基于混合遗传算法的去耦电容网络设计基于混合遗传算法的去耦电容网络设计
结合基于目标阻抗的设计方法,将混合遗传算法应用于PDN(电源分配网络)的去耦电容网络设计,对所需去
耦电容器的种类和数目进行优化计算,同时与标准遗传算法和传统设计方法进行对比,借助Cadence电源完整
性仿真工具验证设计结果的有效性和合理性。避免了传统设计需要借助EDA工具进行反复修改和验证的繁琐过
程,同时减少了设计冗余,节省了PCB布局布线空间,为高频电路的PDN设计提供参考。
0 引言引言
随着电子技术的快速发展,电子线路设计的集成度和复杂度越来越高,对
[1]
。文献[2]中提出了基于传输功率的研究方法
[2]
。
此外还有其他一些方法,比如在去耦支路引入串联电阻
[3]
、引入电磁带隙结构
[4]
等设计高频去耦网络。基于目标阻抗的设计方
法已有很多相关论述,而大部分研究的关注点在于容值计算以及去耦特性分析等,较少考虑实际高速高密度PCB设计面临的
布局布线资源有限的问题,因此实用性不强。文献[5]将遗传算法应用于
[5]
,通过优化电容器布局增强去耦效果。文献[6]将遗
传算法应用于PDN设计
[6]
,取得了一定效果。然而标准遗传算法在处理多极值问题时全局收敛性较差,本文采用改进的遗传算
法对所需去耦电容器的种类和数目进行优化计算,同时与标准遗传算法和传统设计方法进行对比,并借助Cadence仿真工具验
证设计结果的有效性和合理性。
1 电容去耦原理及计算方法电容去耦原理及计算方法
电容去耦原理可以通过图1说明。将图中的稳压电源及去耦电容看作一个复合的电源系统,当负载电流变化很快时,稳压电
源不能够及时响应负载变化,此时电容器充当了局部电源,保证负载电压稳定。
从阻抗角度而言,去耦电容降低了电源系统的交流阻抗,由式(1)可以看出负载电流变化时,Z越小,负载电压变化量越
小,系统电源越稳定。
实际的电容器模型为RLC串联网络,当信号频率小于谐振频率时呈容性,而在高于谐振频率时呈感性。其简化的数学模型
由式(2)表示,其中f
0
为谐振频率。
传统的设计方法通常是将目标频率范围分段,每个频段对应一种容值的去耦电容,采用多个不同容值的电容器并联组成去
耦电容网络,使电源系统满足目标阻抗要求。图2显示了两种不同容值的电容器C
1
和C
2
并联的频率响应。