本發(fā)明屬于電源器件建模技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于VHDL-AMS的電路輻照效應(yīng)的建模方法。

背景技術(shù)：

在輻照不同劑量的情況下，電子器件受到電離輻射的影響導(dǎo)致其電特性的改變，即通過電路中的電壓電流變化表示出來。在系統(tǒng)級(jí)建模時(shí)，電源器件的制造廠商并不會(huì)提供內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)。在這種情況下，產(chǎn)品的數(shù)據(jù)手冊(cè)也只是提供實(shí)際應(yīng)用的通用規(guī)范，如果想對(duì)電源類行為特性建模，生產(chǎn)廠商并不會(huì)提供內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)，也不會(huì)提供電源類器件的白盒模型，從數(shù)據(jù)手冊(cè)上并不能得到足夠的信息。并且目前并沒有輻照效應(yīng)的仿真模型。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種基于VHDL-AMS的電路輻照效應(yīng)建模方法，旨在解決輻照環(huán)境下，通過仿真建立電路行為特性模型的問題。

本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種基于VHDL-AMS的電路輻照效應(yīng)的建模方法，所述基于VHDL-AMS輻照模型的建模方法由于核輻射環(huán)境與電子技術(shù)的關(guān)系越來越密切，集成電路的特征尺寸不斷減小，輻射損傷效果更加顯著，為了提高電子元器件的抗核輻射的能力，對(duì)電路器件進(jìn)行輻照環(huán)境下計(jì)算機(jī)仿真模擬勢(shì)在必行，通過輻照不同的劑量，反應(yīng)電子器件受到輻照效應(yīng)后電特性的變化，即電路中電流電壓的變化；采用等效電路對(duì)電源器件進(jìn)行行為級(jí)建模，將復(fù)雜電路的行為抽象到以電阻、電容和受控源的基本元件組成的電路，減化了電路模型，降低電路的復(fù)雜程度，在達(dá)到電路同樣效果的前提下，提高仿真效率；使用VHDL-AMS語言建模，進(jìn)行數(shù)字和模擬電路的混合建模，優(yōu)點(diǎn)是能夠廣泛應(yīng)用于混合信號(hào)電路，在模擬和混合信號(hào)的描述上，最終實(shí)現(xiàn)模擬電路以及數(shù)?；旌想娐返恼Z言級(jí)描述、仿真和綜合，較好的支持自頂向下的設(shè)計(jì)思想，且?guī)旌瘮?shù)比較全面。

進(jìn)一步，加入輻照，對(duì)電源注入不同劑量的輻照，在不同劑量下，分別進(jìn)行輸入端階躍實(shí)驗(yàn)和輸出端階躍實(shí)驗(yàn)；收集不同劑量下，輸入電壓、輸入電流、輸出電壓、輸出電流的采樣值。

進(jìn)一步，輸入電壓、輸入電流、輸出電壓、輸出電流的采樣值設(shè)計(jì)方法包括：

初步測(cè)試：在估計(jì)兩端口網(wǎng)絡(luò)輸入導(dǎo)納Y_i，反向電流增益H_i，正向電壓增益G_o和輸出阻抗Z_o四個(gè)參數(shù)的傳遞函數(shù)之前，根據(jù)公式基爾霍夫電壓定律和基爾霍夫電流定律對(duì)上述兩端口網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行電路分析，得到關(guān)于輸入電壓V_i，輸入電流I_i，輸出電壓V_o和輸出電流I_o的關(guān)系式如(1)(2)；分析每個(gè)參數(shù)對(duì)于輸入電壓和輸出電流的獨(dú)立性或者線性；測(cè)試結(jié)果是線性的，黑盒模型使用公式(3)-(6)；非線性參數(shù)，使用包含若干小信號(hào)線性時(shí)不變模型的多面體結(jié)構(gòu)來代替參數(shù)的傳遞函數(shù)；

I_i＝Y(jié)_iV_i+H_iI_o (1)

V_o＝G_oV_i-Z_oI_o (2)

