基于粒子群算法的去耦电容器选择方法技术

本发明专利技术公开了一种基于粒子群算法的去耦电容器选择方法，主要解决现有技术选择时间长和自动化程度低的问题。其实现步骤是：(1)设置基本参数；(2)随机生成粒子选择的去耦电容器矩阵；(3)判断添加粒子选择的去耦电容器后，电源分配网络阻抗是否小于目标阻抗，如果小于则执行步骤(4)，否则转入步骤(6)；(4)更新粒子个体最优解矩阵；(5)更新种群最优解矩阵；(6)更新粒子选择的去耦电容器矩阵；(7)判断迭代是否结束，如果结束则取出种群最优解矩阵，得到选择的去耦电容器，否则转入步骤(3)。本发明专利技术缩短了仿真时间，选择结果直观，提高了去耦电容器选择的自动化程度，可用于高速电路设计。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电路设计
，更进一步涉及电源完整性及去耦电容器的选择方法，可应用于高速电路设计及去耦电容器的选择。
技术介绍
随着电子产品正在向高速高密度的方向发展，芯片时钟频率越来越高，信号完整性和电源完整性问题越来越受到人们的重视。电源分配网络上电压的波动将会引起严重的信号完整性问题，为此提出了电源分配网络目标阻抗的概念，而一般的电源分配网络阻抗很难满足目标阻抗的要求，因此，必须在印刷电路板上安装不同种类的去耦电容器，才能保证电源分配网络阻抗小于目标阻抗，保证功率传输的有效性和及时性。目前选择去耦电容器的方法主要有Big “V”方法、flat response方法和Decade Methods方法。其中Big“V”方法选择可用电容器库中容值最大的电容；flat response方法中，将可用电容器按数量级分类，每个数量级选择三种电容，例如InF至IOnF选择2. 2nF、 4. 7nF、IOnF, 22nF 至 IOOnF 选择 22nF、47nF、IOOnF ；而 Decade Methods 方法中，每个数量级只选择一种电容，例如InF至IOnF选择10nF、22nF至IOOnF选择100nF。上述这三种选择方法均存在不同程度的缺陷，其中Big “V”方法中，需要不断增加最大电容器的个数以满足目标阻抗的要求，通常需要使用大量的电容；flat response方法和decade methods方法要求所选电容器的种类必须足够多，才能保证这些电容器的自谐振频率可以涵盖整个设计的频率范围；同时，这些去耦电容器的选择方法都为估算、验证、调整、验证、再调整的重复过程，要经过人工反复地选择、调整和验证才能够找到满意的方案， 复杂度高，自动化程度低，仿真时间长，选择结果不直观，这些问题限制了它们在实际中的应用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的不足，提出一种，以减少人工选择的复杂度，提高自动化程度，缩短仿真时间，直接显示选择结果。为实现上述目的，本专利技术包括1)参数预处理步骤(1. 1)设置印刷电路板上稳压器的等效电阻R1，等效电感Li，计算稳压器等效导纳Zl ；(1.2)设置印刷电路板电源/地平面的等效电阻R2，等效电容Cl，计算电源/地平面等效导纳Z2 ；(1. 3)获取印刷电路板上过孔的等效电阻R3和等效电感L2，根据实际过孔数目计算等效电阻R3和等效电感L2，计算过孔等效阻抗Z3 ；(1.4)根据集成芯片最大电流、电源电压、纹波系数，计算电源分配网络目标阻抗Z，确定目标频率；2)去耦电容器选择步骤(2. 1)生成包含N个粒子的初始种群，随机生成粒子i选择的去耦电容器，保存在矩阵x中，i为粒子，代表矩阵第i行，i = 1，2，. . .，N，C为矩阵列数，代表可用去耦电容器的种类，同时随机生成种群最优解矩阵Y，粒子i的速度矩阵和个体最优解矩阵P，设迭代次数为k,k= 1,2,...,W,W为正整数；(2.2)开始迭代，令k= 1，在目标频率内，计算第i个粒子添加去耦电容器X后电源分配网络阻抗Z4，并判断其是否小于目标阻抗Z，如果小于则执行步骤(2. 3)，否则转入步骤(2. 5)；(2.3)更新粒子i的个体最优解矩阵P ，i = 1，2，···，N;(2. 