Inhaltsverzeichnis
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Dissertation Johannes Demel
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Danksagung
Inhaltsverzeichnis
Kurzfassung
Abstract
Danksagung
Abbildungsverzeichnis
Part I: Einleitung
1 Überblick
1.1 Begriffsbestimmung der Netzwerkanalyse
1.2 Motivation zur Entwicklung eines neuen Netzwerksimulationsprogramms
1.3 Kurzbeschreibung von JANAP
1.4 Netzwerkanalyse - Historische Entwicklung
1.4.1 Allgemeine Entwicklung der Netzwerkanalyse
1.4.2 Methoden zur Netzwerkanalyse
1.4.3 Lösung der Netzwerkgleichungen
1.4.4 Integration der Netzwerkgleichungen
1.4.5 Modellierung von Bauelementen
Part II: Theoretische Grundlagen
2 Einleitung
3 Elektrisches Bauteil
3.1 Allgemeiner n-Pol
3.2 Elektrische Größen eines n-Pols
3.3 Konsistenzbedingungen
3.4 Funktionale Beschreibung eines n-Pols
3.5 Klassifizierung
4 Elektrische lineare Zweipole
4.1 Beschreibung linearer dynamischer Zweipole
4.2 Charakteristische Eigenschaften eines Bauteils
4.2.1 Stromquelle
4.2.2 Ohmscher Leitwert
4.2.3 Elektrischer Verschiebungsstrom
4.2.4 Reziproke Induktivität
4.2.5 Spannungsquelle
4.2.6 Ohmscher Widerstand
4.2.7 Elastanz
4.2.8 Induktionsspannung
4.2.9 Ladungsquelle
4.2.10 Ladungsaufbau
4.2.11 Kapazität
4.2.12 Memduktanz
4.2.13 Flußquelle
4.2.14 Induktivität
4.2.15 Flußaufbau
4.2.16 Memristor
4.3 Ideale lineare Bauteile
4.3.1 Bauteile mit zwei Eigenschaften
4.3.2 Bauteile mit drei Eigenschaften
4.3.3 Bauteile mit vier Eigenschaften
4.3.4 Der Schalter
4.3.5 Weitere komplexe Bauteile
4.4 Wechselwirkung zwischen den elektrischen Größen
5 Zusammenschaltung von Bauteilen
5.1 Knotenregel für Ströme
5.2 Maschenregel für Spannungen
5.3 Knotenregel für Ladungen
5.4 Maschenregel für Flüsse
5.5 Magnetische Kopplung
5.6 Tellegen's Theorem
5.6.1 Tellegen's Theorem für Graphen
5.6.2 Tellegen's Theorem für elektrische Netzwerke
5.7 Beschreibung des Gesamtnetzwerks
5.8 Berechenbarkeit der Netzwerkgrößen
5.9 Zusammenfassung von Bauteilen
6 Analyse von Netzwerken
6.1 Gleichspannungsarbeitspunkt (DC-Operating Point)
6.2 Transiente Analyse
6.3 Kleinsignalanalyse
6.4 Eingeschwungener Zustand (Steady-State Analyse)
7 Verallgemeinerung der Netzwerkregeln
7.1 Erweiterte Knotenregel für Ladungen
7.2 Erweiterte Maschenregel für Flüsse
7.3 Beschreibung eines n-Pols
7.4 Ideale lineare Bauteile
7.4.1 Bauteile mit zwei Eigenschaften
7.4.2 Bauteile mit drei Eigenschaften
7.4.3 Bauteile mit vier Eigenschaften
7.4.4 Schalter
7.4.5 Zusammenfassung der Gleichungen der Bauteile
7.5 Tellegen's Theorem
7.6 Beschreibung des Gesamtnetzwerks
7.7 Berechenbarkeit der Netzwerkgrößen
7.8 Zusammenfassung von Bauteilen
7.9 Gleichspannungsarbeitspunkt (DC-Operating Point)
8 Weitere Netzwerkanalysemethoden
8.1 Sparse Tableau Ansatz
8.2 Knotenansatz
8.3 Zustandsvariable
Part III: Die Implementierung
9 Die Implementierung von JANAP im Allgemeinen
