电源分配网络中贴片电容器阻抗的仿真方法
【专利摘要】本发明公开了一种电源分配网络中贴片电容器阻抗的仿真方法，主要解决电容器阻抗不明影响使用的问题。其实现步骤是：1）制作电容器测量夹具和校准件；2）使用通用校准件及其电气特性文件对矢量网络分析仪校准，测量制作校准件的电气特性，并保存为电气特性文件；3）使用制作校准件及电气特性文件对矢量网络分析仪进行校准，测量电容器的散射参数；4）将测量得到反向传输系数转换为总阻抗参数，并去除其中的安装感抗得到电容器阻抗；5）通过矢量拟合法对电容器阻抗进行拟合，得到高阶表达式；6）计算高阶表达式得到的阻抗，获得无标记参数的电容器的阻抗。本发明对电容器阻抗的仿真精确，且实施方法简单快捷，可用于获得电容器的阻抗参数。
【专利说明】电源分配网络中贴片电容器阻抗的仿真方法
【技术领域】
[0001]本发明属于计算机仿真【技术领域】，更具体的是一种通过散射参数测量和矢量拟合算法实现贴片电容器阻抗的仿真方法，可应用于电源分配网络去耦系统设计。
【背景技术】
[0002]随着电子系统的高速高密度发展，电源完整性问题日益严重。电源分配网络不但需要为系统提供纯净稳定的供电电压，还应为系统中的信号提供低阻抗的返回路径，因此一个良好的电源分配网络是系统正常工作的基础。电源分配网络中的主要去耦部件是电容器，因此电容器仿真是电源分配网络前仿真阶段设计的前提。电容器由于寄生参数的存在不能用理想电容器作为等效电路，其随着频率的变化表现出不同的电气特性。电容器种类繁多，不同容值、不同材料、不同厂家的电容器在频域中的电气特性是不同的。目前，国内的电容器厂商几乎都没有提供电容器的电路仿真模型或者电容的寄生参数。因此，为每一种电容器设计一种简易快捷的仿真方法十分重要。
[0003]传统的电容器阻抗仿真是用一阶RLC串联等效电路拟合电容器阻抗，通过测量电容的自谐振点及自谐振点的阻抗值，计算得到电阻R、电感L的值:
【权利要求】
1.一种电源分配网络中贴片电容器阻抗的仿真方法，包括以下步骤: (1)设计印刷电路板 (1a)设计M种电容器的双端口测试夹具的印刷电路板，M≥1 ； (Ib)分别设计短路件、开路件、负载件、直通件这四个校准件的印刷电路板； (2)器件焊接 (2a)将元器件焊接到步骤(Ia)设计的印刷电路板上，得到M个功能板，分别作为M种电容器的双端口测试夹具； (2b)将元器件焊接到四个校准件的印刷电路板上，得到四个功能板，分别作为短路件、开路件、负载件、直通件这四个校准件，标记为制作校准件Tl ； (3)使用通用的短路开路负载直通校准件T2及该校准件的电气特性文件F2，对矢量网络分析仪进行双端口一次校准，再用校准后的矢量网络分析仪分别测量制作校准件Tl中的短路件延时和损耗，及开路件的开路电容，用测量结果对通用校准件T2的电气特性文件F2进行修订，作为制作校准件Tl的电气特性文件Fl，保存在矢量网络分析仪中； (4)使用制作校准件Tl和该校准件的电气特性文件F1，对矢量网络分析仪进行双端口二次校准； (5)使用二次校准后的矢量网络分析仪，测量第i种电容器测试夹具的二端口散射参数并将测试条件和散射参数保存为s2p格式文件，I ^ i ^ M, 所述测试条件，包括矢量网络分析仪型号、测试时间、第i种电容器的测试频率f"和匹配阻抗Zc， 所述散射参数，包括第i种电容器测试夹具的第一端口反射系数*、第一端口到第二端口的正向传输系数^ 第二端口的反射系数^ 第二端口到第一端口的反向传输系数5 (6)按照下式将第i种电容器测试夹具的第二端口到第一端口的反向传输系数S1转换为总阻抗参数Z1:
