Parameter optimization of orthonormal basis functions for efficient rational approximations

International audienceIn this paper, the authors present an efficient procedure for optimal placement of poles in rational approximations by Müntz-Laguerre functions. The technique is formulated as the minimization of a quadratic criterion and the linear equations involved are efficiently expressed using the orthonormal basis functions. The presented technique has direct application in rational approximation and model order reduction of large-degree or infinite-dimensional systems. An efficient choice of parameters in orthogonal Müntz-Laguerre approximation Model order reduction of large-degree or infinite-dimensional systems The choice of Müntz-Laguerre parameters is based on a least squares optimization Abstract: In this paper, the authors present an efficient procedure for optimal placement of poles in rational approximations by Müntz-Laguerre functions. The technique is formulated as the minimization of a quadratic criterion and the linear equations involved are efficiently expressed using the orthonormal basis functions. The presented technique has direct application in rational approximation and model order reduction of large-degree or infinite-dimensional systems

A simple algorithm for stable order reduction of z-domain Laguerre models

International audienceDiscrete-time Laguerre series are a well known and efficient tool in system identification and modeling. This paper presents a simple solution for stable and accurate order reduction of systems described by a Laguerre model

Modeling and simulation of interconnects within and between electronic systems

Les progrès constants en miniaturisation des transistors et l’augmentation des fréquences des signaux utilisés sont les principales tendances dans l’évolution des circuits électroniques. Avec ces évolutions apparaissent de nombreux effets indésirables qui perturbent le comportement des systèmes électroniques et sont soupçonnés d’être responsables de la majorité des dégradations de signaux dans les systèmes en haute fréquence. Des retards de propagation indésirables sont ainsi introduits par la présence des interconnexions, et la diaphonie, phénomène dû aux couplages entre lignes d’interconnexions, peut éventuellement provoquer des commutations non désirées des transistors. La prise en compte des interconnexions, dès les premières phases de conception d'un système, est par conséquent devenue une nécessité ces dernières années. Mais la simulation temporelle d’un réseau d’interconnexions est très gourmande en temps de calcul, ce qui impacte la durée globale de conception. Le remplacement des modèles électriques, décrivant précisément les interconnexions, par des modèles plus simples est primordial pour limiter les coûts de calcul. Une méthode de réduction d'ordre des modèles peut alors être employée pour effectuer cette opération efficacement. Le modèle final doit en effet décrire assez précisément certains aspects importants du modèle original et conserver les propriétés importantes du réseau d'interconnexions. Cette démarche permettra aux concepteurs d’effectuer des simulations temporelles rapides et d’étudier les paramètres d’intégrité du signal tel que le retard, le temps de montée, le dépassement….L'objectif de cette thèse est d’établir un nouvel outil de réduction de complexité des modèles de réseaux d'interconnexions. Différentes descriptions initiales des systèmes d'interconnexions sont envisagées : modèles circuits (fonctions de transfert) ou mesures fréquentielles. L’approche développée repose sur l’utilisation des fonctions orthogonales de Müntz-Laguerre et de Kautz afin de décrire mathématiquement, de manière précise, le système d'origine. Un opérateur linéaire, lié à ces fonctions de base, est ensuite appliqué pour déterminer un modèle rationnel de moindre complexité. La technique proposée est comparée à d'autres méthodes de la littérature d’abord sur des exemples académiques. Tout le potentiel de la méthode est ensuite illustré par sa mise en œuvre sur des réseaux d'interconnexions.The ongoing progress in transistor miniaturization and a continuous frequency increase are the main trends in the present day evolution of electronic circuits. A number of undesired effects are intrinsic to these developments and are suspected to be responsible for most of the flawed signals present in high frequency systems. Parasitic delays are thus introduced by the presence of interconnect lines and crosstalk due to coupling may lead to undesired switching events in transistor circuits. Accounting for the presence of interconnect lines, at a very early stage in the design flow has become unavoidable in recent years. However, time domain simulations of massively coupled interconnect networks may be computationally costly and have a tremendous impact on the overall duration of the design process. Replacing complex, high order circuit models by more compact surrogates is thus necessary. Model order reduction is an effective way to derive such surrogates. The final model must mimic certain aspects of the original model with sufficient accuracy and preserve the interconnect network’s most important properties. This approach enables designers to account for the undesired effects of interconnect lines such as, delays, rise-times and overshoots while maintaining the overall duration of time-domain simulations within acceptable limits. The aim of this thesis is to create a new model order reduction tool applicable to complex interconnect networks. Different initial representations were considered – circuit models (transfer functions) or frequency domain measurements. The proposed approach uses orthogonal basis functions such as Müntz-Laguerre and Kautz to build an accurate mathematical representation of the original system .A linear operator, related to these functions, is subsequently used to derive a simplified model. The technique is first compared to other approaches using examples available in literature, its full potential being demonstrated on coupled interconnect models

