[发明专利]一种时频域结合的自动滤波电容设计方法

说明书

本发明属于嵌入式计算机系统设计技术领域。本发明设计了一种时频域结合的电源滤波设计方法。此方法是通过实际芯片的电流噪声，分析电流的有效频谱，查找电容库中相应的电容器，建立带权重电容阻抗函数，最终按照电源纹波要求计算出对应的滤波方案。从而达到即满足电源纹波要求又不冗余的最优方案的目的，满足机载嵌入式系统低压大电流的需求。

技术领域

本发明是一种通过时域/频域相结合，针对具体芯片的负载电流，通过自动优化方法计算出相应滤波设计的方法，该技术属于嵌入式计算机系统设计技术领域。

背景技术

在电子设备中，电源的稳定性是决定产品质量的重要因素之一。随着嵌入式系统发展，系统处理性能要求越来越高，系统也越来越趋于小型化，从而导致供电设计也更加的复杂化。如何能够设计出性能稳定、面积较小并且成本较低的电源滤波网络成为我们当前面临的重要问题。

电源的纹波噪声来源于电源输出芯片的低频噪声以及负载芯片的高频噪声，低频噪声通常可以通过开关频率直接选取电容种类及数量，但是高频噪声的滤波设计一直以来是一个难题。

目前业界通用的电源滤波设计方法是频域目标阻抗法，这种方法是在全频段利用最大电流和电源纹波要求来计算出目标阻抗，进而计算出相应的滤波方案。这种方法的优点是计算简单、可靠性高，缺点是往往结果非常冗余，滤波电路面积大，针对低压大电流甚至会出现无解的情况。

但是随着嵌入式系统的发展，芯片的核电压降低、负载电流的提高，这种方法的缺点都严重制约着系统电源设计。因此迫切地需要一种新的方法能够计算出更加优化的滤波方案。

发明内容

本发明的目的是：

为了解决目前电源滤波计算时存在的计算冗余、滤波电路面积大，无解问题，本发明提供一种通过具体芯片的负载电流自动优化出相应滤波设计的方法。

本发明的技术方案是：

一种时频域结合的自动滤波电容设计方法，具体步骤如下：

a)对时域电流波形i(t)进行傅里叶变换，获得电流频谱I(f)。

b)在电流频谱I(f)中查找各个大于等于0.005A的n个频谱峰值及其对应的频率f_I，去除其余分量，得到有效电流频谱I_ava(f)。

c)对电流频谱I_ava(f)进行归一化如式(1)所示，得到归一化矩阵A。

d)建立常用电容器的电容库，建库参数为：电容容值、谐振频率、电容器S参数。

e)通过电流峰值对应频率f_I在电容库中查找对应的n种电容器的谐振频率f_C。查找方法如式(2)所示，先在库中找到第一个大于f_I的频率f_max，然后比较f_I与f_max、f_max-1的差值，f_C选差值较小的那个频率。

f)查找谐振频率对应的电容器的容值，获取容值矩阵C_n。

g)查找谐振频率对应的电容器的S参数，通过读取的插入损耗S₁₂参数来计算各个电容器的自阻抗Z₁₁，方法如式(3)所示。得到选取的n种电容器的阻抗函数Z_n(f)。

h)根据步骤d)与g)可以得到带权重的阻抗Zc_n(f)，如式(4)所示。