專利名稱：電源噪聲模型建立方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通信領(lǐng)域的設(shè)備供電技術(shù)，尤其涉及一種電源噪聲模型建立方 法及其裝置。
背景技術(shù)：
目前，無(wú)論在大型固定交換系統(tǒng)，還是在移動(dòng)通信系統(tǒng)或是專網(wǎng)集群通信
系統(tǒng)中， 一般都是以-48V或+24V的分布式電源系統(tǒng)為各種通信設(shè)備進(jìn)行供電， 且在高端電信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，分布式電源系統(tǒng)已成為主流的供電方式。
如圖l所示，為現(xiàn)有分布式電源系統(tǒng)的基本組成結(jié)構(gòu)框圖，其中-48V總線 10,用于為分布式電源系統(tǒng)集中提供所需的電壓；單板ll,是構(gòu)成分布式電源 系統(tǒng)的主要部分，其具體包括電壓調(diào)整沖莫塊(VRM, Voltage Regulation Module ) 12,是分布式電源系統(tǒng)中的核心部件，它緊靠在需要供電的集成電路(IC, Integrated Circuit) 13旁，用于根據(jù)IC的要求，提供經(jīng)嚴(yán)格調(diào)節(jié)的低輸出電壓 到IC,以充當(dāng)IC的工作電壓。
在每塊單板上，由IC和VRM以及周邊電路(如濾波電3各等)統(tǒng)一構(gòu)成了 電源分布系統(tǒng)(PDS, Power Distribution System),設(shè)計(jì)每塊單板的電源分布系 統(tǒng)其關(guān)鍵是建立對(duì)應(yīng)單板中IC的電源噪聲模型，因?yàn)樵讷@得了 IC的電源噪聲 模型后，就可以為濾波電容的選型提供依據(jù)，從而比較容易得到對(duì)應(yīng)單板的電 源分布系統(tǒng)的最優(yōu)設(shè)計(jì)。
其中IC電源噪聲(IC Power Supply Noise )又稱地抖動(dòng)(Ground Bounce )、 同時(shí)切換噪聲(Simultaneous Switching Noise ),它是指IC中線路(包括電源 線Power和地線Ground,即所謂的P/G線)上的電壓抖動(dòng)所產(chǎn)生的噪聲，這 種噪聲直接降低了到達(dá)電路內(nèi)部單元的電源和地端口的電平，從而加大了電路 內(nèi)部單元的信號(hào)延時(shí)，由此可見獲得準(zhǔn)確的IC電源噪聲模型是尤為重要的。目前，為獲得某個(gè)單板中某個(gè)IC的電源噪聲才莫型，其實(shí)現(xiàn)過(guò)程大致如下 首先^f叚設(shè)某個(gè)IC需要的直流電源電壓為"，其中f/表示該IC所在單板中
包含的所有IC的額定工作電壓值的平均值，如果該IC在工作過(guò)程中需要的最 大功耗為尸_,則可以由下式計(jì)算得到該IC的電源噪聲模型/為
<formula>formula see original document page 6</formula>
利用上述計(jì)算方式在得到了一塊單板中包含的各個(gè)IC的電源噪聲模型后， 就可以依據(jù)各個(gè)IC的電源噪聲模型，利用電源完整性(PI, Power Integrity) 仿真來(lái)設(shè)計(jì)該單板的PDS。
但是按照上述的計(jì)算方式來(lái)求取IC的電源噪聲模型，在很大程度上需要 依賴人為經(jīng)驗(yàn)，比如在一塊單板上不同的IC是需要不同的直流電源電壓"的， 但是按照上述計(jì)算方式卻人為近似的認(rèn)為在一塊單板上的各個(gè)IC所需的直流 電源電壓相等；并且上述計(jì)算方式也不能準(zhǔn)確反映IC在工作過(guò)程中，IC電源 噪聲與頻率的真實(shí)關(guān)系，由此可見按照上述計(jì)算方式計(jì)算得到的IC電源噪聲
模型是不準(zhǔn)確的，從而也就增加了電源分布系統(tǒng)的設(shè)計(jì)成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實(shí)施例提供了 一種電源噪聲模型建立方法及其裝置，用以更為準(zhǔn)確
的計(jì)算IC電源噪聲模型。
本發(fā)明實(shí)施例提出了 一種電源噪聲模型建立方法，包括以下步驟 采樣在單板上對(duì)應(yīng)每個(gè)IC芯片選定的電壓測(cè)試節(jié)點(diǎn)處的電壓值； 將采樣得到的各個(gè)電壓值轉(zhuǎn)換到頻域，得到由各個(gè)轉(zhuǎn)換后的頻域電壓值組
成的頻域電壓序列；
獲得所述單板以各個(gè)選定的電壓測(cè)試節(jié)點(diǎn)為測(cè)量端口的阻抗矩陣，以及 將所述阻抗矩陣的逆矩陣與所述頻域電壓序列相乘，得到所述單板上對(duì)應(yīng)
各個(gè)IC芯片的電源噪聲模型。
本發(fā)明實(shí)施例還提出了一種電源噪聲模型建立裝置，包括
數(shù)據(jù)采樣單元，用于采樣單板上對(duì)應(yīng)每個(gè)IC芯片選定的電壓測(cè)試節(jié)點(diǎn)處 的電壓值；
頻域轉(zhuǎn)換單元，用于將采樣得到的各個(gè)電壓值轉(zhuǎn)換到頻域，得到由各個(gè)轉(zhuǎn)
換后的頻域電壓值組成的頻域電壓序列；
阻抗矩陣獲得單元，用于獲得所述單板以各個(gè)選定的電壓測(cè)試節(jié)點(diǎn)為測(cè)量 端口的阻抗矩陣；以及
