Sembolik devre analizi
Sembolic circuit analysis
- Tez No: 66587
- Danışmanlar: PROF. DR. HAKAN KUTMAN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 1997
- Dil: Türkçe
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 60
Özet
ÖZET Bilgisayar destekli elektronik tasarım, 70 'li yıllardan günümüze kadar süregelen çalışmalarla klasik tasarım paradigmalarını değiştirmiş ve SPICE gibi yaygınlık kazanmış örnekleriyle modern tasarım ortamının ayrılmaz bir parçası olmuştur. SPICE ve benzeri türde ''nümerik simulator' lerin faydalan açık olmakla beraber analitik olmayan karakterleri açısından bu yazılım araçlarının etkinlik gösterdiği alan daha ziyade konsept olarak tamamlanmış bir tasarımın denenmesi ve test edilmesi ile sınırlıdır. Özellikle analog devre tasarımının son derece analitik ve öngörüş gerektiren doğasından dolayı sözkonusu programların tasarım süreci içinde tam olarak yer aldığını söylemek güçtür. Sembolik devre simulatörleri nümerik simulatörlerin zayıf kaldığı bu süreç içerisinde işlev gösteren ve bu şekilde tasarımcının kullanacağı yazılım araçları repertuarını tamamlayan programlardır. Devre davranışını yönlendiren parametrelerin nümerik değil sembolik değişkenler olarak alınması suretiyle devre davranışını betimleyen sembolik bağıntıların elde edilmesi işlemi genel anlamıyla 'sembolik analiz' 'i tanımlar. Bununla beraber terim, -basit ve pratik anlamda- lineer veya lineerleştirilmiş devrelerin gerilim kazancı, giriş empedansı gibi devre fonksiyonlarının kompleks frekans domeninde (sürekli zamanlı devreler için s, ayrık zamanlı devreler için z) bulunmasını ifade eder. Bu anlamıyla sembolik analiz, bazı kaynaklarda 'sembolik AC analizi' veya 'sembolik küçük işaret analizi' olarak ta anılır. Sembolik analiz programları, devre davranışında rol oynayan parametrelerin görülmesinde kullanılan ve genellikle oldukça zaman alıcı ve hataya açık olan klasik devre fonksiyonu bulma prosedürünü bilgisayar ortamında gerçekleştirerek tasarımcının hayatını kolaylaştıran yazılımlardır. Bu işlem, devre tanımını içeren ve çoğunlukla SPICE sentaksına uyularak oluşturulan bir giriş dosyasının okunmasıyla başlar ve istenen devre fonksiyonunun analiz sonucunda üretilmesiyle sonlanır. Lineer devrelerin sahip olduğu bir özellik olarak devre fonksiyonları; pay ve payda polinomları formunda kompleks frekans değişkeninin (s veya z) rasyonel bir fonksiyonudur ve program polinom katsayılarını, devre parametrelerine karşılık gelen sembollerin bir kombinasyonu olarak üretir. Sembolik analizde kullanılan çeşitli yöntemler varolmakla beraber bu yöntemler devre davranışını tasvir etme şekline göre graf tabanlı topolojik yöntemler ve matris tabanlı cebirsel yöntemler olarak iki ana başlık altında ele alınabilir. Topolojik yöntemler, işaret akış diyagramı gibi graf karakterinde bir veri yapısı üzerinde çalışırken, cebirsel yöntemler düğüm admitans matrisi gibi matris türünde bir veri yapısı üzerinde işlerlik gösterir. Bu tezde sembolik analiz konusu çeşitli yönleriyle ele alınmış ve cebirsel yöntemler sınıfında değerlendirilebilecek bir algoritma kullanılarak SCAP adında bir program geliştirilmiştir. SPICE uyumlu bir dosya formatı kullanan program, 'platformdan bağımsız' olarak ANSI standardında C diliyle (ANSI C) kodlanmıştır. vı
Özet (Çeviri)
SUMMARY SYMBOLIC CIRCUIT ANALYSIS Computer aided electronic design has changed the traditional design paradigm with well-known and extensively used applications like SPICE and its variants. Though its revolutionary aspects, it is hard to say for such numeric CAD tools to take place in whole design process, especially to gain insight into circuit; behaviour. One may easily verify the design by running a simulation and see if the results have appeared in expected form. In case of incorrect results, a redesign-simulate cycle has to be performed which is a rather time consuming task. There is but few information in those results to facilitate the designer task in predesign stage which is mainly