基于去耦电容去耦区域的电源分配网络设计方法
【专利摘要】本发明公开一种基于去耦电容去耦区域的电源分配网络设计方法，首先在谐振腔模型的基础上，建模带去耦电容的电源地平面；在该建模方法的基础上计算出去耦电容的横向和纵向去耦半径；根据输入输出端口阻抗最大幅值对应的频率点选择所需的去耦电容，依据去电容的横向和纵向去耦半径选择去耦电容的安装位置；最后绘制电源分配网络的阻抗曲线。本发明解决了电源分配网络设计不能得到去耦电容的安装位置，为电源分配网络中去耦电容的选择和放置提供了一种快速，简便的方法，为实际工程中的电源完整性设计提供可靠指导。
【专利说明】
基于去輔电容去輔区域的电源分配网络设计方法
技术领域
[0001] 本发明属于电子技术领域，更进一步设及高速电路电源分配技术领域中的一种基 于去禪电容去禪区域的电源分配网络设计方法。本发明可应用于电源分配网络设计，提供 包含电容种类及安装位置的去禪设计方案。
【背景技术】
[0002] 随着高速数字电路时钟频率和集成度的不断提高，电源分配网络中产生的电源噪 声严重限制了电路性能的提升。电源地平面对高频数字集成电路起着非常重要的作用。W 往，电源地平面使用集总元件进行建模，但电源地平面在高频时会产生谐振，表现为分布特 性，集总模型无法表征电源分配网络在高频时的谐振特性。激励电源地平面谐振的激励源 是由互联产生的返回电流。去禪电容可W为返回电流在电源地平面之间提供返回路径，进 而抑制或消除平面谐振。现有的平面建模方法包括传输矩阵法、有限时域差分法、有限元法 和谐振腔法等，其中谐振腔法在建模精度和速度上都有很大优势。但是谐振腔算法只能用 于对裸电源地平面建模，不能对带负载(例如去禪电容)的电源地平面建模。
[0003] J.化Oi，S. Qiun，N.化，M. Swaminathan，L. Smith在其发表的论文 "A methodoIogy for the placement and optimization of decoupling capacitors for gigahertz systems" (Proc.化SI Des.Symp 2000)中提出了将去禪电容融合到电源地平面谐振腔模型 中的方法。该方法首先用谐振腔算法计算电源地的阻抗矩阵，然后将电源地平面的阻抗矩 阵和去禪电容的阻抗矩阵通过数值计算相融合，得到加入去禪电容后电源地平面的阻抗矩 阵。该方法存在的不足之处是，随着去禪电容器个数的增多计算效率逐渐降低。
[0004] 对于电源分配网络的设计，通过添加不同种类的去禪电容器使电源分配网络阻抗 在目标频率内低于目标阻抗，运一过程的核屯、问题在于确定去禪电容器的容值和个数。
[0005] 西安电子科技大学在其拥有的专利技术"基于快速电容器选择算法的电源分配网 络设计方法"（申请号：201210001643.9,授权公开号：102419790B)中提出基于电容的自谐 振频率对去禪电容器的选择方法。该专利技术的具体步骤是:找出电源分配网络阻抗曲线 在目标频率范围内第一个不满足目标阻抗的频率点标记为Fl，将电容自谐振频率与Fl接近 的电容作为去禪电容。待第一次添加去禪电容完成后，重新计算此时的电源分配网络阻抗 曲线，继续查找下一个在目标频率内不满足目标阻抗的频率点，使用刚才的方法添加去禪 电容直到目标频率范围内电源分配网络阻抗低于目标阻抗。该方法简单易行计算速度快。 但是，该方法仍然存在的不足之处是，将电源分配网络中的电源地平面等效为集总电容进 行去禪设计，无法获得去禪电容器的安装位置信息，忽略了实际电路设计中，电源地平面上 寄生电感对去禪效果的影响，可能导致失败的去禪设计。
[0006] 去禪设计时电容器放置始终是一个难题。电容器封装和连接时产生的寄生参数 (寄生电感和寄生电阻)严重影响了去禪电容的在高频时的去禪效果。