當(dāng)ΔI_o＝0時(shí)，

當(dāng)ΔI_o＝0時(shí)，

當(dāng)ΔV_i＝0時(shí)，

當(dāng)ΔV_i＝0時(shí)，

進(jìn)一步，針對(duì)不同的電子器件特性，在帶外加輸入的自回歸模型(ARX)，帶外加輸入的自回歸滑動(dòng)平均模型(ARMAX)，輸出誤差模型(OE)，Box-Jenkins(BJ)模型中選擇估計(jì)模型；并設(shè)置該模型結(jié)構(gòu)的多項(xiàng)式階次、時(shí)延的數(shù)量；

根據(jù)選擇的模型結(jié)構(gòu)辨識(shí)模型傳遞函數(shù)參數(shù)；

將模型的傳遞函數(shù)進(jìn)行拉普拉斯變換，將離散系統(tǒng)傳遞函數(shù)轉(zhuǎn)換為連續(xù)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)；

檢驗(yàn)?zāi)Ｐ偷挠行院瓦m應(yīng)性；對(duì)比不同劑量下模型的幅頻特性，得到Bode圖，評(píng)估劑量不同對(duì)模型的影響情況。

進(jìn)一步，使用VHDL-AMS語言對(duì)該模型仿真描述，并得到電特性曲線，即輸入電壓、輸入電流、輸出電壓、輸出電流的曲線圖；觀察總結(jié)不同劑量下輻照對(duì)電特性的影響。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種利用所述基于VHDL-AMS的電路輻照效應(yīng)的建模方法建立的具有單輸入單輸出的兩端口網(wǎng)絡(luò)模型，例如電源器件模型等。

本發(fā)明提供的使用VHDL-AMS語言仿真描述，可以進(jìn)行數(shù)字和模擬電路的混合建模，能夠反應(yīng)和描述電流和電壓在電路中的具體特性。其中，數(shù)字部分的行為用并發(fā)語句描述，模型部分的行為用聯(lián)立語句描述，兩者結(jié)合起來描述一個(gè)設(shè)計(jì)的行為或結(jié)構(gòu)；行為級(jí)建模是一類非常有效地提高電路模擬和驗(yàn)證速度的思想，通過描述相對(duì)簡(jiǎn)單的等效模型來代替原先大規(guī)模的復(fù)雜電路描述，大大降低求解電路的難度，從而在短時(shí)間內(nèi)對(duì)電路的功能和性能進(jìn)行快速驗(yàn)證，以便對(duì)電路的設(shè)計(jì)方案及時(shí)加以改進(jìn)。對(duì)電源器件進(jìn)行行為級(jí)建模，采用等效電路方法，等效電路方法是將一個(gè)復(fù)雜電路的行為抽象到以電阻、電容和受控源等基本元件組成的電路；輻照對(duì)電子器件的影響，通過電特性的方式表征出來，直觀易行；采用黑盒模型的建模方法，避免器件行為特性信息不足的缺陷；數(shù)模混合建模語言的使用，使仿真過程簡(jiǎn)便且更加完善，使得容易得到輻照對(duì)電源類模型電特性的影響。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的基于VHDL-AMS輻照模型的建模方法

圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的實(shí)施例1的流程圖。

圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的電源模型的基本電路示意圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

在不同劑量下，輻照效應(yīng)對(duì)電子器件的影響，導(dǎo)致電路電流電壓變化；建立電源類模型的黑盒模型，辨識(shí)不同劑量下的黑盒模型傳遞函數(shù)；使用VHDL-AMS數(shù)?；旌戏抡娼ＵZ言，搭建電源模型，體現(xiàn)輻照效應(yīng)對(duì)電源的影響。

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的應(yīng)用原理作詳細(xì)的描述。

如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例提供的基于VHDL-AMS的電路輻照效應(yīng)的建模方法包括以下步驟：

S101：加入輻照，對(duì)電源注入不同劑量的輻照，從輻照劑量為0開始，逐漸增加輻照的劑量進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)；

S102：數(shù)據(jù)獲取，獲取激勵(lì)信號(hào)和訓(xùn)練數(shù)據(jù)；在不同劑量下，分別進(jìn)行輸入端階躍實(shí)驗(yàn)和輸出端階躍實(shí)驗(yàn)；收集不同劑量下，輸入電壓、輸入電流、輸出電壓、輸出電流的采樣值；

