(57)【要約】【課題】レベルシフターモデルを用いる電気回路のシミュレーション方法において、コンピュータによる計算時間を短縮することが可能であり、さらに汎用的に利用可能な電気回路のシミュレーション方法を提供すること。【解決手段】制御構文付の電圧源Ｅ１の制御構文を、｛ＩＦ（Ｖ（ＩＮ＋）−Ｖ（ＩＮ−）＞２．５，Ｖ（ＶＦＢ）−Ｖ（ＶＦＳ），０）｝とし、入力パルス信号の基準値を２．５Ｖとし、Ｖ（ＩＮ＋）と−Ｖ（ＩＮ−）との電圧差が２．５Ｖを超えたら、出力電圧端子ＯＵＴ＋とＯＵＴ−間にＶ（ＶＦＢ）−Ｖ（ＶＦＳ）の差電圧が発生し、２．５Ｖ以下であれば０Ｖの電圧が発生する。さらに、制御構文付の電圧源Ｅ１の出力端子側には、制御構文付の電圧源Ｅ１からの出力電圧に対して直流のレベルシフト電圧を加えるレベルシフト電源Ｖ１と、パルスを発生させるフローティングバイアス電源Ｖ３を設定する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レベルシフターモデルを用いる電気回路のシミュレーション方法において、
前記レベルシフターモデルを、第１、第２及び第３の入力端子並びに第１及び第２の出力端子に接続された制御構文付の電圧源を有する構成とし前記制御構文付の電圧源の制御構文を、前記第１の入力端子と前記第２の入力端子の間の電圧差が基準値を超えたときには、前記第１の出力端子の出力電圧が、前記第３の入力端子への入力電圧と前記第２の出力端子への出力電圧との差と等しくなり、前記第１の入力端子と前記第２の入力端子の間の電圧差が基準値以下のときには、前記第１の出力端子の出力電圧が、前記第２の出力端子への出力電圧と等しくなるように記述してシミュレーションを行うことを特徴とする電気回路のシミュレーション方法。
【請求項２】
レベルシフターモデルを用いる電気回路のシミュレーション方法において、
前記レベルシフターモデルを、第１、第２、第３及び第４の入力端子並びに第１及び第２の出力端子に接続された制御構文付の電圧源を有する構成とし、
前記制御構文付の電圧源の制御構文を、前記第１の入力端子と前記第２の入力端子の間の電圧差が基準値を超えたときには、前記第１の出力端子の出力電圧が前記第３の入力端子への入力電圧と等しくなり、前記第１の入力端子と前記第２の入力端子の間の電圧差が基準値以下のときには、前記第１の出力端子の出力電圧が前記第４の入力端子への入力電圧と等しくなるように記述してシミュレーションを行うことを特徴とする電気回路のシミュレーション方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する分野】
本発明は、電気回路のシミュレーション方法に係り、特にレベルシフターモデルを用いるシミュレーション方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電源に関連回路のシミュレーションに関して、様々なシミュレーションモデルが提案されている。（例えば、特開平８−７５８２２号公報。）ところで、今までレベルシフターモデルを用いたモデルは、実際の回路と同じ構成のものをモデルとして記述することによって構成していた。次にその一例を示す。図３は、従来技術に係るレベルシフターモデルの記述例の説明図である。図３の符号において、ＣＯＭＰはコンパレータ、Ｄ１はダイオード、Ｉ１は定電流源、Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４はＮ型ＭＯＳトランジスタ、Ｖ１，Ｖ２，Ｖ４は電圧源を示している。
【０００３】
理想的なレベルシフターモデルは、以下の機能をすべて含んだものである。すなわち、（１）入力信号波形はそのまま変えずに直流分のみをシフトする、（２）入力信号振幅を任意の比率でスケーリングすることができる、（３）電圧源が変化してもシフト電圧への影響がわずかしかない、（４）シフトする電圧のパルス的に変化にも対応できる（１例としてハイサイドドライバー）の４つの機能である。
【０００４】
図３は、Ｎ型ＭＯＳトランジスタによるレベルシフターモデルの例である。  Ｎ型ＭＯＳトランジスタＱ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４は、Ｗ＝１００００ｅ−０６、Ｌ＝１０ｅ−０６、ＶＴＯ＝１．０としている。定電流源Ｉ１は、０．２〜２ｕＡの範囲で定電流を生成する。このモデルの場合、電圧源Ｖ２を基準に負側に発生するものである。また、正側の出力パルスを必要とする場合等に、電圧源Ｖ２より低いバイアス電圧源Ｖ４とコンパレータＣＯＭＰを設け、そこを基準電位とした出力反転が行われるようにしている。また、ＯＵＴ端子には、ダイオードＤ１にてＶ２の正端子にクランプされてレベルシフトされた出力が発生する。さらに、ＶＦＢには、ＯＵＴ端子にて必要とされる出力パルスの振幅を得るために、電圧源Ｖ２の正端子を基準にして、外部から与えられる電源の正端子が接続される。
【０００５】
