[发明专利]基于粒子群算法的去耦电容器选择方法

说明书

技术领域

本发明属于电路设计技术领域，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。

背景技术

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1nF至10nF选择2.2nF、4.7nF、10nF，22nF至100nF选择22nF、47nF、100nF；而Decade Methods方法中，每个数量级只选择一种电容，例如1nF至10nF选择10nF、22nF至100nF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。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提出一种基于粒子群算法的去耦电容器选择方法，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，本发明包括：

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L1，计算稳压器等效导纳Z1；

(1.2)设置印刷电路板电源/地平面的等效电阻R2，等效电容C1，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[i，C]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[1，C]，粒子i的速度矩阵和个体最优解矩阵P[i，C]，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[i，C]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，C]，i＝1，2，...，N；

(2.4)更新种群最优解矩阵Y[1，C]，比较粒子i个体最优解矩阵P[i，C]各列和S2_i的大小，i＝1，2，...，N，取出S2_i最小时对应的个体最优解矩阵P[i，C]，并保存在种群最优解矩阵Y[1，C]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[i，C]，即对粒子i在第k-1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+1，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[1，C]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。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

第一，本发明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，本发明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。