(57)【要約】【課題】  回路の周波数特性をシミュレーションする場合に、ＡＣ解析では、そのためのモデルパラメータが必要になり、また大振幅信号を入力した時の周波数特性や歪などが観察できない、という問題があった。【解決手段】  信号源の設定周波数を変化させながら、トランジェント解析を行い、指定した周期目のトランジェント波形から利得および位相を計算する。さらに、そのときのトランジェント波形を表示する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号源の設定周波数を変化させる手段と、信号源の設定周波数ごとにトランジェント解析を行う手段と、何周期目のトランジェント波形を使って利得および位相情報を計算するかを指定する手段と、トランジェント波形から利得および位相情報を計算する手段と、から構成され、回路の周波数特性を算出できるようにしたことを特徴とする、回路シミュレーション装置およびその方式。
【請求項２】
信号源の設定周波数を変化させる手段と、信号源の設定周波数ごとにトランジェント解析を行う手段と、何周期目のトランジェント波形を使って利得および位相情報を計算するかを指定する手段と、トランジェント波形から利得および位相情報を計算する手段と、利得および位相情報の計算に使用したトランジェント波形を表示する手段と、から構成され、回路の周波数特性を算出し、かつ、そのときのトランジェント波形を観察できるようにしたことを特徴とする、回路シミュレーション装置およびその方式。
【請求項３】
信号源の設定周波数を変化させる手段と、信号源の設定周波数ごとにトランジェント解析を行う手段と、何周期目のトランジェント波形を使って利得および位相情報を計算するかを指定する手段と、トランジェント波形から利得および位相情報を計算する手段と、信号源の設定周波数を変化させる手段によって設定された周波数ｆと一定の関係をもつ容量成分Ｃを回路の節点に付加する手段と、から構成され、設定周波数ｆが変化しても容量成分Ｃがシミュレーション結果に大きな影響を与えないようにしたことを特徴とする、回路シミュレーション装置およびその方式。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、アナログ回路の周波数特性を計算する、回路シミュレーション装置およびその方式、に関する。
【背景技術】
【０００２】  回路シミュレーションにおける主な解析方法として、トランジェント解析（過渡解析）とＡＣ解析がある。トランジェント解析は回路の各部の電圧または電流の時間変化を算出する解析であり、ＡＣ解析は周波数特性（利得や位相、群遅延時間など）を算出する解析である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】  しかしながら、ＡＣ解析には以下のような問題がある。
ＡＣ解析には、トランジェント解析のモデルパラメータとは別の、ＡＣ解析用のモデルパラメータを必要とする場合がある。例えば、回路にトランジスタが含まれていれば、ハイブリットπ形モデルのパラメータなど、が必要になる。
また、ＡＣ解析は、回路各部の信号変化が線形近似できる微小振幅信号を入力することを前提とした解析のため、大振幅信号を入力した場合の歪などが観察できない。
また、ＡＣ解析では複素数の行列計算が必要になり、回路シミュレータのプログラムが複雑になる。
【課題を解決するための手段】
【０００４】  本発明は、信号源の設定周波数を変化させる手段と、信号源の設定周波数ごとにトランジェント解析を行う手段と、何周期目のトランジェント波形を使って利得および位相情報を計算するかを指定する手段と、トランジェント波形から利得および位相情報を計算する手段と、から構成されている。
この結果、ＡＣ解析やそのためのモデルパラメータを必要とせずに、回路の周波数特性を算出することができる。【０００５】また、本発明は、信号源の設定周波数を変化させる手段と、信号源の設定周波数ごとにトランジェント解析を行う手段と、何周期目のトランジェント波形を使って利得および位相情報を計算するかを指定する手段と、トランジェント波形から利得および位相情報を計算する手段と、利得および位相情報の計算に使用したトランジェント波形を表示する手段と、から構成されている。
この結果、回路の周波数特性を算出したときのトランジェント波形から波形の歪や波形が安定しているかどうかなどを観察することができる。【０００６】また、本発明は、信号源の設定周波数を変化させる手段と、信号源の設定周波数ごとにトランジェント解析を行う手段と、何周期目のトランジェント波形を使って利得および位相情報を計算するかを指定する手段と、トランジェント波形から利得および位相情報を計算する手段と、信号源の設定周波数を変化させる手段によって設定された周波数ｆと一定の関係をもつ容量成分Ｃを回路の節点に付加する手段と、から構成されいる。
この結果、設定周波数ｆが変化しても容量成分Ｃがシミュレーション結果に大きな影響を与えることを回避できる。
【発明の効果】
【０００７】  本発明によって、ＡＣ解析自体やそのためのモデルパラメータが不要になる。また、微小振幅ではない、大振幅信号を入力したときの回路の周波数特性を求めることができる。さらに、周波数特性とトランジェント波形との相互関係が把握しやすくなり、電子回路の学習などにおいての教育効果が生じる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】  以下、本発明の実施の形態として、一実施例を図１、図２によって説明する。
