基于自諧振頻率電容器種類的選擇算法
(4)獲得每種電容器的自諧振頻率。代碼實現(xiàn)為:
FselfO=[Fb1;Fb3;Fb4;Fb5;Fb6;Fb7;F1;F2;F3;F4;F5;F6;F7;F8;F9;F10;F11;F12];%從小到大排列電容器的自諧振頻率。
(5)根據(jù)電容器的自諧振頻率,從1~N段,依次尋找自諧振頻率落在該段的電容器。顯然,電容器的自諧振頻率均位于頻段中點最理想。但更多情況下,只能挑選一個離頻段中點最接近的電容器。為避免重復(fù)選擇一種電容器,每次都會判斷該電容器是否已經(jīng)被選擇,如果被選擇過,則繼續(xù)在其他電容器中尋找。
這種算法在本質(zhì)上與Flat Response與Decade Methods相同,同樣要保證所選電容器能盡量覆蓋整個需要設(shè)計的頻段,從而達(dá)到在每個頻率點都有提供低阻抗電容器的目的。這樣,無論并聯(lián)諧振峰值在哪個頻率點,都不會出現(xiàn)設(shè)計漏洞,保證了設(shè)計的可靠性。
相對于Flat Response與Decade Methods,這種算法的優(yōu)點在于:
(1)限制條件比較少,更適合于實際中PDN網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計。
(2)不需要知道過多與電容器相關(guān)的具體參數(shù),僅需提供與其相對應(yīng)的自諧振頻率即可,將設(shè)計者從繁瑣的ESL、ESR和C的限制中解脫出來。
(3)將容值的選擇問題直接轉(zhuǎn)化為自諧振頻率的選擇問題,從而將PDN網(wǎng)絡(luò)設(shè)計徹底搬進(jìn)頻域,更加直觀和易于理解。
經(jīng)過反復(fù)驗證,該算法在容值種類為4種及以上時,可以得到最佳方案。
但這種算法對于只可使用一種電容器的情況并不適用。通過實驗發(fā)現(xiàn),當(dāng)僅使用一種電容器時,該電容器的容值與截止頻率、目標(biāo)阻抗以及并聯(lián)諧振峰值均有較大關(guān)系。也就是說,無論將電容器的自諧振頻率選擇在并聯(lián)諧振峰值處,還是在對數(shù)坐標(biāo)中設(shè)計頻段的中點,或選用所提供的最大容值的電容器,都不能保證是電容器數(shù)目最小的方案。鑒于僅用一種電容器時,其數(shù)目的計算僅是簡單地增加電容器的數(shù)量直到滿足條件為止,文中采用嘗試比較的方法,以設(shè)計頻段的中點為中心,取其周圍4種電容器分別進(jìn)行設(shè)計,選出使用個數(shù)最少的電容器作為最終方案。
當(dāng)可使用兩種電容器時,文中所提算法選擇出的兩個電容器的自諧振頻率分別在FLF和截止頻率。通過驗證,這種選取并不是最佳方案。這里進(jìn)行了幾種方案的嘗試:
(1)在設(shè)計頻段的中間選擇兩個電容器。
(2)在FLF和并聯(lián)諧振頻率各選擇一個電容器。
(3)在并聯(lián)諧振頻率和截止頻率各選擇一個電容器。
通過比較,第2種方案需要的電容器個數(shù)最少。所以,文中默認(rèn)在FLF和并聯(lián)諧振頻率各選擇一個電容器是最佳方案。該方案代碼實現(xiàn)為:
對于選擇3種電容器的情況,文中算法的性能依賴于所選的截止頻率。如果截止頻率較高,該算法依然能得到較好的方案,但截止頻率較低時,結(jié)果并不理想,必須尋找更加穩(wěn)定的算法。
這里進(jìn)行了幾種方案的嘗試:
(1)在設(shè)計頻段的中間選擇3個電容器。
(2)在FLF截止頻率以及并聯(lián)諧振頻率處各選擇一個電容器。
通過比較,第2種方案使用的電容器個數(shù)最少,即最件方案。
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