[发明专利]采用模糊遗传算法优化两层埋入式电阻布局的方法

权利要求书

1.采用模糊遗传算法优化两层埋入式电阻布局的方法，包括：对上下层电阻分别实施遗传操作，依次执行初始种群生成、交叉、变异和进化逆转操作，共用模糊逻辑控制器输出的交叉概率P_c和变异概率P_m，在计算适应度函数和局部灾变时，将两个种群作为整体进行评价及更新，步骤如下：

步骤1：上下层电阻采用随机方式生成初始种群；种群规模都设置为100；

步骤2：将当前进化代数gen和最优适应度值未改变的次数num输入模糊逻辑控制器得到交叉概率P_c和变异概率P_m；

各输入变量gen和num的模糊论域都归一化到[0,1]范围，输出变量P_c和P_m的论域分别为[0.7,1]和[0,0.3]；各输入输出变量的隶属度函数都取为三角形隶属度函数，定义如式(1)所示，参数a、c分别对应三角形下部左右顶点，参数b对应三角形上部顶点；

f(x;a,b,c)=0x≤ax-ab-aa≤x≤bc-xc-bb≤x≤c0c≤x---(1)]]>

模糊逻辑控制器的输入、输出变量的语言值都设为三个，分别是S、M和B，对于输入变量gen，S代表进化早期，M代表进化中期，B代表进化后期；对于其它变量，S代表小，M代表中，B代表大；共有9条规则，写成条件语句的形式如下：

if gen is A_i,and num is B_i,then P_c is C_i,then P_m is D_i；

其中i＝1,2,…,9，A_i、B_i、C_i和D_i分别是定义在gen、num、P_c和P_m论域上的模糊集；

具体的模糊逻辑控制规则为：在进化早期，种群多样性较好，P_c和P_m随着num变化相应增大或减小；进化中期，种群多样性逐渐下降，对P_c和P_m赋值力度比早期偏大；进化后期，种群趋于收敛，为避免破坏已找到的最优解，对P_c和P_m的赋值力度比早期偏小；

步骤3：分别对两个种群实施交叉操作；利用交叉概率P_c随机选择交叉区域，将待交叉个体的交叉区域互换后放置于个体前端，并把原个体中与交叉区域重复的编码删除；

步骤4：分别对两个种群实施变异操作；利用变异概率P_m随机选择对换位置，并将该位置上的两个编码互换；

步骤5：分别对两个种群实施进化逆转；将个体中随机选择的一段区间内的编码逆序排列，若逆转后的个体适应度值有提高则保留，否则无效；

步骤6：将两个种群作为整体计算适应度函数值，并采用最优保存策略选择最佳个体；适应度函数定义为所有电阻温度的平均值：

Ave=1MΣi=1MTi---(2)]]>

式中M为基板中电子元件的总数，T_i为每一个元件在基板上的温度；且

Ti=Tio+Σj≠iMTji---(3)]]>

T_max＝c₁+t⁺/2B_i(4)

T_ji＝c₄K₀(mD⁺)，D⁺≥1(5)

其中，T_io为各电子元件的自身温度，T_ji为某一元件j对元件i的贡献温度，T_max为电子元件中心处的温度，以电子元件中心处的温度表示该元件温度，由式(4)可以求出各电子元件的自身温度T_io，由式(5)求出某一元件j对元件i的贡献温度T_ji；

D为距离变量，D⁺为无量纲距离D/R，用圆面积近似电子元件面积，圆半径W和H为电子元件的宽和高；t为芯片厚度，t⁺为无量纲芯片厚度t/R；其中h为热传递系数，k为导热性系数；C₁和C₄的表达式为：

c1=-t+/2BiI0(m)+K0(m)I1(m)/K1(m),c4=-c1I1(m)K1(m),]]>

B_i为毕奥数，I₀和I₁为变形的第一类0阶和1阶贝塞尔函数，K₀和K₁为变形的第二类0阶和1阶贝塞尔函数；

对式(2)增加修正项，如式(10)所示，

Ave'＝0.8×Ave+0.1×Max+0.1×Diff(10)

Ave为原适应度函数值，Max代表所有元件的最高温度，Diff代表元件最高温度与最低温度的差值；

步骤7：种群更新后重新判断，若gen值小于200且num值大于50，则对种群实施局部灾变，然后返回步骤2，否则直接返回步骤2；局部灾变是采用对换变异法将种群中最差的10％个体替换为当前最佳个体的不同变异体；

算法的最大遗传代数设为300代，gen值超过300则终止进化；

得到的热布局规则是：上层各大功率电阻分布于四角，小功率电阻围绕在大功率电阻周围；下层电阻的分布应尽量避免上下层大功率电阻叠在一起，造成局部温度过高。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：采用多项式方程简化，得到某一元件i的自身温度T_io和某一元件j对元件i的贡献温度T_ji：

T_io＝12.5×(1+6.31×(A_i/A_max)^-2.87)^-0.5(7)

T_ji＝0.02×A_j/A_max×(1+6.82×(D_ji/R_i)^-0.55)^1.5(8)

式中A_i为某一元件i的功率，A_j为某一元件j的功率，A_max为所有元件中的最大功率，D_ji表示元件j和元件i的距离，R_i为元件i半径；

采用式(8)计算其它元件对某一上层元件的贡献温度时，A_max取其所对应的下层元件的功率；

在计算出上下层元件的自身温度后，再利用热传导式计算上层元件传递给下层元件的热量，热传导式如下：

Q＝kAΔT/ΔL(9)

其中Q为热流量，k为热传导系数，ΔT为上下元件的温差，A为传热面积，ΔL为传热长度。