図１は本発明のシミュレーション方式の流れ図を示すものである。図１のＡ１、Ａ２、Ａ３は、流れ図の各処理ステップを指す。【０００９】（Ａ１）まず、信号源の設定周波数を変化させる手段によって、信号源の周波数ｆを設定する。信号源の設定周波数を変化させる手段は、例えば、周波数範囲と周波数間隔を指定しておき、周波数の低いほうから順に間隔ごとに周波数ｆを計算する。【００１０】（Ａ２）次に、トランジェント解析から算出される何周期目（ｎｗ）のトランジェント波形から利得と位相情報を計算するかを指定する。このｎｗの指定は重要であり、出力波形が十分安定するまでｎｗを大きくしなければならない場合がある。例えば、出力端で反射を起こす回路やＱ（クオリティ・ファクタ）が大きい回路、などの場合である。ｎｗを指定する手段は、例えば、回路シミュレータが解析するネットリストのテキストファイルにコマンドとして記述されたｎｗの値を読み取る。
ｎｗの指定によって、トランジェント解析の最終時間ｔｍａｘは
【数１】
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と計算される。
トランジエント解析の計算ステップ時間ｄｔは、周波数ｆに対して決まる一定値を使用してもよいし、トランジェント解折中に動的に決定される値を使用してもよい。
以上の設定によって、時間０から時間ｔｍａｘまでのトランジェント解析を行う。トランジェント解析なので、入力波形の振幅は微小振幅である必要はない。【００１１】（Ａ３）トランジェント解析結果の第ｎｗ周期目の入力波形と出力波形から利得と位相情報を計算する。
図２に示す入力波形と出力波形の関係から、利得Ｇ［ｄＢ］と位相（位相差）ＰＨ［ｒａｄ］は、
【数２】
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【数３】
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と計算される。図２において、横軸ｔは時間、ａ１、ａ２は入力波形および出力波形の振幅、Ｔは周期、ｔ１は入力波形と出力波形との時間差、である。この計算は、第ｎｗ周期目の入力波形と出力波形と時間（時刻）、を配列に読み込んでおけば、容易に行うことができる。
これで、入力信号源の周波数がｆのときの利得と位相が算出される。
必要があれば、トランジェント解析結果の第ｎｗ周期（またはその周期を含む時間付近）の入力波形と出力波形を表示する。【００１２】以上（Ａ１）から（Ａ３）までの処理を周波数ｆｍｉｎから周波数ｆｍａｘまでの周波数範囲においてｆを変化させて繰り返し行えば、ｆｍｉｎからｆｍａｘまでの周波数特性が得られることになる。ｆの変化のさせ方は、周波数の低いほうから高いほうへ変化させても、その逆であっても、結果は同じである。【００１３】ここでは位相情報として位相（位相差）を取り上げたが、群遅延時間なども周波数ｆの前後の周波数における位相から算出し、表示することができる。
また、ここでは利得を取り上げたが、出力波形の直流値やリプルの振幅を算出し、表示することもできる。【００１４】  図３に、ウィンドウ・システムにおけるシミュレーション表示の一実施例を示す。ウィンドウ３０１には、周波数特性のプロット（利得のプロット３０３と位相のプロット３０４）の途中経過が表示されている。そして、現在計算している周波数におけるトランジェント波形が、入力波形３０５と出力波形３０６として、ウィンドウ３０２に表示されている。このようにすることで、入力波形３０５と出力波形３０６が歪んでいるかどうか、あるいは、安定しているかどうか、が確認できる。また、入力波形３０５と出力波形３０６の振幅比と位相差とがどのように周波数特性のプロット（３０３、３０４）に反映されるかが直感的にわかり、電子回路の学習において教育効果を生じる。【００１５】  トランジェント解析のアルゴリズムによっては、回路の節点に容量成分Ｃを付加しないと計算の振動をおこす場合がある。この、計算の振動を防止するための容量成分Ｃ、の大きさは計算ステップ時間ｄｔに依存する。一方、本発明のように周波数ｆを変化させながら順次、トランジェント解析を行う場合には、ｆに応じてｄｔも変化させていかなければならない。例えば、トランジェント解析をｎｗ周期分おこなう場合、ｆを２倍にすれば、ｄｔを１／２倍にして計算するのが普通である。よって、ｄｔに応じて容量成分Ｃの大きさを変化させないと、計算の振動を防止するための容量成分Ｃがシミュレーション結果に影響してしまうことがある。
そこで、本発明は、ｆを変化させたときに、それに応じてｄｔも変化する場合には、計算の振動を防止するための容量成分Ｃも一定の関係で変化させるようにする。
その一定の関係としては、定数Ｒをもちいて、例えば、
【数４】
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とする。ｄｔの単位を［ｓｅｃ］、Ｃの単位を［Ｆ］とすれば、Ｒは［Ω］の単位となる。ｆを変化させたときにｄｔも変化したとすると、上式（数４）の関係を満たす容量成分Ｃを再計算し、それを回路の節点に付加してトランジェント解析の計算を行う。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】  本発明のシミュレーション方式の流れ図
【図２】  トランジェント解析における入力波形と出力波形の関係
【図３】  シミュレーション表示の一実施例
【符号の説明】
【００１７】  ３０１、３０２  ウィンドウ
３０３、３０４  利得および位相の表示プロット
３０５、３０６  入力波形および出力波形
【図１】
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【図２】
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【図３】
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