen der Inzidenzmatrix.- 4.3.2 Generieren eines Baumes.- 5 Anwendung der topologischen Matrizen zur Formulierung der Netzwerkgleichungen für lineare resistive Netzwerke.- 5.1 Knotenanalyse.- 5.2 Modifizierte Knotenanalyse.- 5.3 Maschenanalyse.- 5.4 Schleifenanalyse.- 5.5 Schnittmengenanalyse.- 5.6 Gemischte Analyse.- 5.7 Sparse — Tableau — Analyse.- 6 Gleichungsformulierung für die Wechselstromanalyse.- 7 Auflösung linearer Gleichungssysteme.- 7.1 Gleichungsauflösung durch Variablen — Elimination.- 7.1.1 Gauss — Algorithmus.- 7.1.2 LU — Zerlegung.- 7.1.3 Rechengenauigkeit.- 7.1.4 Nachiteration.- 7.2 Sparse — Matrix — Algorithmen.- 7.2.1 Verfahren zur Reduzierung des Rechenaufwands.- 7.2.2 Hinweise zum praktischen Einsatz der Verfahren.- 7.2.3 Datenstrukturen für dünn besetzte Matrizen.- 7.2.4 Generierung ausführbaren Programmcodes.- 7.2.5 Massnahmen zur Beschleunigung der Gleichungsauflösung.- 8 Analyse nichtlinearer resistiver Netzwerke.- 8.1 Knotengleichungen nichtlinearer resistiver Netzwerke.- 8.2 Fixpunkt — Iteration und Newton — Algorithmus.- 8.3 Linearisierung der Netzwerkgleichungen mit dem Newton — Algorithmus.- 8.4 Hinweise zur praktischen Anwendung des Newton — Algorithmus.- 8.4.1 Rückwirkung auf die Pivotsuche.- 8.4.2 Abbruchkriterien für die Newton — Iteration.- 8.4.3 Numerischer Überlauf.- 8.4.4 Konvergenzprobleme.- 8.4.5 Berechnung der Jacobimatrix.- 8.5 Weitere Verfahren.- 8.5.1 Verfahren mit Anpassung an die Elementecharakteristiken.- 8.5.2 Verfahren mit Approximation der Jacobimatrix.- 8.5.3 Verfahren mit höheren Ableitungen.- 8.5.4 Vorgehensweise bei stückweis linearer Modellierung.- 8.5.5 Abgekürzte Berechnung.- 9 Formulierung der Netzwerkgleichungen für dynamische Netzwerke.- 9.1 Formulierung von Algebro-Differentialgleichungen.- 9.2 Analyse dynamischer Netzwerke mit Zustandsgleichungen.- 9.2.1 Beschreibung dynamischer Netzwerke durch Zustandsgleichungen.- 9.2.2 Explizite Formulierung der Zustandsgleichungen für lineare Netzwerke.- 9.2.3 Auflösen der Zustandsgleichungen linearer Netzwerke.- 9.2.4 Formulierung von Zustandgleichungen für nichtlineare Netzwerke.- 10 Numerische Integration der Gleichungen dynamischer Netzwerke.- 10.1 Lineare Einschritt- und Mehrschrittverfahren.- 10.2 Diskretisierungsfehler und Konsistenzordnung.- 10.3 Stabilität.- 10.4 Steife Differentialgleichungen und steifstabile Verfahren.- 10.4.1 Die Gear — Verfahren und ihre Eigenschaften.- 10.4.2 Anwendung der Gear — Verfahren für Korrektor — Iterationen.- 10.5 Steuerung von Schrittweite und Konsistenzordnung.- 10.6 Integration von Algebro — Differentialgleichungen.- 10.7 Weitere Verfahren.- 10.8 Anwendung der Integrationsverfahren auf die Netzwerkelemente.- 11 Techniken zur Simulation sehr grosser Netzwerke.- 11.1 Netzwerkpartitionierung und ihre Anwendung.- 11.1.1 Beschreibung grosser Systeme.- 11.1.2 Dynamische Konturzerlegung.- 11.1.3 Zerlegung in unilaterale Teilnetzwerke durch Depth — First — Search.- 11.2 Relaxationsverfahren.- 11.2.1 Anwendung zur Lösung linearer Gleichungssysteme.- 11.2.2 Anwendung zur Lösung nichtlinearer Gleichungssysteme.- 11.2.3 Anwendung zur Lösung von gekoppelten Differentialgleichungen.- 11.3 Makromodellierung digitalter Schaltungen.- 11.3.1 Anwendung und Klassifizierung von Makromodellen.- 11.3.2 Makromodellierung unilateraler Logikgatter in MOS — Technik.- 11.3.3 Makromodellierung bilateraler Elemente.- 11.4 Anwendung des Latenz-Prinzips.- 11.4.1 Latenz und Aktivität im Netzwerk.- 11.4.2 Ereignissteuerung durch den Scheduler.- 12 Programme zur Simulation sehr grosser Netzwerke.- 12.1 Circuit — Simulation grosser Netzwerke.- 12.1.1 Netzwerk — Zerlegung und Anwendung des Latenzprinzips.- 12.1.2 Anwendung des Newton — Verfahrens auf verschiedenen Ebenen.- 12.1.3 Parallele Teilnetzwerk — Simulation.- 12.2 Timing — Simulation.- 12.2.1 Verfahren der Timing — Simulation.- 12.2.2 Programme zur Timing — Simulation.- 12.2.3 Simulationsbeispiel.- 12.3 Mixed — Mode — Simulation.- 12.3.1 Verfahren der Mixed — Mode — Simulation.- 12.3.2 Programme zur Mixed — Mode — Simulation.- 12.3.3 Simulationsbeispiel für eine Multi — Level — Simulation.- 13 Switch — Level — Logik — Simulation.- 13.1.Verfahren der Switch — Level — Logik — Simulation.- 13.2 Programme zur Switch — Level — Logik — Simulation.- 13.3 Simulationsbeispiel.- 14 Waveform — Relaxation.- 14.1 Verfahren und Algorithmen.- 14.2 Anwendung der Waveform — Relaxation bei MOS — Schaltungen.- 14.3 Programme zur Simulation mit der Waveform — Relaxation.- 14.4 Simulationsbeispiel.

Band 5