教你如何在CST MWS中提取SPICE模型

05-08

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。