一种铁氧体磁珠对LNA性能影响的预测方法

技术领域

本发明涉及电磁兼容技术领域，具体而言涉及一种铁氧体磁珠对LNA性能影响的预测方法。

背景技术

随着社会的发展，电路的设计也在朝着高频高速的方向前进，在电路的设计中，如果没有考虑EMC的设计，电子设备就很容易出现大量的辐射电磁干扰，影响其它设备正常工作，如收音机、电视机和电话等设备。为了经济性、可靠性和安全性等因素考虑，我国各行业逐渐提高对电磁兼容技术方面的标准。虽然国内外许多学者对磁性元件和辐射EMI都进行了一定的研究，但由于辐射EMI机理复杂，且磁性元件种类众多，缺乏磁性元件机理研究和建模分析以及在辐射EMI应用中的研究，铁氧体磁珠(简称磁珠)在电磁兼容中应用广泛。

在N个复杂的混合信号系统中，隔离不同电路块之间的电源噪声非常关键。由于不同电路块的电压摆幅变化以及每个电路对电源噪声的敏感性，隔离数字和RF设备至关重要。与RF信号相比，数字设备可能具有相对较大的电压摆幅，但集成的RF设备可能具有非常小的电压。当由相同的电源电压供电时，在数字设备的电源节点处产生的电磁干扰(EMI)噪声可以耦合到RF系统。作为射频(RF)系统的第一级，低噪声放大器(LNA)极易受到EMI噪声的影响，因此有必要添加一个用于EMI保护的保护模块。低噪声放大器(LNA)作为射频接收器系统的第一级，极易受到外部电磁干扰(EMI)噪声的影响。为了防止电磁干扰，铁氧体磁珠通常在LNA上使用，表面贴装技术(SMT)铁氧体磁珠是用于EMI抑制的常用保护器件。但是，铁氧体磁珠包含具有非线性行为的磁性材料。因此，它们对LNA的性能产生不利影响。而目前针对铁氧体磁珠对LNA性能影响预测的方法均存在计算量大和计算结果不够精确的问题。

发明内容

本发明针对现有技术中的不足，提供一种铁氧体磁珠对LNA性能影响的预测方法，采用了差分进化算法(DE)获得准确的铁氧体磁珠等效模型参数，建立具有铁氧体磁珠集成电路(SPICE)模型的仿真程序来表征其行为，计算量更小，所得结果更加精确。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种铁氧体磁珠对LNA性能影响的预测方法，所述预测方法包括以下步骤：

S1，提取铁氧体磁珠的阻抗信息；

S2，建立铁氧体磁珠的SPICE模型，建立铁氧体磁珠的等效电路拓扑，明确需要获取的铁氧体磁珠等效参数，通过GA算法处理铁氧体磁珠的阻抗信息以获取铁氧体磁珠的等效参数初始值；

