CST MWS中提取SPICE模型

Faq-040603: 在CST MWS中提取SPICE模型

使用网络参数提取（network parameter extraction）可以产生一个SPICE网络模型。在求解器计算结果的基础上，可以使用两种方法提取SPICE网络模型。第一种是基于传输线模型（transmission line model）的方法，该方法提取出的网络单元具有固定的拓扑结构；第二种方法是MOR（Model Order Reduction），这种方法提取出的网络单元的拓扑结构是任意的。

1)基于传输线模型提取网络参量

传输线方法提取出的SPICE模型由集总元件R，L，C，G，K组成，这些参数都是由S参量计算得到的。

这种方法非常适合于双线传输线（coupled transmission lines）的网络，比如连接器、IC packages、微带线网络等。由于拓扑结构是固定的，集总参数通过校准之后其响应与分布式系统很匹配。

下面的部分阐述了模型的拓扑结构以及如何由S参量计算网络参量，因此需要预先计算S参量。参数提取目前支持由时域求解器和频域求解器求出的S参量。

a)一根单独的传输线

我们首先来考虑一根简单的无损耗传输线（此处是一个微带线）。如果传输线的是电小的（长度小于十分之一波长），则能够很准确地等效成一个T行网络。

对于有耗结构，可以在电感的基础上再串联一个电阻，在电容的基础上再并联一个电导。等效模型如下：

如果传输线是电大的，长度大于十分之一波长，集总参数网络模型依然可以描述波沿线的传播。这种情况下，可以使用传输线网络级联，级联的网络个数可以人为设定。多个网络的级联会增加模型的复杂性，但同时也会提高准确度。通常的一个准则是：每十分之一波长一级。因此，如果传输线长度为一个波长，则十个网络级联后的结果就能够达到足够精度了。

下图显示了级联的传输线模型：

b)双线传输线

先前我们只考虑了单独的一根传输线。下一步考虑两根平行传输线网络（微带线），如下图所示：

两根传输线之间的串扰可以用耦合电容（C）和耦合理想变压器（K）。

下图显示了两根传输线网络的拓扑结构：

c)总结

网络模型的拓扑结构由传输线的个数和级联网络的个数决定。

集总参数值是由三维模型的S参量计算得到的，因此集总参数模型的响应与物理模型的响应是匹配的（matches closely）。因此要设置提取频率（extraction frequency）来限制上限频率，从而保证近似结果的精确度。上限频率可以根据需要设置的高一些，但是没有必要比必须的值更高，因为近似误差随着频带宽度的增加而增加。

2)利用模式降阶法（MOR-Model Order Reduction）来提取网络参数

模式降阶法提取网络参数也是依据S参量来进行的。从这些S参量可以确定网络的主要极点（subset of system poles），从而用提取的SPICE模型来逼近由全波方法所得出的S参量。所提取的模型由电阻、电容、电感和受控源组成。与传输线模型网络参量所不同的是，模式降阶法求出的SPICE模型的拓扑结构不是固定的。

模式降阶法适合于满足以下三个要求的模型：

a)输入输出信号之间的延时非常小；

b)端口阻抗是固定的；

c)仿真的频率应该包括0Hz。

3)CST自带的SPICE模型提取的例子（基于传输线模型Transmission Line的Spice提取）：

a)例子打开途径

第一种打开方法为打开CST工作室套装，进入微波工作室界面。在主菜单中点击Help?Help Contents

在左侧导航树中选择Examples ? CST MWS Examples ? SPICE Model Extraction Examples，这里选择IC Package。

点击“Run Example”，在跳出的对话框中选择“打开”，便可将CST自带的例子直接调入一个新的CST微波工作室界面中。

注意：所有CST自带例子均是已经求解完成的例子。若需要自己改变其中某些参数或设置重新计算的话，则建议最好先“另存为”一个新文件。否则，原始的例子将被覆盖掉而丢失。

第二种途径为直接从安装目录进入：

E:\CST STUDIO SUITE 2008\Examples\MWS\SPICE Extract\IC Package。点击ic package spice.cst文件即可。

b)如何提取？（以下以IC Package SPICE为例）

在时域求解器中仅设置Port1激励，点击Start启动仿真。

仿真完成后在菜单中选择Results ? Network Parameter Extraction ? Transmission Line基于传输线模型的SPICE参量提取。

Network Parameter Extraction对话框中在Frequency里设置SPICE参数适用的最高频率，Number of cascades中设置级联阶数，仿真完成后在菜单中选择Results ? Network Parameter Extraction ? Transmission Line基于传输线模型的SPICE参量提取。

单击“Calculate”计算。结束后，单击“Show Results”得到所有的集中参量元件表。

单击“Create Netlist”，选择保存路径，便可得到.net 格式的元件表：

级联阶数

SPICE 参数适用

的最高频率

根据提取的Spice 模型反计算出S 参量的宏在CST MWS 2008中不再存在。

4) 基于模式降阶法（MOR ）SPICE 模型提取的例子

这是一个多层差分线的例子。

将端口1和端口2都设置成两个模式的多芯端口，启动时域求解器并选择所有端口的所有模式进行激励，以获得全波S 参量。

下图为仿真得到0-30GHz 范围内的S 参量。

在菜单中选择Result ? NetworkParameter Extraction ? Model Order Reduction…，打开MOR 网格参数提取对话框，如下图所示，完成设置，点击Start 提取网表文件。

提取网表文件后，选择导航树1D Results ? Network Extraction ? | S | in dB 即可查看由SPICE 参量再造的S 参量，如下图所示：