an analytic process, such as to determine the parameters of those playing a dominant role in circuit behaviour etc.. So, it should be assumed for such numeric simulators that they are design verification tools rather than purely design tools. In fact, there is no single software that exists as a purely design tool but there may be a more natural one like a symbolic simulator that makes life easier at early stages of design. Symbolic analysis is a formal technique to calculate the behaviour or a characteristic of a circuit with the independent variable (time or frequency), the dependent variables (voltages and currents), and (some or all of) the circuit elements represented by symbols. Beside this formal definition, a symbolic simulator should be percieved as a computer programjhat analyzes lumped, linear or linearized (small- signal) circuits in the frequency domain and returns analytic expressions with the complex frequency (either s or z) and the circuit elements represented by symbols. Continous-time circuits are analyzed in the s-domain (Laplace domain), discrete-time circuits in the z-domain. Generally stated, the program derives network functions as symbolic rational forms in the complex frequency variable x (s or z), as given by: mx,p>,...,p.) 2>'.»,o“...”p.) i where a, and bt are symbolic polynomial functions of the circuit elements/?,, which are represented by a symbol instead of a numerical value. In full symbolic analysis all circuit elements are represented by symbols. But a mixed mode, known as semi-numerical analysis, is also possible where only part of the elements are represented by symbols and the others by their numerical values. In the extreme case with no symbolic circuit elements, a rational function with numerical coefficients is obtained with the frequency variable (s or z) as the only symbol. vnThe techique of symbolic analysis is now illustrated for a practical example: a continous-time circuit. Example : Consider the circuit depicted in Fig. 1. For this bipolar cascode stage, a linear model is used for the bipolar tranzistors as shown in Fig. 2. Output impedance is required as indicated in Fig. 1. Q1 Fig. 1. Bipolar cascode stage with bootstrap capacitor Fig 2. Small signal model of bipolar junction tranzistor By using a symbolic simulator, the required network function (the output impedance in this case) can be easily obtained in a moment without struggling the time consuming hand calculations. The resulting symbolic transfer function (obtained with SC4F) is given by vni****** Numerator polynom coefficients 1* *l* *p *i* *r *p sA0 : gm2.gml.G2 + gm2.Gol.Gpl + gm2.Gol.G2 + gm2.Gpl.G2 + Go2.Gp2.Gpl + Go2.Gp2.G2 + Go2.gml.G2 + Go2.Gol.Gpl + Go2.Gol.G2 + Go2.Gpl.G2 + Go2.Gpl.Gl + Go2.G2.Gl + Gp2.gml.G2 + Gp2.Gol.Gpl + Gp2.Gol.G2 + Gp2.Gpl.G2 + gml.G2.Gl + Gol.Gpl.Gl + Gol.G2.Gl + Gpl.G2.Gl sAl : gm2.gml.CB + gm2.Gol.CB + Go2.Gp2.CB + Go2.Gol.CB + Go2.CB.G2 + Go2.CB.Gl + Gp2.gml.CB + Gp2.Gol.CB + Gp2.Gpl.CB + gml.CB.G2 + gml.CB.Gl + Gol.Gpl.CB + Gol.CB.G2 + Gol.CB.Gl + Gpl.CB.G2 + Gpl.CB.Gl ****** Denominator polynom coefficients ****** sA0 : gm2.Gol.Gpl.G2 + Go2.Gp2.Gol.Gpl + Go2.Gp2.Gol.G2 + Go2.Gol.Gpl.G2 + Go2.Gol.Gpl.Gl + Go2.Gol.G2.Gl + Gp2.Gol.Gpl.G2 + Gol.Gpl.G2.Gl _ ~~ sAl : Go2.Gp2.Gol.CB + Go2.Gol.CB.G2 + Go2.Gol.CB.Gl+Gp2.Gol.Gpl.CB + Gol.Gpl.CB.G2 + Gol. Gpl.CB.Gl As can be recognized in the output, symbolic simulator provides an insight into the role of bootstrap capacitor Cb (the magic element for this circuit). Since a symbolic analysis program provides insight into the behaviour of analog circuits, it is more useful for the instruction of students and novice designers than a numerical simulator such as SPICE. Circuits can be explored without any hand calculation in a fast and interactive way. In addition, a symbolic simulator is also a valuable aid for experienced designers. For example, the influence of the finite opamp gain and bandwidth on a filter characteristic can be