基于灰狼算法的MMIC无源器件等效电路模型参数提取方法

本发明属于半导体和集成电路，具体涉及一种基于灰狼算法的mmic无源器件等效电路模型参数提取方法。

背景技术：

1、mmic即单片微波集成电路，是在半绝缘半导体衬底上用一系列的半导体工艺方法制造出无源和有源器件，并连接起来构成功能电路，例如低噪声放大器、功率放大器。其中无源器件是mmic器件中重要的一类，包括电阻，电容，电感，匹配网络，谐振器，滤波器等，在mmic设计中占有非常重要的地位。

2、随着通信技术的不断发展以及mmic的应用也越来越广泛，对mmic无源器件的等效电路模型的研究也更加深入。而mmic无源器件的等效电路模型对mmic的设计起着重要的作用。但是随着高频应用需求的不断发展，所建立的器件等效电路模型拓扑结构因需要考虑高频寄生效应等非理想效应的存在，会变得相当复杂。因此想要快速准确的提取等效电路模型参数值，建立起精确的器件等效电路模型就变得非常困难，这对计算机模拟辅助设计mmic，提升mmic工作性能会产生很大的阻碍。所以mmic无源器件等效电路建模成为半导体和集成电路领域研究的重点和热点。

3、传统的mmic无源器件等效电路模型参数提取方法繁琐复杂，需要大量的时间、物质以及人力成本。传统的提取方法通常通过测量无源器件的散射参数，再利用公式反推出等效电路模型参数。而由于所建立的器件等效电路模型拓扑结构越来越复杂，利用公式反推出等效电路模型参数的难度也在快速增加。并且由于在提取计算过程中常常会使用近似条件来降低提取复杂度，因此前述的传统方法提取的mmic无源器件等效电路模型模拟的散射参数通常与测试所得的散射参数存在差距，所以需要对mmic无源器件等效电路模型参数进行二次优化，使得mmic无源器件等效电路模型模拟的散射参数与测试所得的散射参数保持一致。因此提出一种快速准确、便捷直接的mmic无源器件等效电路模型参数提取方法具有十分重要的意义。

技术实现思路

1、为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明提供一种基于灰狼算法的mmic无源器件等效电路模型参数提取方法以此实现mmic无源器件等效电路模型参数的快速准确便捷提取。

2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于灰狼算法的mmic无源器件等效电路模型参数提取方法包括：

3、s1，根据mmic无源器件类型，确定其等效电路模型；

4、s2，设置mmic无源器件等效电路模型的参数；

5、s3，设置灰狼算法的参数，包括灰狼种群规模和最大迭代次数；

6、s4，构建误差函数，设置误差阈值；

7、s5，灰狼算法中每个狼群个体的位置对应一组mmic无源器件等效电路模型中的参数，根据灰狼算法原理对每个狼群个体的位置进行更新；

8、s6，将更新之后的每个狼群个体位置对应的mmic无源器件等效电路模型参数代入mmic无源器件等效电路模型，计算对应的模型拟合的散射参数；

9、s7，利用误差函数，根据每组模型拟合的散射参数和通过测试获取的器件的散射参数，计算每个狼群个体位置对应的误差值，找出最小误差值对应的狼群个体位置，确定其对应的mmic无源器件等效电路模型参数为本轮迭代所提取的最终mmic无源器件等效电路模型参数；

10、s8，判断本轮迭代的最小误差值是否小于或者小于等于误差阈值，当本轮迭代的最小误差值小于或者小于等于误差阈值时，认为mmic无源器件等效电路模型参数提取完成，否则，返回s5再次进行迭代更新。

11、所述器件类型为电阻、电容、电感、谐振器、匹配网络、滤波器或变压器。

12、设置mmic无源器件等效电路模型参数包括设置初值及其变化范围；初值随机设置或者在更小的变化范围内设置。

13、构建误差函数error用于描述模型拟合的散射参数和通过测试获取的器件的散射参数的差别，误差函数error如下：

14、

15、其中，代表mmic无源器件等效电路模型中的参数变量值，m为mmic无源器件等效电路模型中的参数数量，n为所抽样的频率点数，ωi为第i个频率点上的角频率，和为模型拟合的散射参数，s11(ωi)mea、s12(ωi)mea、s21(ωi)mea和s22(ωi)mea为通过测试获取的器件的散射参数。