電源噪聲模型建立單元，用于將所述阻抗矩陣的逆矩陣與所述頻域電壓序 列相乘，得到所述單板上對(duì)應(yīng)各個(gè)IC芯片的電源噪聲模型。
本發(fā)明實(shí)施例通過(guò)對(duì)單板中各個(gè)IC建立的電壓測(cè)試節(jié)點(diǎn)處的電壓進(jìn)行采 樣，并將采樣得到的各個(gè)電壓值轉(zhuǎn)換到頻域得到所有IC的頻域電壓序列，以 作為求取各個(gè)IC電源噪聲模型的基礎(chǔ)，這樣就可以將每個(gè)IC的電源噪聲模型 與對(duì)應(yīng)IC的頻率進(jìn)行較好的關(guān)聯(lián)，從而能夠得到各個(gè)IC更為準(zhǔn)確的電源噪聲 模型，相應(yīng)地利用單板中準(zhǔn)確建立的各個(gè)IC的電源噪聲模型可以精確的進(jìn)行 電源分布系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，從而減小了電源分布系統(tǒng)的設(shè)計(jì)成本。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)中分布式電源的基本組成結(jié)構(gòu)框圖； 圖2為本發(fā)明實(shí)施例中多芯片電源平面供電示意圖； 圖3為本發(fā)明實(shí)施例中IC電源噪聲模型建立方法的實(shí)施流程示意圖； 圖4為本發(fā)明實(shí)施例中IC電源噪聲模型建立裝置的結(jié)構(gòu)圖； 圖5為本發(fā)明實(shí)施例中IC電源噪聲模型建立裝置的具體實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)圖； 圖6為基于圖5的裝置結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)IC電源噪聲模型建立方法的實(shí)施例流程 示意圖。
具體實(shí)施例方式
在通信電源的單板設(shè)計(jì)中，通常電源通過(guò)平面的PCB物理實(shí)現(xiàn)方式為多 個(gè)IC進(jìn)行供電，如圖2所示，在一塊待測(cè)單板上，電源分布系統(tǒng)由電壓調(diào)整
究分析，提出了一種電源噪聲模型建立方法，同時(shí)利用建立的電源噪聲模型通
過(guò)PI仿真來(lái)設(shè)計(jì)PDS。
如圖3所示，為本發(fā)明電源噪聲模型建立方法的實(shí)施例流程圖，其實(shí)施過(guò) 程如下
步驟30、為待測(cè)單板中包含的每個(gè)IC分別選擇一個(gè)電壓測(cè)試節(jié)點(diǎn)，對(duì)每 個(gè)電壓測(cè)試節(jié)點(diǎn)進(jìn)行電壓采樣；
針對(duì)待測(cè)單板中包含的每一個(gè)IC,選擇其管腳或者是管腳附近位置作為 IC的電壓測(cè)試節(jié)點(diǎn)，假設(shè)待測(cè)單板中共有M個(gè)IC，則對(duì)應(yīng)會(huì)選取出M個(gè)電壓 測(cè)試節(jié)點(diǎn)分別對(duì)應(yīng)不同的IC。在所有電壓測(cè)試節(jié)點(diǎn)都處于上電狀態(tài)時(shí)，對(duì)每個(gè) 電壓測(cè)試節(jié)點(diǎn)采樣得到的電壓值可以精確的反映該節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的IC電壓量，從 而避免了利用人為經(jīng)驗(yàn)等因素建立每個(gè)IC的電壓量所帶來(lái)的誤差。為了提高 計(jì)算準(zhǔn)確度，這里較佳地要求盡量同步對(duì)單板中為每個(gè)IC選定的電壓測(cè)試節(jié) 點(diǎn)處的電壓值進(jìn)行采樣。
步驟31、將采樣得到的每個(gè)電壓值通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換處理轉(zhuǎn)化為數(shù)字量后，對(duì) 每個(gè)基于數(shù)字量表示的電壓值進(jìn)行數(shù)字濾波，最終將濾波后的數(shù)字量通過(guò)離散 傅立葉變換(DFT， Discrete Fourier Transform)轉(zhuǎn)換到頻域內(nèi)，得到M個(gè)電壓 測(cè)試節(jié)點(diǎn)的頻域電壓序列
將采樣獲得的電壓值進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換后轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量，以便使計(jì)算機(jī)能夠處 理這些采樣獲得的數(shù)據(jù)，然后對(duì)轉(zhuǎn)變后的數(shù)字量進(jìn)行數(shù)字濾波，去掉一些干擾
值，以得到較為準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。將經(jīng)過(guò)數(shù)字濾波后的電壓量通過(guò)DFT轉(zhuǎn)換到頻
域內(nèi)，以使采樣獲得的電壓數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)不同的頻率，Y吏得計(jì)算IC電源噪聲模型 時(shí)能夠獲得各頻率上的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)。