S103：數(shù)據(jù)預(yù)處理，用于辨識(shí)的數(shù)據(jù)需要經(jīng)過數(shù)據(jù)處理，這個(gè)處理在辨識(shí)之前，稱為數(shù)據(jù)預(yù)處理；輸入輸出數(shù)據(jù)通常都含有直流成分或高頻成分，或由于數(shù)據(jù)采用了不同量綱，可能導(dǎo)致錯(cuò)誤的辨識(shí)結(jié)果。因此，為使所辨識(shí)的模型不受這些因素的影響，必須對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，以提高辨識(shí)的精度和辨識(shí)模型的可用性。對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理過程，即去均值和重采樣。去均值以除去大信號(hào)的干擾；重采樣即濾掉高頻分量；

S104：模型結(jié)構(gòu)的選擇；針對(duì)不同的器件特性，在帶外加輸入的自回歸模型(ARX)，帶外加輸入的自回歸滑動(dòng)平均模型(ARMAX)，輸出誤差模型(OE)，Box-Jenkins(BJ)模型中選擇合適的估計(jì)模型。并設(shè)置該模型結(jié)構(gòu)的參數(shù)值，如多項(xiàng)式的階次、時(shí)延的數(shù)量；

S105：模型參數(shù)估計(jì)，根據(jù)選擇的模型結(jié)構(gòu)辨識(shí)模型傳遞函數(shù)參數(shù)；

S106：傳遞函數(shù)變換，將模型的傳遞函數(shù)進(jìn)行拉普拉斯變換，將離散系統(tǒng)傳遞函數(shù)轉(zhuǎn)換為連續(xù)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)；

S107：模型評(píng)估，檢驗(yàn)?zāi)Ｐ偷挠行院瓦m應(yīng)性；對(duì)比不同劑量下模型的幅頻特性，得到Bode圖，評(píng)估劑量不同對(duì)模型的影響情況；

S108：仿真建模，使用VHDL-AMS語言對(duì)該模型仿真描述，并得到電特性曲線，即輸入電壓、輸入電流、輸出電壓、輸出電流的曲線圖；觀察總結(jié)不同劑量下輻照對(duì)電特性的影響。

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的應(yīng)用原理作進(jìn)一步的描述。

實(shí)施例1；

本發(fā)明實(shí)施例提供的基于VHDL-AMS的電路輻照效應(yīng)的建模方法具體包括以下步驟：

(1)輻照效應(yīng)注入

從輻照劑量為0開始，對(duì)實(shí)驗(yàn)電路中的電源部分逐漸增加輻照劑量，觀察不同劑量下電路電特性的變化。以輻照劑量分別為0Gy、1000Gy、2000Gy、3000Gy、5000Gy對(duì)電源器件進(jìn)行照射。在不同輻照劑量下采集電特性的變化，進(jìn)行后續(xù)實(shí)驗(yàn)步驟。

(2)采集數(shù)據(jù)--LTSpice

黑盒模型的系統(tǒng)辨識(shí)，需要同時(shí)采集多組電壓電流值。因此需要建立電源電路模型，并且得到仿真波形圖，采集到輸入電壓，輸入電流，輸出電壓和輸出電流的多組數(shù)據(jù)。同時(shí)，該波形圖也用于在得到估計(jì)后的黑盒模型仿真電路圖的波形比較，來驗(yàn)證辨識(shí)黑盒模型的過程和結(jié)果是否正確。凌特公司提供仿真軟件LTSpice，包含了所有的SPICE模型，即可用于電源模型的建模。電源模型在LTSpice中的建模如圖3所示，以LT1963A為例。

(3)獲取原始數(shù)據(jù)，包括輸入電壓激勵(lì)測(cè)試和輸出電流激勵(lì)測(cè)試。參考公式(1)，在輸入電壓激勵(lì)測(cè)試時(shí)，改變輸入電壓，保持輸出電路固定不變。同時(shí)，當(dāng)進(jìn)行輸出電流激勵(lì)測(cè)試時(shí)，輸入電壓保持不變，輸出電流被改變?；谝陨蟽煞N激勵(lì)測(cè)試，收集數(shù)據(jù)的過程被分為兩種測(cè)試實(shí)驗(yàn)：初步測(cè)試和瞬態(tài)測(cè)試。

