[发明专利]一种含半导体物理模型的微波电路特性分析方法

说明书

本发明公开了一种含半导体物理模型的微波电路特性分析方法。该方法主要利用时域体面积分方法的场路耦合算法分析含半导体物理模型的微波电路结构。场路耦合算法要求在电磁结构和电路结构连接位置处具有相同电流和电位。而其中的半导体的物理特性是通过时域谱元方法进行数值求解。因为半导体的内部物理变化过程是通过漂移扩散方程描述的，所以半导体的物理特性是非线性的，微波电路的电特性计算过程需要采用离散的牛顿迭代方法，同时采用改进的严格同步的耦合求解过程，提高了算法的稳定性和高效性。

技术领域

本发明涉及电磁仿真技术领域，特别是针对微波半导体电路的真实物理特性分析，提出的一种可以分析实际微波电路结构的时域体面积分方法。

背景技术

对于含有集成电路模块和基片系统这类场一路混合问题的仿真,时域方法是非常有用的，因为采用时域方法可以精确模拟电路中的非线性元件，而且还可以获得宽带信息。关于时域仿真这类场一路藕合问题的研究,以前主要依赖于差分方程法，如有限差分法，过去人们都青睐于差分法，其原因是差分法的稳定性和它容易实现集总电路元件的加入。然而近来随着时域积分方程求解技术的发展，尤其是其晚时稳定性的提高，计算复杂度的减弱和计算性能随着快速算法的采用而增强，以及针对场一路耦合问题的新的仿真方案的持续研究。这些都使得TDIE求解方案得到了广泛的关注。

起初，TDIE方法在解决场一路混合问题仿真方面的努力是基于部分单元等效电路(PEEC)法上，PEEC的关键思想是将导线间的电磁耦合转化为一个等效电路，并把它同其他任意的集总电路模型连接起来形成一个电路仿真器，就像SPICE软件一样。近期TDIE在稳定性和计算速度上的提高引领了一个想法，那就是将积分方程法同电路分析方法相结合，首先应用在金属结构上，然后扩展应用到金属介质混合结构上。一般针对金属/介质混合的电路问题是将TDIE方法与电路仿真方法)改进的节点分析法(modifiednodalanalysis,MNA)相结合。这种求解电路电磁藕合方案的基础是耦合电流的思想,区域中的电路部分和电磁结构部分就是通过这种耦合电流联系起来的。由于此方法可同时加电路激励和场激励,所以它可以用于信号完整性和EMI/EMC的仿真。

发明内容

本发明的目的在于提供一种含半导体物理模型的微波电路特性分析方法，同时考虑微波半导体电路中的真实物理过程的方程描述以及采用场路耦合算法耦合场路矩阵方程，最终通过改进的牛顿迭代方法的严格同步求解电路的物理参量。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种含半导体物理模型的微波电路特性分析方法，步骤表述如下：

第一步，建立微波电路结构的求解模型，电磁结构中的金属部分采用三角形对模型进行剖分，介质部分采用四面体的剖分方式，得到模型的结构信息，即每个三角形和四面体的单元信息；

第二步，从麦克斯韦方程方程组出发，确定电磁目标的时域电场积分方程；

第三步，需要对金属的面电流和介质体的电通量密度在空间和时间域上分别进行离散。此处，针对金属表面的面电流的离散方式为在空间上使用RWG基函数进行离散，对金属表面的剖分方式使用的是三角形面片的剖分形式。而对介质体的处理有别于金属的地方是对电通量密度的空间离散方式，在空间域上利用SWG基函数进行离散，对介质体的剖分选用的是四面体的体剖分方式。此外，在时间域上，时域体面积分方程对金属和介质部分均使用4阶Lagrange插值时间基函数进行离散。

第四步，将第三步的金属表面电流和介质体的电通量密度展开表达式代入第二步的时域电场积分方程中，然后对离散形式的时域电场积分方程分别在时间上采用点测试、在空间上采用Galerkin测试，得到系统阻抗矩阵方程；

第五步，从半导体漂移-扩散方程组出发,将所要求解的载流子浓度以及电势在各节点上展开，对半导体漂移-扩散方程采用伽辽金法测试，利用牛顿迭代法求解得到各节点的载流子以及电势分布,最终半导体内部的物理参数；