步驟32、求取單板以各個(gè)選定的電壓測(cè)試節(jié)點(diǎn)為測(cè)量端口的阻抗矩陣。該 阻抗矩陣可以為M個(gè)電壓測(cè)試節(jié)點(diǎn)的Z矩陣，也可以為M個(gè)電壓測(cè)試節(jié)點(diǎn)的51 矩陣，其中Z矩陣可以通過(guò)數(shù)學(xué)公式變換從而轉(zhuǎn)化為S矩陣。其中Z矩陣形式 如下
厶ll 厶12 Z —厶21 厶22
7 7
Z,, (i=l, 2,…，M; j=l, 2,…，
時(shí)，A.為電壓測(cè)試節(jié)點(diǎn)i處的輸入阻抗；
壓測(cè)試節(jié)點(diǎn)j之間的傳輸阻抗； 其中S矩陣形式如下
S 一^21 ^22
Sy, (i=l, 2,…，M; j=l, 2,…， 時(shí)，Sy為電壓測(cè)試節(jié)點(diǎn)i處的反射系數(shù)；
壓測(cè)試節(jié)點(diǎn)j之間的傳輸系數(shù)。
一般情況下，得到的Z矩陣或S矩陣通常為對(duì)稱矩陣，但是在測(cè)試過(guò)程中， 會(huì)產(chǎn)生一定的測(cè)試誤差，使得阻抗矩陣對(duì)稱位置的數(shù)值會(huì)略有不同，但誤差都 在允許的范圍內(nèi)。由以上分析可知，分別獲得M個(gè)電壓測(cè)試節(jié)點(diǎn)的輸入阻抗 (或反射系數(shù))以及各個(gè)電壓測(cè)試節(jié)點(diǎn)之間的傳輸阻抗(或傳輸系數(shù))便可以 得到M個(gè)電壓測(cè)試節(jié)點(diǎn)的阻抗矩陣(Z矩陣或S矩陣)。
其中單板以各個(gè)選定的電壓測(cè)試節(jié)點(diǎn)為測(cè)量端口的阻抗矩陣可以但不限 于通過(guò)下述兩種方式獲得
9
… Z … Z
2
認(rèn)
M)為Z矩陣中的各個(gè)元素，當(dāng)i=j 當(dāng)kj時(shí)，Z,為電壓測(cè)試節(jié)點(diǎn)i與電
1AZ
2M
M)為S矩陣中的各個(gè)元素，當(dāng)i=j 當(dāng)j時(shí)，&為電壓測(cè)試節(jié)點(diǎn)i與電
方法一通過(guò)外界獲得阻抗矩陣。其中可以通過(guò)外界的仿真工具對(duì)單板進(jìn) 行仿真而得到單板的阻抗矩陣，其中仿真工具包括通信系統(tǒng)中現(xiàn)有的4艮多仿真
工具，如三維電磁仿真軟件HFSS,微波電路或通信系統(tǒng)仿真軟件ADS以及 SQPI等，分別將待測(cè)單板中包含的M個(gè)IC的相關(guān)參數(shù)(如額定輸入功率、額 定電壓等)輸入到仿真軟件中，通過(guò)仿真即可得到阻抗矩陣中對(duì)角線上和非對(duì) 角線上的不同元素值，從而得到基于Z矩陣或S矩陣形式的阻抗矩陣；還可以 通過(guò)外界的網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)試得到M個(gè)電壓測(cè)試節(jié)點(diǎn)的阻抗矩陣，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)分 析儀將激勵(lì)信號(hào)分別加載到M個(gè)電壓測(cè)試節(jié)點(diǎn)上，通過(guò)分別測(cè)量反饋回來(lái)的 信號(hào)幅度和相位，就可以分別確定出阻抗矩陣中對(duì)角線上和非對(duì)角線上的不同 元素值，從而得到基于Z矩陣或S矩陣形式的阻抗矩陣。外界無(wú)論通過(guò)仿真方 式還是通過(guò)測(cè)試方式得到單板以各個(gè)選定的電壓測(cè)試節(jié)點(diǎn)為測(cè)量端口的阻抗 矩陣后，要將得到的阻抗矩陣輸入到電源噪聲模型建立設(shè)備中。
方法二通過(guò)內(nèi)部計(jì)算獲得阻抗矩陣。根據(jù)分別對(duì)每個(gè)電壓測(cè)試節(jié)點(diǎn)處的 相關(guān)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，來(lái)獲得M個(gè)電壓測(cè)試節(jié)點(diǎn)的阻抗矩陣；
例如用于表征阻抗矩陣的Z矩陣中每個(gè)元素是通過(guò)測(cè)試每個(gè)電壓測(cè)試節(jié) 點(diǎn)處的電壓和輸入到該電壓測(cè)試節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的IC內(nèi)的電流值獲得的，Z矩陣中 每個(gè)元素可以通過(guò)如下關(guān)系式求取
上式中，P7為電壓測(cè)試節(jié)點(diǎn)i處的頻域電壓值，它不同于步驟301中得到 的頻域電壓序列7中的元素值，這里的頻域電壓值是指當(dāng)電壓測(cè)試節(jié)點(diǎn)i與 j處于上電狀態(tài)，且其它電壓測(cè)試節(jié)點(diǎn)處于開路狀態(tài)時(shí)，對(duì)電壓測(cè)試節(jié)點(diǎn)i處的 電壓值進(jìn)行測(cè)量，并將測(cè)量得到的電壓值經(jīng)過(guò)頻域變換而得到的頻域電壓值 K;厶為電壓測(cè)試節(jié)點(diǎn)j處的頻域注入電流值，當(dāng)電壓測(cè)試節(jié)點(diǎn)i與j處于上