Modélisation et simulation des connexions intra et inter systèmes électroniques

The ongoing progress in transistor miniaturization and a continuous frequency increase are the main trends in the present day evolution of electronic circuits. A number of undesired effects are intrinsic to these developments and are suspected to be responsible for most of the flawed signals present in high frequency systems. Parasitic delays are thus introduced by the presence of interconnect lines and crosstalk due to coupling may lead to undesired switching events in transistor circuits. Accounting for the presence of interconnect lines, at a very early stage in the design flow has become unavoidable in recent years. However, time domain simulations of massively coupled interconnect networks may be computationally costly and have a tremendous impact on the overall duration of the design process. Replacing complex, high order circuit models by more compact surrogates is thus necessary. Model order reduction is an effective way to derive such surrogates. The final model must mimic certain aspects of the original model with sufficient accuracy and preserve the interconnect network’s most important properties. This approach enables designers to account for the undesired effects of interconnect lines such as, delays, rise-times and overshoots while maintaining the overall duration of time-domain simulations within acceptable limits. The aim of this thesis is to create a new model order reduction tool applicable to complex interconnect networks. Different initial representations were considered – circuit models (transfer functions) or frequency domain measurements. The proposed approach uses orthogonal basis functions such as Müntz-Laguerre and Kautz to build an accurate mathematical representation of the original system .A linear operator, related to these functions, is subsequently used to derive a simplified model. The technique is first compared to other approaches using examples available in literature, its full potential being demonstrated on coupled interconnect models.Les progrès constants en miniaturisation des transistors et l’augmentation des fréquences des signaux utilisés sont les principales tendances dans l’évolution des circuits électroniques. Avec ces évolutions apparaissent de nombreux effets indésirables qui perturbent le comportement des systèmes électroniques et sont soupçonnés d’être responsables de la majorité des dégradations de signaux dans les systèmes en haute fréquence. Des retards de propagation indésirables sont ainsi introduits par la présence des interconnexions, et la diaphonie, phénomène dû aux couplages entre lignes d’interconnexions, peut éventuellement provoquer des commutations non désirées des transistors. La prise en compte des interconnexions, dès les premières phases de conception d'un système, est par conséquent devenue une nécessité ces dernières années. Mais la simulation temporelle d’un réseau d’interconnexions est très gourmande en temps de calcul, ce qui impacte la durée globale de conception. Le remplacement des modèles électriques, décrivant précisément les interconnexions, par des modèles plus simples est primordial pour limiter les coûts de calcul. Une méthode de réduction d'ordre des modèles peut alors être employée pour effectuer cette opération efficacement. Le modèle final doit en effet décrire assez précisément certains aspects importants du modèle original et conserver les propriétés importantes du réseau d'interconnexions. Cette démarche permettra aux concepteurs d’effectuer des simulations temporelles rapides et d’étudier les paramètres d’intégrité du signal tel que le retard, le temps de montée, le dépassement….L'objectif de cette thèse est d’établir un nouvel outil de réduction de complexité des modèles de réseaux d'interconnexions. Différentes descriptions initiales des systèmes d'interconnexions sont envisagées : modèles circuits (fonctions de transfert) ou mesures fréquentielles. L’approche développée repose sur l’utilisation des fonctions orthogonales de Müntz-Laguerre et de Kautz afin de décrire mathématiquement, de manière précise, le système d'origine. Un opérateur linéaire, lié à ces fonctions de base, est ensuite appliqué pour déterminer un modèle rationnel de moindre complexité. La technique proposée est comparée à d'autres méthodes de la littérature d’abord sur des exemples académiques. Tout le potentiel de la méthode est ensuite illustré par sa mise en œuvre sur des réseaux d'interconnexions

Rational modeling of interconnect networks using multi-parameter Kautz functions

International audienceTime and frequency-domain macromodeling tools are important for efficiently simulating complex physical structures. In this paper, the authors present a new approach to low order macromodeling based on n-pole Kautz functions. The described method is a fast, iterative technique that avoids direct solving of large linear problems. Macromodeling of interconnect networks is an immediate application

Outils d'identification et de modélisation des réseaux d'interconnexions pour une simulation temporelle rapide

Dans ce document, nous présentons un outil mathématique d'identification des systèmes pour la modélisation d'ordre réduit des réseaux d'interconnexions au sein des circuits intégrés. L'algorithme de réduction d'ordre des modèles est basé sur les fonctions orthogonales de Kautz ou de Laguerre et sur la construction d'une matrice de Gram. Un exemple d'application illustre la possibilité d'obtenir des modèles d'ordre très faible permettant des simulations temporelles rapides mais néanmoins de très bonne qualité

ELSID : un outil logiciel pour la modélisation et la caractérisation des réseaux d'interconnexion des circuits VLSI

International audienceCet article présente un logiciel développé sous Matlab® permettant d'identifier les systèmes électriques linéaires, dont les réseaux d'interconnexion des circuits digitaux, et d'en proposer des modèles d'ordre faible mais d'une grande précision pour des temps de simulation réduits