2.根据权利要求1所述一种电源分配网络中贴片电容器阻抗的仿真方法，其中步骤(Ia)所述的设计M种电容器的双端口测试夹具的印刷电路板，按如下步骤进行: (Ial)基本参数设计 每一种电容器的双端口测试夹具的印刷电路板均设置相同的参数，即介质材料采用FR4，导体材料采用铜，阻焊材料采用绿油，传输线采用50Q特性阻抗的接地共面波导传输线，传输线的中心体设在印刷电路板的中间位置，传输线的上接地面通过过孔与传输线的下接地面相连； (la2)元器件的封装设计 在每一个测试夹具的印刷电路板上分别设计电容器和线缆接头的封装，即根据电容器的引脚大小和器件尺寸，画电容器引脚的焊盘和封装线，设计出电容器的封装；根据线缆接头的引脚大小和器件尺寸，画线缆接头的焊盘和封装线，设计出线缆接头的封装； (la3)元器件封装的电气连接: 第一步:设置传输线的中心体长度为21+W，I = 300密尔，W为电容器焊盘的宽度；第二步:将电容器封装的两个焊盘分别连接到中心体的中间位置处和传输线的上接地面上，且电容器封装与中心体垂直； 第三步:将两个线缆接头封装的第I个焊盘分别连接到中心体的两端，其他焊盘连接到传输线的接地面。
3.根据权利要求1所述一种电源分配网络中贴片电容器阻抗的仿真方法，其中步骤(Ib)所述的分别设计短路件、开路件、负载件、直通件这四个校准件的印刷电路板，按如下步骤进行:(Ibl)基本参数设计 每一个校准件的印刷电路板均设置相同的基本参数，即介质材料采用FR4，导体材料采用铜，阻焊材料采用绿油，传输线采用50Q特性阻抗的接地共面波导传输线，传输线的中心体设在印刷电路板的中间位置，传输线的上接地面通过过孔与传输线的下接地面相连；(lb2)元器件的封装设计 在四个校准件的印刷电路板上均设计线缆接头的封装，即根据线缆接头的引脚大小和器件尺寸，画引脚的焊盘和封装线，设计出线缆接头的封装； 在负载件的印刷电路板上设计电阻的封装，即根据电阻的引脚大小和器件尺寸，画引脚的焊盘和封装线，设计出电阻的封装； (lb3)设计短路件印刷电路板上元器件封装的电气连接 首先，将中心体的末端通过短桩线与上接地面相连，设电气长度I = 300密尔； 其次，将线缆接头封装的第I个焊盘与中心体的始端相连，其他引脚的焊盘与传输线的接地面相连； (lb4)设计开路件印刷电路板上元器件封装的电气连接 首先，将中心体的末端开路，设电气长度I = 300密尔； 其次，线缆接头封装的接法与(lb3)中线缆接头封装的接法相同； (lb5)设计负载件印刷电路板上元器件封装的电气连接 第一步:设置中心体的电气长度I = 300密尔； 第二步:线缆接头封装的接法与(lb3)中线缆接头封装的接法相同； 第三步:将两个电阻的封装放在中心体的两侧且与中心体垂直，两个焊盘分别与中心体的末端和上接地面相连； (lb6)设计直通件印刷电路板上元器件封装的电气连接 首先，将中心体的电气长度设为21，I = 300密尔； 其次，将两个线缆接头封装的第I个焊盘分别连接到中心体的两端，其他焊盘连接到传输线的接地面。
【文档编号】G06F17/50GK103617326SQ201310653497
【公开日】2014年3月5日 申请日期:2013年12月4日 优先权日:2013年12月4日
【发明者】刘洋, 陈伟伟, 何亚杰, 原玉章, 甄江平, 赵强 申请人:西安电子科技大学