電狀態(tài)，而其它電壓測(cè)試節(jié)點(diǎn)處于開路狀態(tài)，此時(shí)采用簡(jiǎn)單的采樣測(cè)試電路或 測(cè)試儀器便可得到電壓測(cè)試節(jié)點(diǎn)j處的電流值，并將得到的電流值轉(zhuǎn)換到頻域
內(nèi)即得到了頻域注入電流值/,。這樣在獲得了 K'和/,后，若i=j則可以基于
ZK分別計(jì)算各個(gè)電壓測(cè)試節(jié)點(diǎn)的輸入阻抗，若i^j則可以基于z,,=丘分別 々 6
計(jì)算各個(gè)電壓測(cè)試節(jié)點(diǎn)之間的傳輸阻抗，從而得到基于Z矩陣形式的阻抗矩 陣。
而對(duì)于基于S矩陣形式的阻抗矩陣而言，其中的元素是通過(guò)將電壓測(cè)試
節(jié)點(diǎn)i與j以外的電壓測(cè)試節(jié)點(diǎn)開路，僅使電壓測(cè)試節(jié)點(diǎn)i與j處于上電狀態(tài)時(shí)， 測(cè)試電壓測(cè)試節(jié)點(diǎn)i的反射波與電壓測(cè)試節(jié)點(diǎn)j的入射波，經(jīng)過(guò)對(duì)測(cè)試得到的 反射波及其入射波執(zhí)行相應(yīng)計(jì)算，而分別得到各個(gè)電壓測(cè)試節(jié)點(diǎn)的反射系數(shù)及 各個(gè)電壓測(cè)試節(jié)點(diǎn)之間的傳輸系數(shù)，從而得到基于S矩陣形式的阻抗矩陣，其 中如何基于測(cè)試得到的反射波及其入射波計(jì)算得到各個(gè)電壓測(cè)試節(jié)點(diǎn)的反射 系數(shù)及各個(gè)電壓測(cè)試節(jié)點(diǎn)之間的傳輸系數(shù)是本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的公知技術(shù)，在此不 予詳細(xì)i兌明。
步驟33、求取步驟32中獲得的阻抗矩陣的逆矩陣，最終計(jì)算得到IC電源 噪聲模型/￡。
對(duì)獲得的基于Z矩陣或S矩陣形式表征的阻抗矩陣求取逆矩陣，得到阻抗 矩陣的逆矩陣，如2,> =2-1,5,> =5-1,由于Z矩陣和S矩陣存在數(shù)學(xué)上的關(guān)系， 因此對(duì)應(yīng)的逆矩陣Z，和S，矩陣也必然存在數(shù)學(xué)上的關(guān)系，可以相互轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn) 化關(guān)系為
<formula>formula see original document page 11</formula>
其中P為Z，矩陣與S^矩陣之間的系數(shù)矩陣，根據(jù)待測(cè)單板的具體情況而 定，通常情況下尸矩陣是固定的，不會(huì)受到待測(cè)單板內(nèi)IC的電壓和電流的影響。
如果基于Z矩陣來(lái)表征M個(gè)電壓測(cè)試節(jié)點(diǎn)的阻抗矩陣，則該待測(cè)單板上 的各IC電源噪聲模型可以用下式計(jì)算得到
如果基于S矩陣來(lái)表征M個(gè)電壓測(cè)試節(jié)點(diǎn)的阻抗矩陣，則該待測(cè)單板上的
各IC電源噪聲模型可以用下式計(jì)算得到<formula>formula see original document page 12</formula>其中r即為在上述步驟31中求得的M個(gè)電壓測(cè)試節(jié)點(diǎn)的頻域電壓序列
<formula>formula see original document page 12</formula>
本發(fā)明實(shí)施例提供了如圖4所示的裝置結(jié)構(gòu)圖，利用該裝置建立電源噪聲 模型的具體過(guò)程為
將待測(cè)單板的所有電壓測(cè)試節(jié)點(diǎn)連接到數(shù)據(jù)采樣接口 40后對(duì)待測(cè)單板上 電，數(shù)據(jù)釆樣接口 40中的隔離保護(hù)單元401完成待測(cè)單板與該裝置之間的隔 離保護(hù)作用。在待測(cè)單板運(yùn)行于正常工作狀態(tài)以后，對(duì)該裝置進(jìn)行上電，以完 成裝置中數(shù)據(jù)處理單元42、邏輯控制單元43、中央處理單元46等部分的初始 化。
初始化結(jié)束后，通過(guò)人機(jī)通信接口 41發(fā)出啟動(dòng)測(cè)試命令給中央處理單元 46,中央處理單元46接收到該啟動(dòng)測(cè)試命令后下發(fā)控制命令到邏輯控制單元 43,得到控制命令的邏輯控制單元43控制數(shù)據(jù)采樣接口 40中的數(shù)據(jù)采樣單元 402采樣待測(cè)單板上對(duì)應(yīng)每個(gè)IC選定的電壓測(cè)試節(jié)點(diǎn)處的電壓值，得到各個(gè)采 樣電壓值，為了提高計(jì)算精確度，數(shù)據(jù)采樣單元402盡量同步對(duì)單板中為每個(gè) IC選定的電壓測(cè)試節(jié)點(diǎn)處的電壓值進(jìn)行采樣。接著在本發(fā)明實(shí)施例中通過(guò)數(shù)據(jù) 采樣接口 40中的模數(shù)轉(zhuǎn)換子單元403將數(shù)據(jù)采樣單元402采樣得到的各個(gè)電 壓值轉(zhuǎn)換為基于數(shù)字量表示的電壓值(當(dāng)然模數(shù)轉(zhuǎn)換子單元403也可以放置在 數(shù)據(jù)處理單元42中實(shí)現(xiàn))。模數(shù)轉(zhuǎn)換子單元403將轉(zhuǎn)換后的基于數(shù)字量表示的 電壓值存儲(chǔ)于第一數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元44中等待處理。
