[發明專利]一種時頻域結合的自動濾波電容設計方法

有效

• 申請號: 201611139719.9
• 申請日: 2016-12-12
• 公開（公告）號: CN108616127B
• 公開（公告）日: 2021-06-01
• 發明（設計）人: 劉婷婷;沈華;趙謙;賀瑩;周洪;王樹爭
• 申請（專利權）人: 中國航空工業集團公司西安航空計算技術研究所
• 主分類號: H02J3/01
• 分類號: H02J3/01
• 代理公司: 中國航空專利中心 11008
• 代理人: 郭平

本發明屬于嵌入式計算機系統設計技術領域。本發明設計了一種時頻域結合的電源濾波設計方法。此方法是通過實際芯片的電流噪聲，分析電流的有效頻譜，查找電容庫中相應的電容器，建立帶權重電容阻抗函數，最終按照電源紋波要求計算出對應的濾波方案。從而達到即滿足電源紋波要求又不冗余的最優方案的目的，滿足機載嵌入式系統低壓大電流的需求。

技術領域

本發明是一種通過時域/頻域相結合，針對具體芯片的負載電流，通過自動優化方法計算出相應濾波設計的方法，該技術屬于嵌入式計算機系統設計技術領域。

背景技術

在電子設備中，電源的穩定性是決定產品質量的重要因素之一。隨著嵌入式系統發展，系統處理性能要求越來越高，系統也越來越趨于小型化，從而導致供電設計也更加的復雜化。如何能夠設計出性能穩定、面積較小并且成本較低的電源濾波網絡成為我們當前面臨的重要問題。

電源的紋波噪聲來源于電源輸出芯片的低頻噪聲以及負載芯片的高頻噪聲，低頻噪聲通常可以通過開關頻率直接選取電容種類及數量，但是高頻噪聲的濾波設計一直以來是一個難題。

目前業界通用的電源濾波設計方法是頻域目標阻抗法，這種方法是在全頻段利用最大電流和電源紋波要求來計算出目標阻抗，進而計算出相應的濾波方案。這種方法的優點是計算簡單、可靠性高，缺點是往往結果非常冗余，濾波電路面積大，針對低壓大電流甚至會出現無解的情況。

但是隨著嵌入式系統的發展，芯片的核電壓降低、負載電流的提高，這種方法的缺點都嚴重制約著系統電源設計。因此迫切地需要一種新的方法能夠計算出更加優化的濾波方案。

發明內容

本發明的目的是：

為了解決目前電源濾波計算時存在的計算冗余、濾波電路面積大，無解問題，本發明提供一種通過具體芯片的負載電流自動優化出相應濾波設計的方法。

本發明的技術方案是：

一種時頻域結合的自動濾波電容設計方法，具體步驟如下：

a)對時域電流波形i(t)進行傅里葉變換，獲得電流頻譜I(f)。

b)在電流頻譜I(f)中查找各個大于等于0.005A的n個頻譜峰值及其對應的頻率f_I，去除其余分量，得到有效電流頻譜I_ava(f)。

c)對電流頻譜I_ava(f)進行歸一化如式(1)所示，得到歸一化矩陣A。

d)建立常用電容器的電容庫，建庫參數為：電容容值、諧振頻率、電容器S參數。

e)通過電流峰值對應頻率f_I在電容庫中查找對應的n種電容器的諧振頻率f_C。查找方法如式(2)所示，先在庫中找到第一個大于f_I的頻率f_max，然后比較f_I與f_max、f_max-1的差值，f_C選差值較小的那個頻率。

f)查找諧振頻率對應的電容器的容值，獲取容值矩陣C_n。

g)查找諧振頻率對應的電容器的S參數，通過讀取的插入損耗S₁₂參數來計算各個電容器的自阻抗Z₁₁，方法如式(3)所示。得到選取的n種電容器的阻抗函數Z_n(f)。

h)根據步驟d)與g)可以得到帶權重的阻抗Zc_n(f)，如式(4)所示。