4)更新种群最优解矩阵Y，比较粒子i个体最优解矩阵P各列和 S2i的大小，i = 1，2，...，N，取出321最小时对应的个体最优解矩阵P，并保存在种群最优解矩阵Y中；(2. 5)用粒子群算法速度更新公式和位置更新公式更新粒子i在第k次迭代中选择的去耦电容器矩阵x，即对粒子i在第k-Ι次迭代中选择去耦电容器矩阵加上粒子 i速度矩阵；(2. 6)令k = k+Ι，如果k小于W，则转入步骤(2. 2)，否则取出种群最优解矩阵Y 并在MATLAB GUI界面上显示选择去耦电容器的种类和个数，绘制电源分配网络阻抗图。本专利技术与现有技术相比具有如下优点第一，本专利技术由于使用粒子群算法对去耦电容器进行选择，缩短了仿真时间。第二，本专利技术中去耦电容器的选择，选择结果的显示全部由计算机完成，减少了人工选择的复杂度，提高了去耦电容器选择的自动化程度。第三，本专利技术中去耦电容器的选择结果直接在MATLAB GUI界面上显示，选择结果直观。附图说明图1是本专利技术的整体流程图。图2是本专利技术仿真实施例1的仿真结果示意图。图3是本专利技术仿真实施例2的仿真结果示意图。图4是本专利技术仿真实施例3的仿真结果示意图。具体实施例方式下面结合附图对本专利技术进行详细描述参照图1，本专利技术包括如下步骤步骤一、参数预处理。(1. 1)根据印刷电路板上实际使用的稳压器，设置稳压器的等效电阻Rl和等效电感Li，计算印刷电路板上稳压器的等效导纳Z1，其中Zl = l/(Rl+j2JifLl)，f为频率，j为虚数单位，在仿真实施例1中设置稳压器的等效电阻Rl为0. 001 Ω，等效电感Ll为30ηΗ， 在仿真实施例2中设置稳压器的等效电阻Rl为0. 003 Ω，等效电感Ll为25ηΗ，在仿真实施5例3中设置稳压器的等效电阻Rl为0. 002 Ω，等效电感Ll为35ηΗ，但不限于以上参数；(1. 2)根据印刷电路板上实际电源/地平面的尺寸，设置电源/地平面的等效电阻 R2和等效电容Cl，计算印刷电路板电源/地平面等效导纳Ζ2，其中Ζ2 = 1/R2+J2 π fCl，在仿真实施例1中设置电源/地平面的等效电阻R2为0. 003 Ω，等效电感Cl为2. 6nF，在仿真实施例2中设置电源/地平面的等效电阻R2为0. 004 Ω，等效电感Cl为3nF，在仿真实施例3中设置电源/地平面的等效电阻R2为0. 002 Ω，等效电感Cl为2nF，但不限于以上参数；(1. 3)根据印刷电路板上实际的过孔数目计算过孔的等效电阻R3和等效电感L2， 计算过孔等效阻抗Z3，其中Ti = R3+j2JifL2，在仿真实施例1中，设置过孔数目为200，在仿真实施例2中，设置过孔数目为160，在仿真实施例3中，设置过孔数目为100，但不限于以上参数；(1.4)根据实际使用的集成芯片的最大电流I、电源电压VI、纹波系数r，通过公式 Z = 2Vl*r/I计算电源分配网络目标阻抗Z，确定目标频率，在仿真实施例1中，设置最大电流I为2A、电源电压Vl为2. 5V、纹波系数r为3%，目标频率为IOOMHz，在仿真实施例2 中，设置最大电流I为2A、电源电压Vl为3. 3V、纹波系数r为3%，目标频率为120MHz，在仿真实施例3中，设置最大电流I为2A、电源电压Vl为1. 8V、纹波系数r为3%，目标频率为80MHz，但不限于以上参数。步骤二、去耦电容器选择。(2. 1)生成包含N个粒子的初始种群，随机生成粒子i选择的去耦电容器，保存在矩阵x中，i为粒子，代表矩阵第i行，i = 1，2，. . .，N，C为矩阵列数，代表可用去耦电容器的种类，同时随机生成种群最优解矩阵Y，粒子i的个体最优解矩阵P和速度矩阵，设迭代次数为k，k = 1，2，. . .，W，W为正整数，在仿真实施例1、仿真实施例2和仿真实施例3中，设置N为40，C为17，粒子i的个体最优解矩阵P各列均为30，种群最优解矩阵Y各列均为30，但不限于以上参数；(2. 2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：初秀琴，孙景军，张松松，刘飞飞，秦俊，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：