然后，數(shù)據(jù)處理單元42下發(fā)控制命令到邏輯控制單元43，實(shí)現(xiàn)對(duì)邏輯控 制單元43內(nèi)部存儲(chǔ)器的合理配置，配置的目的是為了能夠通過(guò)邏輯控制單元 43的處理獲得滿足要求的數(shù)據(jù)幀格式。對(duì)邏輯控制單元43進(jìn)行配置完成后， 邏輯控制單元43讀出保存在第 一數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元44中的基于數(shù)字量表示的電壓 值，并按照上述的配置進(jìn)行數(shù)據(jù)幀重組處理。這里進(jìn)行數(shù)據(jù)幀重組的目的是因 為邏輯控制單元43獲得的數(shù)據(jù)幀格式是數(shù)據(jù)處理單元42不能直接處理的，例 如數(shù)據(jù)處理單元42可以處理16位以內(nèi)的數(shù)據(jù)，而邏輯控制單元43通常情況 下會(huì)接收到20位的數(shù)據(jù)，因此不能直接將接收到的20位數(shù)據(jù)直接發(fā)送給數(shù)據(jù) 處理單元42進(jìn)行處理，而是需要將這些接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行格式重組，以將20 位的采樣數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為16位的一組數(shù)據(jù)和4位的一組數(shù)據(jù)，重組后的數(shù)據(jù)格式 滿足數(shù)據(jù)處理單元42的處理格式要求。邏輯控制單元43將經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)幀重組處 理后得到的數(shù)據(jù)保存到第二數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元45中等待處理。
當(dāng)數(shù)據(jù)處理單元42監(jiān)測(cè)到采樣結(jié)束后，讀取第二數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元45中存儲(chǔ) 的經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)幀重組處理后得到的基于數(shù)字量表示的電壓值，首先由其中的數(shù)字 濾波子單元421對(duì)讀取的基于數(shù)字量表示的電壓值進(jìn)行數(shù)字濾波，然后由頻域 轉(zhuǎn)換子單元422利用DFT變換處理將數(shù)字濾波后的基于數(shù)字量表示的電壓值 轉(zhuǎn)換到頻域內(nèi)，得到由各個(gè)轉(zhuǎn)換后的頻域電壓值組成的頻域電壓序列。在建立 電源噪聲模型過(guò)程中，本發(fā)明實(shí)施例裝置中的模數(shù)轉(zhuǎn)換子單元403、數(shù)字濾波 子單元421以及頻域轉(zhuǎn)換子單元422完成了將采樣得到的各個(gè)電壓值轉(zhuǎn)換到頻 域，得到由各個(gè)轉(zhuǎn)換后的頻域電壓值組成的頻域電壓序列的過(guò)程，這里可以將 這三個(gè)部分統(tǒng)稱為頻域轉(zhuǎn)換單元。
人機(jī)通信接口 41內(nèi)部的阻抗矩陣獲得單元411通過(guò)計(jì)算各個(gè)電壓測(cè)試節(jié) 點(diǎn)的輸入阻抗(或反射系數(shù))，以及各個(gè)電壓測(cè)試節(jié)點(diǎn)之間的傳輸阻抗(或傳 輸系數(shù))來(lái)獲得該待測(cè)單板以各個(gè)選定的電壓測(cè)試節(jié)點(diǎn)為測(cè)量端口的阻抗矩 陣。當(dāng)然阻抗矩陣獲得單元411也可以置于人機(jī)通信接口 41外部，這種情況 下外部的阻抗獲得單元411需要將獲得的單板以各個(gè)選定的電壓測(cè)試節(jié)點(diǎn)為測(cè) 量端口的阻抗矩陣通過(guò)人機(jī)通信接口 41輸入。阻抗矩陣獲得單元411將獲得 的阻抗矩陣存儲(chǔ)到第二數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元45中。
數(shù)據(jù)處理單元42讀取第二數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元45中存^l的該測(cè)試單;f反的阻抗矩 陣，并求取該讀取的阻抗矩陣的逆矩陣，然后由其中的電源噪聲模型建立單元
域電壓序列相乘來(lái)計(jì)算該測(cè)試單板中對(duì)應(yīng)各個(gè)IC的電源噪聲^^莫型。凝:據(jù)處理 單元42將計(jì)算得到的對(duì)應(yīng)待測(cè)單板中各個(gè)IC的電源噪聲模型保存于第二數(shù)據(jù) 存儲(chǔ)單元45中，等待通過(guò)人機(jī)通信接口 41發(fā)送指令通知中央處理單元46將 保存的電源噪聲模型傳回到計(jì)算機(jī)中。
如圖5所示，為本發(fā)明給出的一種用來(lái)建立電源噪聲模型的具體實(shí)施例 結(jié)構(gòu)圖，假設(shè)一塊待測(cè)單板上具有M個(gè)IC,該實(shí)施例結(jié)構(gòu)中包括