初步測(cè)試：在估計(jì)兩端口網(wǎng)絡(luò)輸入導(dǎo)納Y_i，反向電流增益H_i，正向電壓增益G_o和輸出阻抗Z_o四個(gè)參數(shù)的傳遞函數(shù)之前，根據(jù)公式基爾霍夫電壓定律和基爾霍夫電流定律對(duì)上述兩端口網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行電路分析，得到關(guān)于輸入電壓V_i，輸入電流I_i，輸出電壓V_o和輸出電流I_o的關(guān)系式如(1)(2)；分析每個(gè)參數(shù)對(duì)于輸入電壓和輸出電流的獨(dú)立性或者線性；測(cè)試結(jié)果是線性的，黑盒模型使用公式(3)-(6)；非線性參數(shù)，使用包含若干小信號(hào)線性時(shí)不變模型的多面體結(jié)構(gòu)來代替參數(shù)的傳遞函數(shù)；

I_i＝Y(jié)_iV_i+H_iI_o (1)

V_o＝G_oV_i-Z_oI_o (2)

當(dāng)ΔI_o＝0時(shí)，

當(dāng)ΔI_o＝0時(shí)，

當(dāng)ΔV_i＝0時(shí)，

當(dāng)ΔV_i＝0時(shí)，

(4)系統(tǒng)辨識(shí)--MATLAB/System Identification Toolbox

在系統(tǒng)辨識(shí)之前，需要在MATLAB里對(duì)LTSpice收集到的原始數(shù)據(jù)預(yù)處理。首先，需要對(duì)數(shù)據(jù)重采樣，以產(chǎn)生均勻采樣速率的數(shù)據(jù)序列。同時(shí)，如果收集到的數(shù)據(jù)有噪聲，重采樣可以移除高頻成分。

接著，移除重采樣數(shù)據(jù)的均值。目的是確保系統(tǒng)傳遞函數(shù)被辨識(shí)只是針對(duì)電源的小信號(hào)特性，而不是大信號(hào)行為。當(dāng)然，當(dāng)電源的均值被移除后，在最后的黑盒模型中要把穩(wěn)態(tài)值再加回到電源模型中。

最后，進(jìn)行系統(tǒng)辨識(shí)，系統(tǒng)辨識(shí)主要包括兩個(gè)過程。一，在完成初步激勵(lì)測(cè)試后，兩端口網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)結(jié)構(gòu)已經(jīng)確定。如果參數(shù)是線性的，就可以使用單個(gè)傳遞函數(shù)(3)到(6)。如果參數(shù)是非線性的，用多面體結(jié)構(gòu)代替，多面體結(jié)構(gòu)是由許多小信號(hào)線性時(shí)不變模型組成的，每個(gè)線性時(shí)不變模型都有具體的操作點(diǎn)。二，基于瞬態(tài)測(cè)試結(jié)果來使用系統(tǒng)辨識(shí)方法估計(jì)傳遞函數(shù)。在系統(tǒng)辨識(shí)過程中，要選擇合適的模型結(jié)構(gòu)，設(shè)置合適的模型參數(shù)，先選擇多項(xiàng)式模式，再為輸出故障模型的設(shè)置。兩端口網(wǎng)絡(luò)的每個(gè)參數(shù)都有自己傳遞函數(shù)，當(dāng)所有的傳遞函數(shù)被估計(jì)后，最終的黑盒模型建模方法的兩端口網(wǎng)絡(luò)就可以被仿真。

(5)建模仿真--System Vision

為了驗(yàn)證上述黑盒模型的估計(jì)是否正確，需要將得到的傳遞函數(shù)帶入到數(shù)模混合建模中，建立兩端口網(wǎng)絡(luò)模型，并且得到電流電壓的仿真曲線圖，和最開始在LTSpice中的仿真波形進(jìn)行比較，在誤差范圍內(nèi)，既可認(rèn)為該估計(jì)方法是正確的。

接著，加入輻照效應(yīng)的影響之后，通過輻照下電壓電流仿真曲線圖可以得到輻照對(duì)電路的影響的表現(xiàn)。

由于采用數(shù)?；旌辖?，所以采用System Vision軟件，使用VHDL-AMS數(shù)模混合仿真建模語言。通過VHDL-AMS可以進(jìn)行層次式、結(jié)構(gòu)化的模擬集成電路和數(shù)?；旌霞呻娐返慕??？梢酝ㄟ^VHDL-AMS建立該系統(tǒng)的行為級(jí)模型。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。