9.1 Einige generelle Aspekte
9.1.1 Benutzerschnittstelle
9.1.2 Verwendete Rechenanlage
9.1.3 Implementierungsmethodik
10 Struktur von JANAP
10.1 Grobstruktur
10.2 Feinstruktur von Pass 1
10.3 Feinstruktur von Pass 2
10.4 Dateien in JANAP
10.4.1 ZW1FIL
10.4.2 ZW2FIL
10.4.3 ZW3FIL
10.5 Wichtige Datenstrukturen
10.5.1 ``General List''
Knotentabelle
Elementtabelle
Parametertabelle
Table/Function-Tabelle
Subcircuit-Tabelle
Subcircuit-Aufruf-Tabelle
Ausdruck-Tabelle
10.5.2 Speicherung von Ausdrücken
11 Die einzelnen Komponenten von JANAP
11.1 Syntaxanalyse
11.1.1 Lexikalische Analyse (Scanner)
11.1.2 Syntaktische Analyse (Parser)
11.1.3 Fehlerbehandlung (Error Corrector)
11.2 Semantikanalyse
11.3 Verarbeitung von Ausdrücken
11.4 Aufbau der Netzwerkgleichungen
11.4.1 Aufbau des gesamten Netzwerks
11.4.2 Bestimmung der Topologie-Matrizen
Aufbau der Knotenmatrix A
Aufbau der Kreismatrix B
11.4.3 Vereinfachungen
11.4.4 Ermittlung der Jacobi-Matrix
12 Numerische Methoden
12.1 Lösung des Systems der Netzwerkgleichungen
12.1.1 Formulierung der Problemstellung
12.1.2 Struktur des Gleichungssystems
Art der Gleichungen
Verwendete Funktionen in den Gleichungen
12.1.3 Methodik
12.1.4 Konkrete Implementierung
Algorithmus
Anfangswerte
Ermittlung der Jacobi-Matrix
Skalierung
Lösung des linearen Gleichungssystems
Dämpfung
Abbruchkriterium
Normen
12.2 Integration
12.2.1 Formulierung der Problemstellung
12.2.2 Methodik
Prinzip
Bestimmung der Koeffizienten
Prediktion von
Schrittweitensteuerung
Ordnungssteuerung
Algebraische Differentialgleichungen
Unstetigkeitsstellen
12.2.3 Konkrete Implementierung
Algorithmus
Feinheiten
Part IV: Anwendungsbeispiele, Modellbildung
13 Modellierung von Halbleiterbauelementen
13.1 Modellierung in JANAP
13.2 Universalelement
13.3 SPICE-Modelle in JANAP
14 Anwendungsbeispiele
14.1 Beispiel mit Schalter und Kapazitätsteiler
14.2 Negation mit MOS-Transistoren
14.3 Operationsverstärker
14.4 2-Bit Addierer (MOS-Modell)
14.5 2-Bit Addierer (Timing-Modell)
14.6 Chaotische Schaltung
Part V: Schlußbetrachtungen
15 Zusammenfassung und Ausblick
Part VI: Anhänge
A JANAP - Spezifikation
A.1 Kurzbeschreibung
A.2 Ziel
A.3 Benutzerprofil
A.4 Funktionelle Beschreibung
A.4.1 Komponenten von JANADS
A.4.1.1 Netzwerkanalyseprogramm JANAP
A.4.1.2 Teilschaltungssbibliothek JANLIB
A.4.1.3 Konversionsprogramme JANICS
A.4.1.4 Testbibliothek JANBM
A.4.2 Eingabesprache
A.4.2.1 Allgemeine Charakteristik
A.4.2.2 Zeichensatz
A.4.2.3 Zeilenformat
A.4.2.4 Anweisungsformat
A.4.2.5 Namen
A.4.2.6 Reservierte Namen
A.4.2.7 Trennzeichen (Trenner)
A.4.2.8 Qualifizierter Name
A.4.2.9 Knoten
A.4.2.10 Konstante (Zahlen)
A.4.2.11 Text-Konstante
A.4.2.12 Parameter
A.4.2.13 Tabelle
A.4.2.14 Ausdruck (Expression)
A.4.2.15 Funktion
A.4.2.16 Standardfunktionen
Algebraische Funktionen
Elementare transzendente Funktionen
Trigonometrische Funktionen
Hyperbolische Funktionen