隔離電路50,完成圖4中數(shù)據(jù)采樣單元中隔離保護(hù)單元401的作用，用于 將待測(cè)單板與該用于建立電源噪聲模型的裝置進(jìn)行隔離；
串口/網(wǎng)口51,完成圖4中人機(jī)通信接口 41的作用，用于發(fā)出提取IC電 源噪聲模型所需要的指令信號(hào)，完成數(shù)據(jù)交付以及獲得阻抗矩陣；
數(shù)字信號(hào)處理器(DSP， Digital Signal Processor) 52,完成圖4中數(shù)字處 理單元42的作用，用于將采樣得到的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行如數(shù)字濾波、頻域轉(zhuǎn)換等 處理，并進(jìn)行矩陣運(yùn)算等操作；
中央處理器(CPU, Central Processing Unit) 53,完成圖4中央處理單元 46的作用，用于控制與硬件有關(guān)的流程以及與DSP進(jìn)行通信；
隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM, Random Access Memory) 54,完成圖4中第二 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元45的作用，用于存儲(chǔ)為獲取IC電源噪聲模型而用到的數(shù)據(jù)；
模擬/數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換器(A/D， Analog/Digital Converter) 55,完成圖4中數(shù) 據(jù)采樣接口 40的作用，用于分別采樣待測(cè)單板中針對(duì)每個(gè)IC建立的電壓測(cè)試 節(jié)點(diǎn)處的電壓值，并將采樣得到的基于模擬量的電壓值進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換處理，以 得到基于數(shù)字量表示的電壓值；
現(xiàn)場(chǎng)可編程陣列(FPGA, Field Programming Group Array) 56,完成圖4 中邏輯控制單元43的作用，用于將基于數(shù)字量表示的電壓值進(jìn)行數(shù)據(jù)幀重組
處理，實(shí)現(xiàn)組織數(shù)據(jù)格式和交換的功能，重組后的數(shù)據(jù)格式滿足DSP的處理
要求；
先入先出緩沖寄存器(FIFO, First Input First Output) 57，完成圖4中第 一數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元44的作用，用于存儲(chǔ)經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換后的基于數(shù)字量表示的電 壓值。在FPGA56處理速率較慢的情況下，對(duì)于采樣得到的數(shù)據(jù)，有可能不能 及時(shí)得到FPGA 56的處理，因此這里為每一個(gè)A/D 55配置一個(gè)FIFO 57,以 降低對(duì)FPGA 56的處理速率要求。
如圖6所示，為利用圖5中的裝置結(jié)構(gòu)建立電源噪聲模型的處理過(guò)程流程 圖，具體包括如下步驟
步驟60、將待測(cè)單板的電壓測(cè)試節(jié)點(diǎn)通過(guò)同軸電纜連接到測(cè)試裝置中的接 口單元，為待測(cè)單板上電，在單板保持正常的工作狀態(tài)后，為該測(cè)試裝置上電， 以完成裝置中DSP、 CPU、 FPGA等部分的初始化；
步驟61、外界基于串口/網(wǎng)口 51向CPU下發(fā)測(cè)試命令，通知FPGA開始 采樣，F(xiàn)PGA接收到采樣通知后會(huì)控制A/D 55對(duì)M個(gè)電壓測(cè)試節(jié)點(diǎn)處的電壓 進(jìn)行采樣，為了提高計(jì)算精確度，F(xiàn)PGA應(yīng)盡量控制A/D 55同步對(duì)M個(gè)電壓 測(cè)試節(jié)點(diǎn)處的電壓值進(jìn)行采樣，并將采樣得到的電壓值轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，得到基 于數(shù)字量表示的電壓值，存儲(chǔ)于FIFO中；
步驟62、 FPGA讀取FIFO中存儲(chǔ)的基于數(shù)字量表示的電壓值，并將讀取 的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)幀重組后得到滿足DSP處理格式要求的數(shù)字量，然后將重組 后的數(shù)據(jù)保存到RAM中，等待DSP的處理。當(dāng)DSP監(jiān)測(cè)到采樣過(guò)程結(jié)束時(shí)， 會(huì)讀取RAM中存儲(chǔ)的采樣數(shù)據(jù)，并對(duì)讀取的采樣數(shù)據(jù)執(zhí)行數(shù)字濾波處理，再 將濾波處理后的電壓數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)頻域轉(zhuǎn)換處理，得到對(duì)應(yīng)的頻域電壓序列；