以上の回路によれば、電圧源Ｖ１から入力されるパルス波形の５Ｖ信号に対し、出力電圧として１．０Ｖと５．０Ｖの間でＶＯＵＴ１が変化するレベルシフトを与える。そして電圧源Ｖ２のシフト電圧変動１５Ｖ〜６００Ｖに対してＶＯＵＴとＶ１の正端子間で振幅が変化しないレベルシフターが得られる。
【０００６】
ところで、電気回路のシミュレーションにおいては、機能のみを実現する最もシンプルなモデルを使用することで、計算時間をできるだけ早めることが求められている。上述のモデルのように、アナログ素子モデルを使用したものでは、レベルシフターモデルとしての機能的要件を満足しても、回路部品点数が多くなるので、コンピュータによる計算時間が掛かり過ぎる。さらに、外部回路条件により素子内部パラメータを調整する必要があるため汎用的に使えないという問題があった。
【０００７】
【特許文献１】
特開平８−７５８２２号公報（第３−４頁、図１）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前述の課題を解決するために、レベルシフターモデルを用いる電気回路のシミュレーション方法において、コンピュータによる計算時間を短縮することが可能であり、さらに汎用的に利用可能な電気回路のシミュレーション方法を提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するための手段として、本発明は、レベルシフターモデルを用いる電気回路のシミュレーション方法において、前記レベルシフターモデルを、第１、第２及び第３の入力端子並びに第１及び第２の出力端子に接続された制御構文付の電圧源を有する構成とし、前記制御構文付の電圧源の制御構文を、前記第１の入力端子と前記第２の入力端子の間の電圧差が基準値を超えたときには、前記第１の出力端子の出力電圧が、前記第３の入力端子への入力電圧と前記第２の出力端子への出力電圧との差と等しくなり、前記第１の入力端子と前記第２の入力端子の間の電圧差が基準値以下のときには、前記第１の出力端子の出力電圧が、前記第２の出力端子への出力電圧と等しくなるように記述することで構成する特徴とする方法である。
【００１０】
また、前記レベルシフターモデルを、第１、第２、第３及び第４の入力端子並びに第１及び第２の出力端子に接続された制御構文付の電圧源を有する構成とし、前記第２の出力端子を接地端子とすることで、前記制御構文付の電圧源の制御構文を、前記第１の入力端子と前記第２の入力端子の間の電圧差が基準値を超えたときには、前記第１の出力端子の出力電圧が前記第３の入力端子への入力電圧と等しくなり、前記第１の入力端子と前記第２の入力端子の間の電圧差が基準値以下のときには、前記第１の出力端子の出力電圧が前記第４の入力端子への入力電圧と等しくなるように記述にすることで、前記と同様のレベルシフト機能を持たせる回路が構成できる。
【００１１】
したがって、本発明に係る電気回路のシミュレーション方法では、前記したような不都合に対して回路記述を極めて簡潔にする方法として、制御構文付の電圧源の制御構文を用いることが可能で、多数の構成要素を組み合わせた回路に関する計算が必要な従来技術に係るモデルよりもシミュレーションの計算時間を短縮することができる。また、いずれの方法でも構文内の計算式及び変数によってシフト電圧を記述するので、レベルシフトする電圧を外部電源として任意の値を与えることができ、シフト電圧に依存しない汎用性のあるモデルとなる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の第１の実施の形態に係る電気回路のシミュレーション方法の一例を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態に係るレベルシフターモデルの記述例の説明図である。図１の符号において、Ｃ１，Ｃ２はコンデンサ、Ｅ１は制御構文付の電圧源、Ｍ１はＰ型ＭＯＳトランジスタ、Ｍ２はＮ型ＭＯＳトランジスタ、Ｒ１，Ｒ２  は抵抗、Ｖ１は入力信号電圧源、Ｖ２はレベルシフト電源、，Ｖ３はフローティングバイアス電源を示している。
【００１３】
図１は、ＰＳｐｉｃｅにおけるモデル記述の一例である。図１において、制御構文付の電圧源Ｅ１は、入力パルス信号が“Ｈｉｇｈ”か“Ｌｏｗ”かを判定するＡＢＭ（Ａｎａｌｏｇ  Ｂｅｈａｖｉｏｒ  Ｍｏｄｅｌ）回路であり、２つの入力端子（ＩＮ＋，ＩＮ−）と、２つの出力端子（ＯＵＴ＋，ＯＵＴ−）を持つ。また、制御構文付の電圧源Ｅ１の制御構文は、
｛ＩＦ（Ｖ（ＩＮ＋）−Ｖ（ＩＮ−）＞２．５，Ｖ（ＶＦＢ）−Ｖ（ＶＦＳ），０）｝
としている。すなわち、入力パルス信号の基準値を２．５Ｖとし、Ｖ（ＩＮ＋）と−Ｖ（ＩＮ−）との電圧差が２．５Ｖを超えたら、出力電圧端子ＯＵＴ＋とＯＵＴ−間にＶ（ＶＦＢ）−Ｖ（ＶＦＳ）の差電圧が発生し、２．５Ｖ以下であれば０Ｖの電圧が発生することを表している。
【００１４】
