基于最大反谐振点的电源分配网络去耦电容器选择方法

摘要

本发明公开了一种基于最大反谐振点的电源分配网络去耦电容器选择方法，以解决现有技术在电源分配网络选取去耦电容器时使用的电容器数量多，计算时间长的问题。其实现步骤是:(1)输入电路板参数，并计算电容器的自谐振频率和其品质因数；(2)确定截止目标频率并计算电源分配网络的实际阻抗和目标阻抗；(3)在截止目标频率内，确定最大反谐振点对应的频率并根据确定的频率选择去耦电容器及其使用个数；(4)对所有选择的电容器个数进行优化，减少去耦电容器个数；(5)记录优化后的电容器个数并绘制最终的电源分配网络实际阻抗的曲线。本发明能减少电源分配网络选择去耦电容器的个数，减少选择去耦电容的计算时间,可用于高速电路设计。

主权项

一种基于最大反谐振点的电源分配网络去耦电容器选择方法，包括：(1)参数预处理步骤：(1.1)读取用户输入的电源分配网络上芯片参数，该芯片参数，包括：芯片电源地引脚与印刷电路板连接过孔的等效电阻R1、等效电感L2；去耦电容器安装过孔到芯片电源地安装过孔间的扩散电感L2、扩散电阻R2；芯片最大电流I、供电电压V和纹波系数r；(1.2)读取用户输入的电源分配网络上印刷电路板的参数，该参数包括：印刷电路板上稳压模块的等效电阻R3、等效电感L3；印刷电路板上电源/地平面的等效电阻R4、等效电容C3；(1.3)计算电容的自谐振频率SRF和其品质因数Q：$SRF\left[N\right]=1/(2\times \pi \times \sqrt{L\left[N\right]\times C\left[N\right]})$$Q\left[N\right]=\frac{1}{ESR\left[N\right]}\sqrt{\frac{L\left[N\right]}{C\left[N\right]}}$其中SRF[N]为标号为N的去耦电容器的自谐振频率，C[N]为标号为N的去耦电容器的电容值，L[N]为标号为N的去耦电容器的等效串联电感，N为电容器标号，Q[N]为标号为N的去耦电容器的品质因数，ESR[N]为标号为N的去耦电容器的等效串联电阻，L[N]为标号为N的去耦电容器的等效串联电感，C[N]为标号为N的去耦电容器的电容值；(1.4)读取用户输入的截止目标频率F2；(2)去耦电容器选择步骤：(2.1)确定选用的去耦电容，并根据电容参数说明书得到电容对应的寄生电感L[N]和等效串联电阻ESR[N]，其中N为能使用的去耦电容器种类数；(2.2)分别计算电源分配网络的实际阻抗Z1和目标阻抗Z2，并绘制电源分配网络的实际阻抗Z1与频率的曲线P1和电源分配网络的目标阻抗Z2与频率的曲线P2；(2.3)在0赫兹频率到截止目标频率F2的频段范围内找出电源分配网络阻抗曲线P1上的最大反谐振点，标记此最大反谐振点对应的频率为F1，如果在所述频段范围内曲线P1上无最大反谐振点，标记曲线P1上最大值所对应的频率点为F1；(2.4)将所述频率F1与截止目标频率F2进行比较：若F1>＝F2，且频率点F1所对应的电源分配网络的实际阻抗Z1的值小于目标阻抗Z2，进入步骤(3)，否则执行步骤(2.5)；(2.5)选取自谐振频率SRF与所述频率F1最接近的电容器，从这些电容器中选取一个具有最小品质因数Q的电容器作为当前备选去耦电容器，并确定此备选去耦电容器需要使用的个数：若此备选去耦电容器没有使用过，则其使用个数N1＝ESR/Z2,其中ESR为此备选去耦电容器的等效串联电阻，Z2为电源分配网络的目标阻抗值；若此备选去耦电容器己经使用过，则其使用个数为在原来己使用的数量基础上加1；(2.6)将步骤(2.5)中选用的去耦电容添加到电源分配网络中，计算添加去耦电容后电源分配网络的实际阻抗Z1′，绘制该实际阻抗Z1′关于频率的曲线P1′，判断从0赫兹频率到截止目标频率F2频段范围内曲线P1′上的值是否都小于所述曲线P2上的值，如果是，则执行步骤(3)，反之，返回步骤(2.3)；(3)去耦电容器使用总个数优化步骤：(3.1)将己选择的去耦电容器按照电容器的自谐振频率SRF值的不同进行分类，并按照SRF的大小进行排序，标记为C1(i),i＝1,2…n,n为己选择的去耦电容根据SRF不同所分的种类数目；(3.2)从SRF最小的那类电容器C1(1)中删去一个电容，计算此时的电源分配网络的实际阻抗Z1(1_1)，判断此时从0赫兹频率到截止目标频率F2内该实际阻抗Z1(1_1)的值是否都小于Z2的值，如果是，则继续从所述电容器C1(1)中删除一个电容器，直到从0赫兹频率到截止目标频率F2频段范围内出现电源分配网络的实际阻抗Z1(1_n)>Z2，并保留第n次所删除的电容,其中Z1(1_n)表示从电容器C1(1)中减去n个电容后，电源分配网络的实际阻抗值；否则，保留从C1(1)中删除的第一个电容器；(3.3)重复步骤(3.2)对下一类电容C1(2)进行去冗余操作，直到最后一种电容器C1(n)去冗余操作完毕，给出此时满足设计要求的每种去耦电容器使用的个数和去耦电容器使用的总个数，并绘制最终的电源分配网络实际阻抗曲线。