[0007] H.化en,J.Fan,W. Shi在其发表的论文 "Effective deco叩ling radius of decoupling capacitor"（Proc.Electrical Performance of Electronic Packaging 2001)中通过假设整个电源地平面存在均匀分布的电压，计算去禪电容的有效去禪半径。该 方法存在的不足之处是，在实际电路中电源地平面的电压分布不是一个恒定值，该假设严 重影响了计算结果的可靠性。目前对忍片级或封装级电路进行去禪时，电容器的选择和放 置在很大程度上依赖于耗时耗力的仿真。
【发明内容】
[0008] 本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提出一种基于去禪电容去禪区域的 电源分配网络设计方法。该方法通过电源地平面谐振腔法建模带去禪电容的电源地平面， 在该模型的基础上计算去禪电容的去禪半径，在对电源地平面进行去禪的同时计算得到去 禪电容在电源地平面安装位置信息，减少了人工选择去禪电容类型，数量和安装位置的复 杂度，提高了自动化程度，缩短仿真时间。
[0009] 为实现上述目的，本发明的具体步骤包括：
[0010] (1)构建带去禪电容电源地平面模型：
[0011] (Ia)标记去禪电容和输入输出端口的位置；
[0012] (Ib)使用谐振腔公式，计算每个端口的端口系数和每个谐振模式的阻抗；
[0013] (Ic)构建带去禪电容电源地平面的模型；
[0014] (2)计算去禪电容的去禪半径：
[001引（2a)使用目标阻抗公式，计算目标阻抗；
[0016] (2b) W电源地平面的左下角为原点，W电源地平面的长边为横坐标，W电源地平 面的短边为纵坐标，建立平面坐标系，记录输入输出端口 PO在平面坐标系中位置所对应的 坐标值；
[0017] (2c)将去禪电容放置在输入输出端口 PO处，计算去禪电容的横向去禪半径；
[0018] (2d)利用带去禪电容电源地平面的模型，计算电源地平面端接去禪电容后输入输 出端口 PO的频域阻抗；
[0019] (2e)判断电源地平面端接去禪电容后输入输出端口 PO的频域阻抗是否小于目标 阻抗，若是，则将待计算横向去禪半径的去禪电容器的横坐标值加1，执行步骤(2d)，否则， 执行步骤(2f);
[0020] (2f)计算去禪电容的横坐标值与输入输出端口 PO的横坐标值的差值，将去禪电容 的横向去禪半径等于该差值；
[0021] (2g)将去禪电容放置在输入输出端口 PO处，计算去禪电容的纵向去禪半径；
[0022] (2h)利用带去禪电容电源地平面模型，计算电源地平面端接去禪电容后输入输出 端口 PO的频域阻抗；
[0023] (2i)判断电源地平面端接去禪电容后输入输出端口 PO的频域阻抗是否小于目标 阻抗，若是，则将待计算纵向去禪半径的去禪电容器的纵坐标值加1，执行步骤(2h)，否则， 执行步骤(2j);
[0024] (2j)计算去禪电容的纵坐标值与输入输出端口 PO的纵坐标值的差值，将去禪电容 的纵向去禪半径等于该差值；
[0025] (3)确定去禪电容的去禪区域；
[0026] W电源地平面上的输入输出端口PO位置为圆屯、，W去禪电容的横向去禪半径和纵 向去禪半径确定一个楠圆形，将该楠圆形作为去禪电容的去禪区域；
[0027] (4)设置初始参数；
[0028] (4a)按电源分配网络设计要求，设置电路板的尺寸和去禪电容库参数；
[0029] (4b)按电源分配网络设计要求，设置去禪设计的截止目标频率参数；
[0030] (4c)按电源分配网络设计要求，设置待去禪设计的去禪电容的初始个数Nc为0;
[0031] (4d)利用谐振腔公式，计算电源地平面无端接去禪电容时输入输出端口 PO的频域 阻抗；
[0032] (5)去禪设计：
[0033] (5a)从没有端接去禪电容的电源地平面上输入输出端口 PO的频域阻抗中找出最 大反谐振频率；
[0034] (5b)判断没有端接去禪电容的电源地平面上输入输出端口 PO的频域阻抗的最大 反谐振频率是否大于去禪设计的截止目标频率，若是，则执行步骤（5g)，否则，执行步骤 (5c);