步驟63、 CPU檢測(cè)到DSP的狀態(tài)可以進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后，通過(guò)串口/網(wǎng)口獲 得待測(cè)單板以各個(gè)選定的電壓測(cè)試節(jié)點(diǎn)為測(cè)量端口的阻抗矩陣，并將獲得的單 板阻抗矩陣存儲(chǔ)于RAM中。此步驟中，待測(cè)單板的阻抗矩陣獲得方法可以但 不限于通過(guò)下述兩種方式來(lái)實(shí)現(xiàn)
方法一外界利用仿真工具或網(wǎng)絡(luò)分析儀仿真或測(cè)試單板以各個(gè)選定的電
壓測(cè)試節(jié)點(diǎn)為測(cè)量端口的阻抗矩陣，并將得到的阻抗矩陣通過(guò)串口/網(wǎng)口輸入； 方法二利用該裝置的內(nèi)部功能部件計(jì)算每個(gè)電壓測(cè)試節(jié)點(diǎn)的輸入阻抗 (或反射系數(shù))以及各個(gè)電壓測(cè)試節(jié)點(diǎn)之間的傳輸矩陣(或傳輸系數(shù))，并將 計(jì)算得到的各個(gè)輸入阻抗(或反射系數(shù))及其傳輸阻抗(或傳輸系數(shù))作為矩 陣元素得到單板以M個(gè)選定的電壓測(cè)試節(jié)點(diǎn)為測(cè)量端口的阻抗矩陣；
點(diǎn)為測(cè)量端口的阻抗矩陣，并求取讀取的阻抗矩陣的逆矩陣，然后將這里得到 的逆矩陣與在上述步驟62中得到的頻域電壓序列進(jìn)4亍相乘，從而得到在該單 板上對(duì)應(yīng)各個(gè)IC的電源噪聲模型。然后DSP通知CPU將得到的電源噪聲模型 通過(guò)串口/網(wǎng)口傳回到計(jì)算機(jī)，至此整個(gè)處理過(guò)程結(jié)束。
由上述實(shí)施例可知，建立的電源噪聲模型完整的表征了電源分布系統(tǒng)單板 工作時(shí)每個(gè)IC的電源噪聲與各個(gè)IC頻率之間的真實(shí)關(guān)系，即通過(guò)對(duì)單板中為 各個(gè)IC建立的電壓測(cè)試節(jié)點(diǎn)處的電壓進(jìn)行采樣來(lái)得到各個(gè)電壓測(cè)試節(jié)點(diǎn)的頻 域電壓序列，并將得到的頻域電壓序列和單板的阻抗矩陣之間進(jìn)行關(guān)系運(yùn)算， 從而得到單板中對(duì)應(yīng)各個(gè)IC的電源噪聲模型，建立的電源噪聲模型可以精確 通過(guò)電源完整性設(shè)計(jì)仿真來(lái)設(shè)計(jì)PDS,降低了 PDS的設(shè)計(jì)成本。
明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及 其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種電源噪聲模型建立方法，其特征在于，包括步驟采樣在單板上對(duì)應(yīng)每個(gè)IC芯片選定的電壓測(cè)試節(jié)點(diǎn)處的電壓值；將采樣得到的各個(gè)電壓值轉(zhuǎn)換到頻域，得到由各個(gè)轉(zhuǎn)換后的頻域電壓值組成的頻域電壓序列；獲得所述單板以各個(gè)選定的電壓測(cè)試節(jié)點(diǎn)為測(cè)量端口的阻抗矩陣，以及將所述阻抗矩陣的逆矩陣與所述頻域電壓序列相乘，得到所述單板上對(duì)應(yīng)各個(gè)IC芯片的電源噪聲模型。
2、 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，對(duì)應(yīng)IC芯片選定的電壓測(cè)試 節(jié)點(diǎn)處于該芯片管腳上，或處于該芯片管腳周邊規(guī)定范圍內(nèi)。
3、 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，同步對(duì)各個(gè)電壓測(cè)試節(jié)點(diǎn)處 的電壓值進(jìn)行釆樣。
4、 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述頻域電壓序列由下述過(guò) 程得到對(duì)釆樣得到的各個(gè)電壓值進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，得到對(duì)應(yīng)的基于數(shù)字量表示的各 個(gè)電壓值；對(duì)每個(gè)基于數(shù)字量表示的電壓值進(jìn)行數(shù)字濾波；以及 將濾波后的基于數(shù)字量表示的各個(gè)電壓值轉(zhuǎn)換到頻域，得到由各個(gè)轉(zhuǎn)換后 的頻域電壓值組成的頻域電壓序列。
5、 如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，通過(guò)對(duì)濾波后的基于數(shù)字量 表示的各個(gè)電壓值進(jìn)行離散傅立葉變換，來(lái)將基于數(shù)字量表示的各個(gè)電壓值轉(zhuǎn) 換到頻域。
6、 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，獲得單板以各個(gè)選定的電壓 測(cè)試節(jié)點(diǎn)為測(cè)量端口的阻抗矩陣的過(guò)程具體包括求取在單板上對(duì)應(yīng)每個(gè)IC芯片選定的電壓測(cè)試節(jié)點(diǎn)的輸入阻抗，以及各 個(gè)電壓測(cè)試節(jié)點(diǎn)之間的傳輸阻抗； 各個(gè)選定的電壓測(cè)試節(jié)點(diǎn)為測(cè)量端口的阻抗矩陣。
