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Synthese von Kompensationsnetzwerken

27. März 2013, 18:30 Uhr | Ralf Sommer, Eric Schäfer, Dominik Krauße, Jacek Nowak, Michael Meister

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Fortsetzung des Artikels von Teil 2

Parametrische Pol-/Nullstellen- sowie Frequenz- und Zeit-/Transientanalyse wird durchgeführt

Folgender Ansatz wäre nun legitim: Mit der erweiterten Netzliste wird eine parametrische Pol-/Nullstellen- sowie Frequenz- und Zeit-/Transientanalyse durchgeführt, wobei die eingefügten Bauelemente jeweils einen Parameter darstellen. Der Schaltungsentwickler müsste die entstehenden Simulationsergebnisse, wie Wurzelortskurven, Bodediagramm und Sprungantwort, auswerten und die Elemente auswählen, die sich positiv auf das dynamische Verhalten auswirken. Die Kapazitäten, welche keine Verbesserung bewirken, werden wieder entfernt. Geht man nun davon aus, dass nur reine Kapazitäten in die Schaltung eingefügt werden, so steigt die Anzahl an möglichen Parameterkombinationen quadratisch mit der Anzahl an Knoten. Bei großen Schaltungen hat dies einen hoher Rechen- und Auswertungsaufwand zur Folge. Für hochperformante Schaltungen mit vielen internen Knoten ist das Verfahren aufgrund der Komplexität so nicht durchführbar.

Durch die Einführung von Bewertungsfunktionen kann man den Aufwand zur manuellen Auswertung der Simulationsergebnisse auf ein Optimierungsproblem verlagern. Beispielsweise kann die Lage von einzelnen Polstellen innerhalb der komplexen Ebene bewertet und dem entsprechend das Kompensationsnetzwerk bewertet werden. Dennoch scheint dieser Ansatz an der Komplexität von hochperformanten Schaltungen zu scheitern. Die Anzahl von frei wählbaren Parametern, d.h. Werte der Kompensationskapazitäten, ist zu hoch für eine praktikable numerische Berechnung von Testpunkten zur Bestimmung der Suchrichtung.

In SyEnA wurde eine Methode entwickelt, mit welcher der Gradient der Bewertungsfunktion auf Basis von Eigenwertempflindlichkeiten für Kapazitätsnetzwerke effizient und schnell berechnet werden kann. Durch diesen Schachzug war es möglich, das oben beschriebene Vorgehen auch auf Schaltungen mit hoher Komplexität anwenden zu können.

Die Leistungsfähigkeit des Verfahrens konnte am Entwurf eines industriellen Transimpedanzverstärkers eindrucksvoll unter Beweis gestellt werden. Es entstand ein sehr breitbandiger Transimpedanzverstärker, der in einem Photodetektor-IC für 12-fach-Blu-ray Laufwerke mit bis zu 432 MBit/s Datenrate eingesetzt wurde. Bild 2 zeigt den Schaltplan des streng hierarchisch entworfenen Verstärkers, wobei die blau eingezeichneten Kompensationskapazitäten vor Durchlauf des Verfahrens nicht vorhanden waren.