[0035] (5c)选用自谐振频率最接近没有端接去禪电容的电源地平面上输入输出端口 PO 的频域阻抗的最大反谐振频率的去禪电容对电源地平面进行去禪设计；
[0036] (5d)将使用的去禪电容的个数Nc加1，使用选用的去禪电容的去禪半径计算该去 禪电容在电源地平面上的安装位置；
[0037] (5e)利用带去禪电容电源地平面模型，计算电源地平面上端接化个去禪电容后输 入输出端口 Po的频域阻抗，找出该阻抗的最大反谐振频率；
[0038] (5f)判断电源地平面上端接化个去禪电容后输入输出端口 PO的频域阻抗的最大 反谐振频率是否大于去禪设计的截至目标频率，若是，则执行步骤(5g)，否则，选用自谐振 频率最接近源地平面上安装化个去禪电容后输入输出端口 PO的频域阻抗的最大反谐振频 率的去禪电容，执行步骤(5d);
[0039] (5g)完成电源分配网络的去禪设计，绘制输入输出端口 PO的频域阻抗曲线。
[0040] 本发明与现有技术相比具有如下优点：
[0041] 第一，由于本发明W电源地平面上输入输出端口的阻抗的最大反谐振频率为去禪 电容的选择依据，W去禪电容的去禪区域为去禪电容安装位置的选择依据，克服了现有技 术不能得到去禪电容安装位置，可能得到失败的去禪设计的不足，使得本发明可W快速获 取对电源分配网络去禪设计所需的去禪电容及去禪电容的安装位置，缩短了产品开发周 期，减少设计成本。
[0042] 第二，由于本发明使用带去禪电容的电源地平面模型进行去禪设计，克服了现有 技术中只能对表现为集总特性的电源地平面进行去禪设计的，不能对表现为分布特性的高 频电源地平面进行去禪设计不足，使得本发明可W对表现为分布特性的高频电源分配网络 进行去禪设计，拓展了去禪设计的应用范围。
[0043] 第=，由于本发明中使用带去禪电容的电源地平面模型计算去禪电容的去禪半 径，克服了基于电压均匀分布假设下计算出的去禪半径精度不高的不足，使得本发明计算 的去禪电容的去禪半径精度更高。
【附图说明】
[0044] 图I为本发明的流程图；
[0045] 图2为本发明的端接去禪电容的多端口电源地平面谐振腔模型的电路示意图；
[0046] 图3为本发明实施例的仿真结果图。
【具体实施方式】
[0047] 下面结合附图对本发明进行详细描述。
[004引参照图1，本发明的具体步骤如下。
[0049] 步骤1，构建带电容电源地平面模型。
[0050] 标记去禪电容和输入输出端口的位置。
[0051] 标记去禪电容和输入输出端口的位置的具体步骤如下：
[0052] 第1步，将输入输出端口在电源地平面上的位置标记为P 0,将电源地平面上的所 有去禪电容用化逐一标记，其中，k=l，2,…，a，a表示电源地平面上去禪电容的总数；
[00对第2步，将去禪电容在电源地平面上的坐标用(xPk，ypk)标记，k=l，2,…，a,输入输 出端口P 0在电源地平面上的坐标用(xp0，yp0)标记。电源地平面由两个长为a,宽为b的平面 组成，并被厚度为d、介电常数为e的电解质隔离开。
[0054]按照如下谐振腔公式，计算每个端口的端口系数和每个谐振模式的阻抗：
[0化5]
[0056] 其中，Zpo表示电源地平面上输入输出口PO的频域阻抗；O表示角频率;C-表示正无 穷符号；5：表示求和操作;n表示电源地平面纵向传输模式数量;m表示电源地平面横向传输 模式数量；W,:?表示端口电源地平面上输入输出端口 PO的端口系数;j表示虚数;Cmn表示电 源地平面谐振腔的模式电容;Lmn表示电源地平面谐振腔的模式电感;Gmn表示电源地平面谐 振腔的模式损耗。
[0057] 每个谐振模式的频域响应Zmn的表达式如下：
[(K)Sf
[0化9]电源地平面上端口 PO的端口系数yv;:'的表达式如下：
[0060]
[0061 ] :如下：
[0062]
[0063]其中，k=l，2,…，a, Em表示横向向系数，并且
En表示纵向系数， 并且