また、制御構文付の電圧源Ｅ１の入力端子側には、制御構文付の電圧源Ｅ１に対して入力パルス信号を入力する入力信号電圧源Ｖ１を設定している。さらに、制御構文付の電圧源Ｅ１の出力端子側には、制御構文付の電圧源Ｅ１の出力によって駆動されるＣＭＯＳインバータを設定している。このＣＭＯＳインバータは、Ｐ型ＭＯＳトランジスタＭ１及びＮ型ＭＯＳトランジスタＭ２にて構成されている。また、ＣＭＯＳインバータの前段には、制御構文付の電圧源Ｅ１からの出力電圧に対して直流のレベルシフト電圧を加えるレベルシフト電源Ｖ２と、パルスを発生させるフローティングバイアス電源Ｖ３を設定している。さらに、出力電圧端子ＯＵＴ＋から出力されたパルス波形をなまらすためにＲ２、Ｃ２を設定している。なお、レベルシフト電源Ｖ２は、直流電源でなくパルス的に変化する電源であってもよい。
【００１５】
したがって、以上のモデルを用いてシミュレーションを行うと、制御構文付の電圧源Ｅ１は、入力パルス信号が基準値２．５Ｖを超えたときには、出力電圧端子ＯＵＴ＋とＯＵＴ−間に差電圧Ｖ（ＶＦＢ）−Ｖ（ＶＦＳ）、そうでないときには、差電圧０Ｖを出力する。この差電圧に対応した出力電圧はさらに、制御構文付の電圧源Ｅ１の外部にあるフローティングバイアス電源Ｖ３より与えられるＶＦＳ電位とＶＦＢ電位の差電圧を加えたパルス信号となり、ＣＭＯＳインバータを駆動させる。したがって、図３の従来技術に係るモデルと比較した場合、アナログ実素子の設定数が極めて少ないので、シミュレーション実行時にコンピュータによる計算時間を短縮することができる。
【００１６】
続けて、本発明の第２の実施の形態に係る電気回路のシミュレーション方法の一例を図面に基づいて詳細に説明する。図２は、本発明の第２の実施の形態に係るレベルシフターモデルの記述例の説明図である。なお、図２の符号は図１と同じものを示している。
【００１７】
この実施の形態における制御構文付の電圧源Ｅ１の制御構文は、
｛ＩＦ（Ｖ（ＩＮ＋）−Ｖ（ＩＮ−）＞２．５，Ｖ（ＶＦＢ），Ｖ（ＶＦＳ）｝としている。すなわち、入力パルス信号の基準値を２．５Ｖとし、Ｖ（ＩＮ＋）と−Ｖ（ＩＮ−）との電圧差が２．５Ｖを超えたら、出力電圧端子ＯＵＴ＋には出力ＯＵＴ−が接地端子に接続されているためにＶ（ＶＦＢ）に等しい電圧が発生し、２．５Ｖ以下であればＶ（ＶＦＳ）に等しい電圧が発生することを表している。
【００１８】
したがって、第１の実施の形態との違いは出力電圧端子の負側を接地端子に接続すると、入出力電圧共基準が接地端子となり、出力電圧を示す構文の記述が差電圧でなく絶対値表現となる点が異なるもので同一の動作を示すものである。
【００１９】
【発明の効果】
以上のように、本発明の第１及び第２の実施の形態に係るレベルシフターモデルを用いて実行するシミュレーション方法によれば、従来技術に係るレベルシフターモデルのような、アナログ実素子モデル及びマクロモデルを多く使わないため、シミュレーション時間を短縮することができる。
【００２０】
またレベルシフターを構成するアナログ構成素子のモデルパラメータを外部回路条件や動作波形とのフィッティングさせる作業も必要なくなり、マクロモデル主体で大きな全体回路の機能確認のシミュレーションをする場合には、モデル化が簡単になるので、モデル化作業の効率向上が図れる。
【００２１】
さらに、レベルシフトさせる電圧を外部電源によって設定するので、任意の値を自由に与えることができため、パルス電圧波形をレベルレシフトさせる回路では、シフト電圧に依存しない汎用性のあるレベルシフターモデルとして有用性が高い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るレベルシフターモデルの記述例の説明図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係るレベルシフターモデルの記述例の説明図である。
【図３】従来技術に係るレベルシフターモデルの記述例の説明図である。
【符号の簡単な説明】
ＣＯＭＰ  コンパレータ
Ｃ１      コンデンサ
Ｃ２      コンデンサ
Ｄ１      ダイオード
Ｅ１      制御構文付の電圧源
Ｉ１      定電流源
Ｍ１      Ｐ型ＭＯＳトランジスタ
Ｍ２      Ｎ型ＭＯＳトランジスタ
Ｑ１      Ｎ型ＭＯＳトランジスタ
Ｑ２      Ｎ型ＭＯＳトランジスタ
Ｑ３      Ｎ型ＭＯＳトランジスタ
Ｑ４      Ｎ型ＭＯＳトランジスタ
Ｒ１      抵抗
Ｒ２      抵抗
Ｖ１      入力信号電圧源
Ｖ２      レベルシフト電源
Ｖ３      フローティングバイアス電源
Ｖ４      電圧源
【図１】
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【図２】
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【図３】
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