examined. IXThe principle operation of symbolic analysis programs can be examined in three blocks, namely (a) input, (b) analysis, (c) output. The input is a text file consisting the circuit netlist description. For netlist descriptions, the well-known SPICE syntax (or some variants) is usually prefered. As an example, the input file for the circuit in Fig. 1. is given as follows (input file to SCAP): * Bipolar cascode stage with bootstrap capasitor Iin 1 0 ; input Rl 4 0 R2 3 0 CB 4 3 rpl 2 3 rol 1 2 gml 1 2 3 2 *** 02 *** rp2 0 4 ro2 2 4 gm2 2 4 0 4.tf V(l) Iin ; output impedance V(l)/Iin After reading the input file, analysis can be initiated. For this, two basic classes of methods exist:. in the class of algebraic (matrix- or determinant-based) methods, the behaviour of the linear(ized) circuit is described by a set of equations with symbolic coefficients. The required symbolic network function is obtained by algebraic operations on this set of equations (such as, for instance, a symbolic expansion of the determinant). "K. in the class of graph-based methods, the behaviour of the linear(ized) circuit, is represented in a graph with symbolic branch weights. The required symbolic network function is obtained by operations on this graph (such as, for instance, the enumaration of loops or spanning trees). Finally in the output module, symbolic terms of the desired network function are returned to the user similar to that shown in the previous example. In this work, the subject of symbolic analysis is examined in various aspects and a symbolic simulator called SCAP is developed (SCAP stands for Symbolic Circuit Analysis Program). The program uses an optimized version of 'parameter extraction' algorithm which is originally stated in [2], This algorithm which can be classified in the first group of methods {algebraic methods), is superious for some of its discriminant features such as, for semi-numerical analysis (where some or all of the elements, except the complex frequency variable, are kept as numeric values) the method is very efficient thanks to reducing the effective symbol number by using a theorem named: 'parameter extraction theorem'. SCAP is developed using C which is known as a highly portable programming language, so it can be easily ported to any target platform by compiling the source code under an ANSI C compiler (The current version is for PC-DOS). The program uses a strictly SPICE compatible input file, so the same file can be used in numerical simulations. XI
Benzer Tezler
- Sembolik ve yarı sembolik devre analizi
Symbolic and semi symbolic network analysis
MUHAMMET ZARA
Yüksek Lisans
Türkçe
2001
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiPROF. DR. AHMET DERVİŞOĞLU
- Konuşma tanıma teknolojisi kullanılarak devre tasarım ve analizi
Circuit design and analysis by using speech recognition technology
AYŞE YAYLA
Doktora
Türkçe
2018
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiMarmara ÜniversitesiElektronik-Bilgisayar Eğitimi Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HAYRİYE KORKMAZ
DOÇ. DR. ALİ BULDU
- Symbolic analysis of analog integrated circuits in matlab
Analog tümleşik devrelerin matlabda sembolik analizi
AHU AKÇAM
Yüksek Lisans
İngilizce
2006
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiÇukurova ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Y.DOÇ.DR. MURAT AKSOY
- Sembolik hesaplama ile elektrik devrelerinin çözümlenmesi
Analysis of electrical circuits by symbolic computation
CELAL ATALAR
Doktora
Türkçe
2021
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolKaradeniz Teknik ÜniversitesiBilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HÜSEYİN PEHLİVAN
- Symbolic analysis methods for switched capacitor networks
Anahtarlamalı kapasitör devrelerinin sembolik analiz metodları
ARZU İŞLER
Yüksek Lisans
İngilizce
2010
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiÇukurova ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. MURAT AKSOY