（XPO，ypo)和(邱k，ypk)是输入输出端口 PO和去禪电容端口化的坐标； (1：刑山?日)和（山1<山?〇是端口尺寸，通常将1：刑心?日，山1<心?1<设置为零，(303表示余弦函数， sine函数的具体表达式为Sinc(X) = SinxA，sin表示正弦函数;a表示点余地平面的长度，b 表示电源地平面的宽度；
[0064] 模式电容Cmn的表达式如下：
[00 化]
[0066] 式如下：
[0067]
[0068] 其中fmn表示模式谐振频率，i.E表示电源地平面间填充介 质的有效介电常数。
[0069] 横式损耗Gmn的亲巧式化下：
[0070]
[0071] 其中，COmn为谐振角频率，tanS为平面间填充介质的损耗角正切值，y为真空中的磁 导率，O为铜导体的电导率。
[0072] 谐振腔公式W二维赫姆霍兹方程的解为基础对矩形平面对应用格林函数得到的。 在实际运算中，只需要部分模式就能正确表征端口PO的阻抗，设置横向模式总数为11_1111111， 纵向模式总数为111_肌111，所用的谐振模式的总数量为0= (n_num+l) (m_num+l)。将谐振腔模 型每个模式的频域响应Zmn用Zh重新标记，输入输出端口 PO的端口系数用化化=1，2，…， 0)重新标记，电容端口化的端口系数M為用Mhk重新标记，其中k=l, 2,…，a, h=l, 2,…，0。 变量h和模式(m，n)的 对应关系如表2所不。 I；00731 要9亦富'k新苹而瞄向賊井撒富'm t;苹而幼!向賊井撒富'n间的对而单完要 [007
[0075]图2所示是端接去禪电容的多端口电源地平面谐振腔模型的电路示意图。图2中， 电源地平面建模为使用e个谐振模式的谐振腔电路模型，电源地平面上端接了 a个去禪电 容，输入输出端口 PO的输入电压是V，输入电流是I，去禪电容Ck两端的电压是Vck，流过去禪 电容Ck的电流是Ick，其中k=l，2,…，a。每个谐振模式的模式电压是Vh,模式电流是Iih,其中 h = l，2,…，0。每个模式电流Iih的表达式如下，其中h=l，2,…，0:
[0076]
[0077] 其中，Vck是第k个去禪电容的电压，Zck是第k个去禪电容的频域阻抗，其中，k=l， 2,…，a,由输入输出端口PO的输入电流I所表示的每个模式电流Iih化=1，2,…斯的表达式 如下：
[007引 Iii=NiI，112=化I，...，Iie=NeI
[0079] 参照图2中的电路结构，每个去禪电容的电压的表达式如下，其中h = l，2,…，0:
[0080]
[0081] 将每个去禪电容的电压的表达式代入到每个模式电流Iih的表达式中，推导出如下 表达式：
[0082]
[0083]其中，A是系数矩阵，由上式可计算出每个模式电压，其表达式如下所示：
[0084]
[0085] 将输入输出端口PO的输入电流I设置为I，由上式可计算过处每个模式电压的表达 式。
[0086] 带去禪电容电源地平面的模型的表达式如下：
[0087]
[008引其中表示带去禪电容电源地平面上输入输出端口PO的阻抗;Vi,V2,…，Ve分别 表示谐振腔中每个谐振模式的模式电压;e表示谐振腔使用的总的模式数量。
[0089] 步骤2,计算去禪电容的去禪半径。
[0090] 第1步，按照如下目标阻抗公式，计算目标阻抗：
[0091]
[0092] 其中，Ztarget表示目标阻抗;V表示电源地平面上输入输出端口 PO处的电压;*表示 相乘操作;5%表示电源地平面上输入输出端口PO处的电压的最大波动范围J表示电源地 平面上输入输出端口 PO处的平均电流。
[0093] 第2步，W电源地平面的左下角为原点，W电源地平面的长边为横坐标，W电源地 平面的短边为纵坐标，建立平面坐标系，记录输入输出端口 PO在平面坐标系中位置所对应 的坐标值(祉日，yp〇);
[0094] 第3步，将去禪电容放置在输入输出端口 PO处，计算去禪电容的横向去禪半径，去 禪电容器的初始坐标(Xpi，ypi)等于输入输出端口 PO的坐标为(祉日，ypo)