Spezielle Funktionen für die Netzwerkanalyse
A.4.2.17 Anweisungsstruktur von JANAP
A.4.3 Topologiebeschreibung
A.4.3.1 Elektrische Größen, Zählpfeile
A.4.3.2 Widerstand (R)
A.4.3.3 Leitwert (G)
A.4.3.4 Kapazität (C)
A.4.3.5 Induktivität (L)
A.4.3.6 Kopplung (M)
A.4.3.7 Stromquelle (I)
A.4.3.8 Spannungsquelle (V)
A.4.3.9 Schalter (S)
A.4.3.10 Universalelement (U)
A.4.3.11 Teilschaltungsverwendung (X)
A.4.3.12 Anfangswert, INITIAL-Anweisung
A.4.4 Teilschaltung
A.4.4.1 Beschreibung einer Teilschaltung, Teilschaltungsblock
A.4.4.2 Externe Knoten
A.4.4.3 Parameter
A.4.4.4 Schachtelung, Qualifizierung
A.4.4.5 Einschränkungen
A.4.5 Teilschaltungsbibliothek (JANLIB)
A.4.5.1 Aufbau einer Teilschaltungsbibliothek
A.4.5.2 Struktur der Eingabe von JANLIB
A.4.5.3 Speichern einer Teilschaltung
A.4.5.4 Löschen einer Teilschaltung
A.4.5.5 Listen des Bibliothekinhalts
A.4.5.6 Fehlerüberprüfung
A.4.5.7 Reorganisation einer Bibliothek
A.4.6 Standardbibliotheken (JANLIB)
A.4.6.1 Dokumentation einer Teilschaltung
A.4.6.2 Modell Bibliothek MODEL
A.4.6.3 Bibliotheken für Halbleiter Bauelemente
A.4.6.4 Logik Bibliothek LOGIC
A.4.6.5 Digitale Integrierte Schaltungen
A.4.6.6 Lineare Integrierte Schaltungen LINEAR
A.4.6.7 Spezielle Bibliotheken
A.4.7 Analyseanweisungen
A.4.7.1 Struktur der Analysen
A.4.7.2 DC-Analyse
A.4.7.3 Transienten-Analyse
A.4.7.4 Steady State Analyse
A.4.7.5 Statistische Analyse
A.4.7.6 Empfindlichkeitsanalyse
A.4.8 Steueranweisungen
A.4.8.1 OPTION-Anweisung
A.4.8.2 TITLE-Anweisung
A.4.8.3 LIBRARY-Anweisung
A.4.8.4 PARAM-Anweisung
A.4.8.5 VARYING-Anweisung
A.4.8.6 END-Anweisung
A.4.8.7 DEBUG-Anweisung
A.4.9 Ausgabeanweisungen
A.4.9.1 Eingabeprotokoll
A.4.9.2 Steuerparameter
A.4.9.3 Run Statistik
A.4.9.4 Topologie-Ausgabe
A.4.9.5 PRINT-Anweisung
A.4.9.6 PLOT-Anweisung
A.4.9.7 HISTO-Anweisung
A.4.9.8 Testausgaben
A.4.10 Steuerparameter
A.4.10.1 Systemsteuerung
A.4.10.2 Numerische Steuerparameter
A.4.10.3 Ausgabe-Steuerparameter
A.4.11 Meldungen
A.4.12 Geforderte Leistung
A.4.13 Konversionsprogramme JANICS
A.4.14 Benchmark JANBM
A.4.15 Installationsparameter
A.4.16 CDC CYBER Implementierung
A.4.16.1 Installationsparameter
A.4.16.2 Definitionsbereich von Funktionen
A.5 Ausbaumöglichkeiten
A.5.1 JANAP
A.5.1.1 Optimierung
A.5.1.2 Namenslänge
A.5.1.3 Knoten
A.5.2 JANLIB
B Formale Definition der Syntax von JANAP
B.1 Lexikalische Definition
B.2 Syntaktische Definition
C Liste der Programme in JANAP
Programme des Pass 1 von JANAP
Programme der Simulationsphase von JANAP
Gemeinsame Unterprogramme
D Leistungsmerkmale eines Netzwerkanalyseprogramms
D.1 Analysemethoden
D.1.1 Gleichspannungsarbeitspunkt
D.1.2 Transienten Analyse
D.1.3 Kleinsignalwechselstromanalyse
D.1.4 Nichtlineare Wechselstromanalyse
D.1.5 Transferfunktion
D.1.6 Pole und Nullstellen der Transferfunktion
D.1.7 Periodische eingeschwungene Lösung
D.1.8 Rauschanalyse
D.1.9 Klirrfaktoranalyse