S3，利用DE算法优化步骤S2中获得的铁氧体磁珠的等效参数初始值，得到最终建模所需的等效参数；

S4，根据铁氧体磁珠的SPICE模型在LNA电路上的仿真结果，预测铁氧体磁珠对LNA性能的影响。

为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：

进一步地，步骤S1中，通过VNA提取铁氧体磁珠的阻抗信息。

进一步地，步骤S2中，所述铁氧体磁珠等效参数包括铁氧体磁珠等效参数包括等效电阻R、等效电容C、等效电感L。

进一步地，步骤S2中，所述通过GA算法处理铁氧体磁珠的阻抗信息以获取铁氧体磁珠的等效参数初始值包括以下步骤：

S21，编码：

采用实数编码，构造线性变换：

f

把约束区间为[a

S22，初始化种群：

生成w个、z组、每组c个[0，1]区间上的均匀随机数，即{u

式中，

经式(1)得到优化变量值，再经式(2)得到相应的目标函数值Q(x

S23，适应度评价：

目标函数值Q(x

式中，τ＝0.001；

S24，选择操作：

对每个子种群从父代个体中以概率p

S25，交叉操作：

对每个子种群中的任两个个体按下式进行算数交叉，随机线性重组后的新个体为：

式中，u

S26，变异操作：

通过对每个子种群父代个体染色体上的基因以小概率p

式中，u(j)和u

S27，判别收敛：

当算法运行达到预定进化次数或优秀个体的目标函数值Q(x

进一步地，步骤S3中，所述利用DE算法优化步骤S2中获得的铁氧体磁珠的等效参数初始值的过程包括以下步骤：

S31，根据式(7)初始化种群：

其中N

S32，变异操作：

使用获得的初始参数值向量作为每一代的总体，并以种群中两个个体之间的加权差异作为中间个体，即差异向量；按照式(8)将差异向量添加到第三个个体以生成突变：

v

其中F是诱变因子，F＝0.85，x

S33，交叉操作：

根据预设规则通过交换当前种群中个体的一定量的组成部分和突变个体的相应组成部分来生成交叉总体，g代种群|x

其中j

S34，选择操作：

如果候选者的目标函数小于当前个体的目标函数，则下一代种群将替换当前个体：

S35，收敛判别

当算法运行到预定次数或所选的优秀个体小于某个设定值时，操作结束，估计结果为R

进一步地，所述种群规模N

进一步地，步骤S4中，所述根据铁氧体磁珠的SPICE模型在LNA电路上的仿真结果，预测铁氧体磁珠对LNA性能的影响的过程包括以下步骤：

将铁氧体磁珠的SPICE模型与LNA仿真模型的输入串联连接，得到LNA的输出端口信号S1

设定模拟的起始频率、终止频率和步长；

将铁氧体磁珠以相同的方式串联到LNA的输入，并且通过VNA进行测量输出端信号S

本发明的有益效果是：

采用了差分进化算法(DE)获得准确的铁氧体磁珠等效模型参数，建立具有铁氧体磁珠集成电路(SPICE)模型的仿真程序来表征其行为，计算量更小，所得结果更加精确。

附图说明

图1是铁氧体磁珠对LNA性能影响的预测方法的流程图。

图2是氧体磁珠的SPICE模型图。

图3是铁氧体磁珠的位置示意图。

图4是实验平台示意图。

图5是磁珠对LNA的影响示意图；其中，图5(a)是S11比较结果示意图，图5(b)是S21比较结果示意图。

图6是GA拟合结果的比较示意图；其中，图6(a)是基于遗传算法的实部和虚部的拟合结果示意图，图6(b)是基于GA的|Z|拟合结果示意图。

图7是基于DE的拟合结果的比较示意图；其中，图7(a)是基于GA-DE的实部和虚部的拟合结果示意图，图7(b)是基于GA-DE的|Z|拟合结果示意图。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。

需要注意的是，发明中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

结合图1，本发明提及一种铁氧体磁珠对LNA性能影响的预测方法，所述预测方法包括以下步骤：

S1，提取铁氧体磁珠的阻抗信息。

S2，建立铁氧体磁珠的SPICE模型，建立铁氧体磁珠的等效电路拓扑，明确需要获取的铁氧体磁珠等效参数，通过GA算法处理铁氧体磁珠的阻抗信息以获取铁氧体磁珠的等效参数初始值。

S3，利用DE算法优化步骤S2中获得的铁氧体磁珠的等效参数初始值，得到最终建模所需的等效参数。

S4，根据铁氧体磁珠的SPICE模型在LNA电路上的仿真结果，预测铁氧体磁珠对LNA性能的影响。

具体的，本发明包括以下步骤：

第一步：通过VNA提取铁氧体磁珠的阻抗信息。

第二步：建立铁氧体磁珠的等效电路拓扑，明确铁氧体磁珠建模需要的等效参数。图2是氧体磁珠的SPICE模型图。图3是铁氧体磁珠的位置示意图。表1是铁氧体磁珠(BEAD1806S102A15T)的阻抗参数。

表1铁氧体磁珠(BEAD 1806S102A15T)的阻抗参数

第三步：通过GA算法获得铁氧体磁珠阻抗等效参数的初始值。

根据VNA提取的阻抗信息，采用GA来利用快速收敛的速度来优化阻抗信息。所获得的RLC参数的值被用作一组初始值。GA用于获得EUT阻抗等效参数的初始值。EUT的阻抗Z

步骤1：编码。

采用实数编码，构造线性变换：

f

把约束区间为[a

步骤2：初始化种群。

生成w个、z组、每组c个[0，1]区间上的均匀随机数，即{u

式中，

经式(1)得到优化变量值，再经式(2)得到相应的目标函数值Q(x

步骤3：适应度评价。

目标函数值Q(x

式中，τ＝0.001。

步骤4：选择操作。

对每个子种群从父代个体中以概率p

步骤5：交叉操作。

对每个子种群中的任两个个体按下式进行算数交叉，随机线性重组后的新个体为：

式中，u

步骤6：变异操作。

变异算子决定了遗传算法的局部搜索能力。通过对每个子种群父代个体染色体上的基因以小概率p

式中，u(j)和u

步骤7：判别收敛。

当算法运行达到预定进化次数或优秀个体的目标函数值Q(x

第四步：基于DE算法优化获得的初始值。

DE用于优化通过GA获得的EUT阻抗等效参数的初始值，Z是EUT的阻抗表达式，以VNA作为样本测量的阻抗Z

其中D是空间维数，

等效参数的优化过程如下：

步骤1：初始化种群

对于初始种群，如

其中N

步骤2：使用实际值参数向量作为每一代的总体，并以总体中两个个体之间的加权差异作为中间个体，即差异向量。然后，将差异向量添加到第三个个体以生成突变，如

v

其中F是诱变因子，F＝0.85，x

步骤3：交叉操作是指根据某些规则通过交换当前总体中个体的某些组成部分和突变个体的相应组成部分来生成交叉总体。g代种群|x

其中j

步骤4：选择操作

如果候选者的目标函数小于当前个体的目标函数，则下一代候选者将替换当前个体。

步骤5：收敛判别

当算法运行到预定次数或所选的优秀个体小于某个设定值时，操作结束，估计结果为R

第五步：仿真与预估。

为了验证模型的准确性并预测铁氧体磁珠对LNA的影响，本文将铁氧体磁珠的SPICE模型与LNA仿真模型的输入串联连接，得到LNA的S11和S21。模拟的起始频率为10MHz，终止频率为1GHz，步长为1MHz。同时，铁氧体磁珠(型号1806S102A15T)以相同的方式串联到LNA的输入，并且S11和S21通过VNA(型号：ROHED&SCHWARZ ZNB8)进行测量。图4是实验平台示意图。图5是磁珠对LNA的影响示意图。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。