[0095] 第4步，利用带去禪电容电源地平面的模型，计算电源地平面端接去禪电容后输入 输出端口 PO的频域阻抗Z其；
[0096] 第5步，判断电源地平面端接去禪电容后输入输出端口 PO的频域阻抗是否小于目 标阻抗Ztarget,若是，则将待计算横向去禪半径的去禪电容器的横坐标值XPl加1，将去禪电容 器放置在坐标(xPi，yp〇)处，执行本步骤的第4步，否则，执行本步骤的第6步；
[0097] 第6步计算去禪电容的横坐标值与输入输出端口 PO的横坐标值的差值，将去禪电 容的横向去禪半径等于该差值，即。二XPl-XPO ;
[0098] 第7部，将去禪电容放置在输入输出端口 PO处，计算去禪电容的纵向去禪半径，去 禪电容器的初始坐标(XPi，ypi)等于输入输出端口 PO的坐标(XPO，ypo);
[0099] 第8步，利用带去禪电容电源地平面模型，计算电源地平面端接去禪电容后输入输 出端口 PO的频域阻抗Z瓦；
[0100] 第9步，判断电源地平面端接去禪电容后输入输出端口 PO的频域阻抗是否小于目 标阻抗，若是，则将待计算纵向去禪半径的去禪电容器的纵坐标值ypi加1，将去禪电容放置 在坐标(xp〇，ypi)处，执行本步骤的第8步，否则，执行本步骤的第10步；
[0101] 第10步，计算去禪电容的纵坐标值与输入输出端口 PO的纵坐标值的差值，将去禪 电容的纵向去禪半径等于该差值，即ry=ypi-yp〇;
[0102] 步骤3, W电源地平面上的输入输出端口 PO位置为圆屯、点，W去禪电容的横向去禪 半径和纵向去禪半径为半径确定一个楠圆形;将该楠圆形作为去禪电容的去禪区域，电源 地平面上位于在去禪电容去禪区域内点的阻抗小于目标阻抗。
[0103] 步骤4,设置初始参数。
[0104] 按电源分配网络设计要求，设置的去禪电容库参数包括：
[0105] 电容库参数包括:去禪电容库中去禪电容的电容参数，去禪电容库中去禪电容的 寄生电感参数，去禪电容库中去禪电容的寄生电阻参数，去禪电容库中去禪电容的谐振频 率参数。
[0106] 按电源分配网络设计要求，设置去禪设计的截止目标频率参数；
[0107] 按电源分配网络设计要求，设置待去禪设计的去禪电容的初始个数Nc为0;
[0108] 利用谐振腔公式，计算电源地平面无端接去禪电容时输入输出端口 PO的频域阻抗 Zpo;
[0109] 步骤5,去禪设计。
[0110] 第1步，从没有端接去禪电容的电源地平面上输入输出端口 PO的频域阻抗中找出 最大反谐振频率fmax，在该频率处，阻抗Zpo达到最大值；
[0111] 第2步，判断没有端接去禪电容的电源地平面上输入输出端口 PO的频域阻抗的最 大反谐振频率是否大于去禪设计的截止目标频率，若是，则说明在去禪设计的频率范围内， 输入输出端口的阻抗全部小于目标阻抗，满足性能要求，无需进行去禪设计，执行本步骤的 第7步，，否则，执行本步骤的第3步；
[0112] 第3步，选用自谐振频率最接近没有端接去禪电容的电源地平面上输入输出端口 PO的频域阻抗的最大反谐振频率的去禪电容对电源地平面进行去禪设计，去禪电容在其自 谐振频率处具有最低的阻抗值，当去禪电容的自谐振频率非常阻抗Zpo的最大反谐振频率 时，能有效降低最大反谐振频率处入输出端口 PO的频域阻抗；
[0113] 第4步，将使用的去禪电容的个数化加1，使用选用的去禪电容的去禪半径计算该 去禪电容在电源地平面上的安装位置，因为电源地平面上位于在去禪电容去禪区域内的点 的阻抗小于目标阻抗，去禪电容的安装位置可W在该去禪区域内随机选择，去禪电容的去 禪位置(Xe, ye)具体表达式如下：
[0114] xc = xp〇+lx COS0
[0115] }fc = yp〇+；Ly sin白
[0116] 其中，（xpo，ypo)表示输入输出端口 PO的坐标；lx是0.25。到0.5。内的随机数，k为 0.25ry到0.5。，内的随机数;?和ry是电容Cf max的去禪半径;目为0到化内的随机数；