D.1.10 Optimierung
D.1.11 Parametervariation
D.1.12 Temperatur
D.1.13 Fehleranalyse
D.1.14 Extremwertanalyse
D.1.15 Empfindlichkeitsanalyse (Sensitivity Analysis)
D.1.16 Statistische Analyse
D.2 Charakteristik der Eingabesprache
D.2.1 Allgemeine Charakteristik
D.2.2 Zeilenformat
D.2.3 Anweisungsformat
D.2.4 Knoten (Node)
D.2.5 Zahlen
D.2.6 Variable (Parameter)
D.2.7 Ausdruck
D.2.8 Funktion
D.2.9 Tabelle
D.2.10 Steueranweisung
D.3 Standardelemente
D.3.1 Widerstand (R)
D.3.2 Impedanz (komplex) (Z)
D.3.3 Leitwert (G)
D.3.4 Admittanz (komplex) (Y)
D.3.5 Kapazität (C)
D.3.6 Induktivität (L)
D.3.7 Kopplung (M)
D.3.8 Stromquelle (I)
D.3.9 Spannungsquelle (V)
D.3.10 Leitung
D.3.11 Schalter
D.4 Modellierung von Halbleiterbauelementen
D.4.1 Ersatzschaltung
D.4.2 Eingebaute Modelle
D.4.3 Tabelle
D.4.4 Diode
D.4.5 Transistor
D.4.6 Feldeffekt Transistor
D.5 Teilschaltung (Subcircuit)
D.5.1 Lokale Teilschaltung
D.5.2 Teilschaltungsbibliothek
D.5.3 Externe Knoten
D.5.4 Parameterübergabe
D.5.5 Schachtelung
D.6 Restriktionen
D.6.1 Topologische Restriktionen
D.6.2 Wertebereich der Bauelemente-Parameter
D.6.3 Restriktionen bei Funktionen
D.6.4 Genauigkeit
D.7 Ausgabeformen
D.7.1 Eingabeprotokoll
D.7.2 Liste der Teilschaltungen bei Bibliotheken
D.7.3 Modell Parameter
D.7.4 Steuervariable
D.7.5 Laufstatistik
D.7.6 Topologie
D.7.7 Schaltungszeichnung
D.7.8 Ausgabe von numerischen Werten, allgemein
D.7.9 Tabellen
D.7.10 Kurvenzeichnung
D.7.11 Ausgabe des Arbeitspunkts
D.7.12 Zweigspannung
D.7.13 Zweigstrom
D.7.14 Zweigleistung
D.7.15 Gesamtverlustleistung
D.7.16 Knotenspannung
D.7.17 Elementwert
D.7.18 Parameterwert
D.7.19 Partielle Ableitungen von abhängigen Quellen
D.7.20 Realteil
D.7.21 Imaginärteil
D.7.22 Absolutbetrag
D.7.23 Phase
D.7.24 Ortskurve
D.7.25 Smith Diagramm
D.7.26 Bode Diagramm
D.7.27 Nichols Diagramm
D.7.28 Bandbreite
D.7.29 Transferfunktion
D.7.30 Transferfunktion, n-Pol Parameter (analytisch)
D.7.31 Fourier Koeffizienten, FFT
D.7.32 Laplace Gleichungen
D.7.33 Logarithmische Skala
D.7.34 Eingangs/Ausgangs - Impedanz/Admittanz
D.7.35 Rauschen (equivalent input noise)
D.7.36 Klirrfaktoranalyse
D.7.37 Statistische Ausgabe
D.7.38 Hilfen zur Fehlersuche
D.8 Steuer-Option
D.8.1 Temperatur
D.8.2 Schrittweitensteuerung
D.8.3 Frequenzsteuerung
D.8.4 Statistiksteuerung
D.8.5 Ausgabesteuerung
D.8.6 Zeichnungssteuerung
D.8.7 Skalierung
D.8.8 Genauigkeit der Ausgabe
D.8.9 Iterationssteuerung
D.8.10 Integrationssteuerung
D.8.11 Pivot Steuerung
D.8.12 Fehlersteuerung
D.8.13 Zeitlimit
D.8.14 Testhilfen
D.8.15 Standardskalierung
E Halbleiterbauelementmodelle
Dioden-Modell
Bipolar-Transistor Modell
N-MOS-Transistor Modell Level 1
N-MOS-Transistor Modell Level 2
N-MOS-Transistor Modell Level 3
P-MOS-Transistor Modell Level 1
Literaturverzeichnis
Lebenslauf
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Martin Stiftinger
Fri Jun 9 19:49:39 MET DST 1995