16、s6中采用不定导纳矩阵法计算模型拟合的导纳参数，再将导纳参数转换为散射参数，获得模型拟合的散射参数。

17、在s5到s8中的任意的至少一个步骤中，判断当前迭代次数是否大于或者大于等于最大迭代次数，当前迭代次数大于或者大于等于最大迭代次数时，认为mmic无源器件等效电路模型参数提取完成。

18、误差阈值error threshold确定原则如下：

19、error threshold＝1-gof

20、其中，gof为预设拟合度值。

21、s5中，在当前次迭代期间，将当前次迭代之前所有次迭代中的前三个位置对应误差函数值最小的狼设为α、β和δ，之后对分别对狼群中每个个体的位置进行更新，

22、首先，计算每个狼群个体在前一次迭代中与α、β和δ之间的距离计算公式如下：

23、

24、其中，t表示当前的迭代次数，为随机向量，r1是[0,1]之间的随机数，是α、β和δ的位置向量，是灰狼群体中其中一个个体的位置向量；

25、接着对每个灰狼个体位置进行更新，更新公式如下：

26、

27、

28、其中随着迭代次数增加从2逐渐减小到0，r2是[0,1]之间的随机数。

29、与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：本发明中的mmic无源器件等效电路模型参数提取方法由于基于灰狼算法直接进行模型参数优解寻找，相比于传统的mmic无源器件等效电路模型参数提取方法无需进行等效电路模型参数计算的方法和公式分析，不因等效电路模型拓扑结构的复杂度增加而增加提取难度，提取速度更快；本发明中的mmic无源器件等效电路模型参数提取方法由于基于灰狼算法进行模型参数最优解的寻找，无需进行二次拟合，模型拟合精度高。

技术特征：

1.一种基于灰狼算法的mmic无源器件等效电路模型参数提取方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于灰狼算法的mmic无源器件等效电路模型参数提取方法，其特征在于，所述器件类型为电阻、电容、电感、谐振器、匹配网络、滤波器或变压器。

3.根据权利要求1所述的基于灰狼算法的mmic无源器件等效电路模型参数提取方法，其特征在于，设置mmic无源器件等效电路模型参数包括设置初值及其变化范围；初值随机设置或者在更小的变化范围内设置。

4.根据权利要求1所述的基于灰狼算法的mmic无源器件等效电路模型参数提取方法，其特征在于，构建误差函数error用于描述模型拟合的散射参数和通过测试获取的器件的散射参数的差别，误差函数error如下：

5.根据权利要求1所述的基于灰狼算法的mmic无源器件等效电路模型参数提取方法，其特征在于，s6中采用不定导纳矩阵法计算模型拟合的导纳参数，再将导纳参数转换为散射参数，获得模型拟合的散射参数。

6.根据权利要求1所述的基于灰狼算法的mmic无源器件等效电路模型参数提取方法，其特征在于，在s5到s8中的任意的至少一个步骤中，判断当前迭代次数是否大于或者大于等于最大迭代次数，当前迭代次数大于或者大于等于最大迭代次数时，认为mmic无源器件等效电路模型参数提取完成。

7.根据权利要求1所述的基于灰狼算法的mmic无源器件等效电路模型参数提取方法，其特征在于，误差阈值error threshold确定原则如下：

8.根据权利要求1所述的基于灰狼算法的mmic无源器件等效电路模型参数提取方法，其特征在于，s5中，在当前次迭代期间，将当前次迭代之前所有次迭代中的前三个位置对应误差函数值最小的狼设为α、β和δ，之后对分别对狼群中每个个体的位置进行更新，

技术总结
本发明公开一种基于灰狼算法的MMIC无源器件等效电路模型参数提取方法，包括以下步骤：根据MMIC无源器件类型，确定其等效电路模型及参数；使用灰狼算法迭代对所述等效电路模型中的参数进行更新；基于更新的参数，根据等效电路模型计算模型拟合的散射参数；利用误差函数计算模型拟合的散射参数和测试获取的器件的散射参数之间的误差值；判断误差值是否小于或者小于等于误差阈值，当误差值小于或者小于等于误差阈值时，MMIC无源器件等效电路模型参数提取完成，否则，再次进行迭代更新；基于本发明所述方法无需进行等效电路模型参数计算的方法和公式分析，不因等效电路模型拓扑结构的复杂度增加而增加提取难度，提取速度更快，无需二次拟合，拟合精度高。

技术研发人员：刘海文,宋泽人,王思栋,田洪亮
受保护的技术使用者：西安交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13