[0117] 第5步，利用带去禪电容电源地平面模型，计算电源地平面上端接化个去禪电容后 输入输出端口 Po的频域阻抗，找出该阻抗的最大反谐振频率；
[0118] 第6步，判断电源地平面上端接Nc个去禪电容后输入输出端口PO的频域阻抗的最 大反谐振频率是否大于去禪设计的截至目标频率，若是，则执行步骤(5g)，否则，选用自谐 振频率最接近源地平面上安装化个去禪电容后输入输出端口 PO的频域阻抗的最大反谐振 频率的去禪电容，执行本步骤的第4步；
[0119] 第7步，完成电源分配网络的去禪设计，绘制输入输出端口 PO的频域阻抗曲线。
[0120] 本发明的效果可通过W下仿真进一步说明。
[0121] 实施例1:
[0122] 电源地平面的长度为60毫米，宽度为40毫米，平面间隔为0.1毫米，填充介质的介 电常数为4.4,介质的损耗角正切是0.02。输入输出端口 PO在电源地平面上的位置为(36mm， 23mm)，目标阻抗设置为0.50hm，去禪设计频率为IOM化到1.5G化，去禪电容库如表2所示。
[0123] 表2.去禪电容库参数表
[0124]
[0125] 基于W上参数，利用本发明的实现步骤，通过MATLAB 2013软件对本发明提出的电 源分配网络去禪设计方法进行仿真，选择的去禪电容，电容的去禪半径，去禪电容的安装位 置如表3所示。仿真结果如图3所示，图3中横坐标表示频率，单位为赫兹，纵坐标表示阻抗 值，单位为欧姆。图3中W实线标示的曲线是电源地平面上添加表3中的去禪电容后输入输 出端口PO的阻抗，W虚线标示的直线是目标阻抗，W点划线标示的直线是去禪设计截止目 标频率。由图3可W看出，在去禪设计频率范围内输入输出端口PO的阻抗曲线位于目标阻抗 直线的下方，说明在去禪设计频率范围内输入输出端口PO的阻抗小于目标阻抗，证明本发 明方法可W正确选择电源分配网络设计时去禪设计所需的去禪电容器及去禪电容的安装 位置。
[0126] 表3选用的去禪电容和去禪电容的安装位置表
[0127]
【主权项】
1. 一种基于去耦电容去耦区域的电源分配网络设计方法，具体步骤如下： (1) 构建带去耦电容电源地平面模型： (la) 标记去耦电容和输入输出端口的位置； (lb) 使用谐振腔公式，计算每个端口的端口系数和每个谐振模式的阻抗； (lc) 构建带去耦电容电源地平面的模型； (2) 计算去耦电容的去耦半径： (2a)使用目标阻抗公式，计算目标阻抗； (2b)以电源地平面的左下角为原点，以电源地平面的长边为横坐标，以电源地平面的 短边为纵坐标，建立平面坐标系，记录输入输出端口 P0在平面坐标系中位置所对应的坐标 值； (2c)将去耦电容放置在输入输出端口 P0处，计算去耦电容的横向去耦半径； (2d)利用带去耦电容电源地平面的模型，计算电源地平面端接去耦电容后输入输出端 口 P0的频域阻抗； (2e)判断电源地平面端接去耦电容后输入输出端口 P0的频域阻抗是否小于目标阻抗， 若是，则将待计算横向去耦半径的去耦电容器的横坐标值加1，执行步骤(2d)，否则，执行步 骤(2f); (2f)计算去耦电容的横坐标值与输入输出端口 P0的横坐标值的差值，将去耦电容的横 向去耦半径等于该差值； (2g)将去耦电容放置在输入输出端口 P0处，计算去耦电容的纵向去耦半径； (2h)利用带去耦电容电源地平面模型，计算电源地平面端接去耦电容后输入输出端口 P0的频域阻抗； (2i)判断电源地平面端接去耦电容后输入输出端口 P0的频域阻抗是否小于目标阻抗， 若是，则将待计算纵向去耦半径的去耦电容器的纵坐标值加1，执行步骤(2h)，否则，执行步 骤(2j); (2 j)计算去耦电容的纵坐标值与输入输出端口 P0的纵坐标值的差值，将去耦电容的纵 向去耦半径等于该差值； (3) 确定去耦电容的去耦区域； 以电源地平面上的输入输出端口 P0位置为圆心，以去耦电容的横向去耦半径和纵向去 耦半径确定一个椭圆形，将该椭圆形作为去耦电容的去耦区域； (4) 