7、 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，獲得單板以各個(gè)選定的電壓測(cè)試節(jié)點(diǎn)為測(cè)量端口的阻抗矩陣的過(guò)程具體包括求取在單板上對(duì)應(yīng)每個(gè)IC芯片選定的電壓測(cè)試節(jié)點(diǎn)的反射系數(shù)，以及各 個(gè)電壓測(cè)試節(jié)點(diǎn)之間的傳輸系數(shù)；由所述求取的各個(gè)反射系數(shù)及其傳輸系數(shù)作為矩陣元素組成所述單板以 各個(gè)選定的電壓測(cè)試節(jié)點(diǎn)為測(cè)量端口的阻抗矩陣。
8、 一種建立電源噪聲模型的裝置，其特征在于，包括 數(shù)據(jù)采樣單元，用于釆樣單板上對(duì)應(yīng)每個(gè)IC芯片選定的電壓測(cè)試節(jié)點(diǎn)處的電壓值；頻域轉(zhuǎn)換單元，用于將采樣得到的各個(gè)電壓值轉(zhuǎn)換到頻域，得到由各個(gè)轉(zhuǎn) 換后的頻域電壓值組成的頻域電壓序列；阻抗矩陣獲得單元，用于獲得所述單板以各個(gè)選定的電壓測(cè)試節(jié)點(diǎn)為測(cè)量 端口的阻抗矩陣；以及電源噪聲模型建立單元，用于將所述阻抗矩陣的逆矩陣與所述頻域電壓序 列相乘，得到所述單板上對(duì)應(yīng)各個(gè)IC芯片的電源噪聲模型。
9、 如權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，所述頻域轉(zhuǎn)換單元具體包括 模數(shù)轉(zhuǎn)換子單元，用于將經(jīng)過(guò)所述數(shù)據(jù)釆樣單元釆樣得到的各個(gè)電壓值進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的基于數(shù)字量表示的各個(gè)電壓值；數(shù)字濾波子單元，用于將經(jīng)過(guò)所述模數(shù)轉(zhuǎn)換子單元得到的基于數(shù)字量表示 的各個(gè)電壓值進(jìn)行數(shù)字濾波，得到濾波后基于數(shù)字量表示的各個(gè)電壓值；以及頻域轉(zhuǎn)換子單元，用于將濾波后的基于數(shù)字量表示的各個(gè)電壓值轉(zhuǎn)換到頻 域，得到由各個(gè)轉(zhuǎn)換后的頻域電壓值組成的頻域電壓序列。
10、 如權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，所述阻抗矩陣獲得單元通過(guò) 分別求取單板上對(duì)應(yīng)每個(gè)IC芯片選定的電壓測(cè)試節(jié)點(diǎn)的輸入阻抗以及各個(gè)電壓測(cè)試節(jié)點(diǎn)之間的傳輸阻抗，并將求取的各個(gè)輸入阻抗及其傳輸阻抗作為矩陣 元素組成所述單板以各個(gè)選定的電壓測(cè)試節(jié)點(diǎn)為測(cè)量端口的阻抗矩陣。
11、 如權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，所述阻抗矩陣獲得單元通過(guò) 分別求取單板上對(duì)應(yīng)每個(gè)IC芯片選定的電壓測(cè)試節(jié)點(diǎn)的反射系數(shù)，以及各個(gè) 電壓測(cè)試節(jié)點(diǎn)之間的傳輸系數(shù)，并將求取的各個(gè)反射系數(shù)及其傳輸系數(shù)作為矩 陣元素組成所述單板以各個(gè)選定的電壓測(cè)試節(jié)點(diǎn)為測(cè)量端口的阻抗矩陣。
12、 如權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，所述數(shù)據(jù)采樣單元同步對(duì)單 板中對(duì)應(yīng)每個(gè)IC選定的電壓測(cè)試節(jié)點(diǎn)處的電壓值進(jìn)行采樣。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電源噪聲模型建立方法，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中求取電源噪聲模型不準(zhǔn)確的問(wèn)題。本發(fā)明方法包括步驟采樣在單板上對(duì)應(yīng)每個(gè)IC芯片選定的電壓測(cè)試節(jié)點(diǎn)處的電壓值；將采樣得到的各個(gè)電壓值轉(zhuǎn)換到頻域，得到由各個(gè)轉(zhuǎn)換后的頻域電壓值組成的頻域電壓序列；獲得所述單板以各個(gè)選定的電壓測(cè)試節(jié)點(diǎn)為測(cè)量端口的阻抗矩陣，以及將所述阻抗矩陣的逆矩陣與所述頻域電壓序列相乘，得到所述單板上對(duì)應(yīng)各個(gè)IC芯片的電源噪聲模型。本發(fā)明還公開了一種建立電源噪聲模型的裝置。利用本發(fā)明方案建立的各個(gè)IC的電源噪聲模型可以精確的進(jìn)行電源分布系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，從而減小了電源分布系統(tǒng)的設(shè)計(jì)成本。
文檔編號(hào)H04M19/00GK101394453SQ20071015224
公開日2009年3月25日 申請(qǐng)日期2007年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月19日
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