设置初始参数； (4a)按电源分配网络设计要求，设置电路板的尺寸和去耦电容库参数； (4b)按电源分配网络设计要求，设置去耦设计的截止目标频率参数； (4c)按电源分配网络设计要求，设置待去耦设计的去耦电容的初始个数仏为0; (4d)利用谐振腔公式，计算电源地平面无端接去耦电容时输入输出端口 P0的频域阻 抗； (5) 去耦设计： (5a)从没有端接去耦电容的电源地平面上输入输出端口 P0的频域阻抗中找出最大反 谐振频率； (5b)判断没有端接去耦电容的电源地平面上输入输出端口 P0的频域阻抗的最大反谐 振频率是否大于去耦设计的截止目标频率，若是，则执行步骤(5g)，否则，执行步骤(5c); (5c)选用自谐振频率最接近没有端接去耦电容的电源地平面上输入输出端口 P0的频 域阻抗的最大反谐振频率的去耦电容对电源地平面进行去耦设计； (5d)将使用的去耦电容的个数NC加1，使用选用的去耦电容的去耦半径计算该去耦电容 在电源地平面上的安装位置； (5e)利用带去耦电容电源地平面模型，计算电源地平面上端接NC个去耦电容后输入输 出端口 Po的频域阻抗，找出该阻抗的最大反谐振频率； (5f)判断电源地平面上端接NC个去耦电容后输入输出端口 P0的频域阻抗的最大反谐振 频率是否大于去耦设计的截至目标频率，若是，则执行步骤(5g)，否则，选用自谐振频率最 接近源地平面上安装NC个去耦电容后输入输出端口 P0的频域阻抗的最大反谐振频率的去 耦电容，执行步骤(5d); (5g)完成电源分配网络的去耦设计，绘制输入输出端口 P0的频域阻抗曲线。2. 根据权利要求1所述的基于去耦电容去耦区域的电源分配网络设计方法，其特征在 于，步骤(la)中所述的标记去耦电容和输入输出端口的位置的具体步骤如下： 第1步，将输入输出端口在电源地平面上的位置标记为P0,将电源地平面上的所有去耦 电容用Pk逐一标记，其中，k=l，2,…，α，α表示电源地平面上去耦电容的总数； 第2步，将去親电容在电源地平面上的坐标用(xpk，ypk)标记，k=l，2,…，α，输入输出端 口 Ρ0在电源地平面上的坐标用(xpq，yp〇)标记。3. 根据权利要求1所述的基于去耦电容去耦区域的电源分配网络设计方法，其特征在 于，步骤(lb)、步骤(4d)中所述的谐振腔公式如下：其中，Zpq表示电源地平面上输入输出口P0的频域阻抗；ω表示角频率；〇〇表示正无穷符 号；Σ表不求和操作;η表不电源地平面纵向传输模式数量;m表不电源地平面横向传输模式 数量;Λ?,?表示端口电源地平面上输入输出端口 P0的端口系数;j表示虚数;Cmn表示电源地 平面谐振腔的模式电容;Lmn表示电源地平面谐振腔的模式电感;G mn表示电源地平面谐振腔 的模式损耗。4. 根据权利要求1所述的基于去耦电容去耦区域的电源分配网络设计方法，其特征在 于，步骤(lc)中所述的带去耦电容电源地平面模型的表达式如下：其中，表示带去耦电容电源地平面上输入输出端口 P〇的阻抗;Vi，V2，…，Ve分别表示 谐振腔中每个谐振模式的模式电压;β表示谐振腔使用的总的模式数量。5. 根据权利要求1所述的基于去耦电容去耦区域的电源分配网络设计方法，其特征在 于，步骤(2a)中所述的目标阻抗公式如下：其中，Ztarget表示目标阻抗;V表示电源地平面上输入输出端口P0处的电压;*表示相乘 操作；5%表示电源地平面上输入输出端口 P0处的电压的最大波动范围；7表示电源地平面 上输入输出端口 P0处的平均电流。6.根据权利要求1所述的基于去耦电容去耦区域的电源分配网络设计方法，其特征在 于，步骤(4a)中所述的电容库参数包括:去耦电容库中去耦电容的电容参数，去耦电容库中 去耦电容的寄生电感参数，去耦电容库中去耦电容的寄生电阻参数，去耦电容库中去耦电 容的谐振频率参数。
【文档编号】G06F17/50GK105956289SQ201610298931
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年5月6日
【发明人】路建民, 王君, 李先锐, 初秀琴
【申请人】西安电子科技大学