基于蚁群算法的PCB板电子元件热布局优化研究

来源 :电子科技大学 | 被引量 : 16次 | 上传用户:VictorXie
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随着电子技术的发展,微电子设备普及在生产和生活中的各个方面。随着电子设备集成度不断提高,芯片尺寸减小,功耗不断增大,使得设备内热流密度剧升,造成电子设备的失效或损坏,影响电子设备的可靠性。电子设备的热问题已经成为制约其发展的重要因素,尤其是在印制电路板的热设计问题中显得尤为重要。目前,在印制电路板的热设计中,尚未出现一种成熟的、系统的理论和方法有效地解决电路板上的电子元件布局问题。目前,人们已经对组合优化问题进行了大量的研究,并且取得了很大的成果,提出了各种各样的优化算法,包括许多智能算法。蚂蚁算法的提出为解决此类问题提供了一种行之有效的方法。它具有鲁棒性强、并行运算、正反馈机制等优点,现已被广泛应用。最大最小蚂蚁算法(MMAS)是在基本蚂蚁算法基础上改进后提出来的,它避免了基本蚂蚁算法的过早局部收敛的不足。通过对MMAS的分析研究,本文采用MMAS对印制电路板上的电子元件布局进行优化,以解决电子元件温度过热问题。本文以整齐布置在电路板上的电子元件物理模型作为研究对象,在自然对流换热的稳态传热状态条件下,对其进行热分析研究。主要研究内容如下:1.运用微元体热平衡法建立电子元件稳态温度场的数学求解模型,采用数学方法求解出各个电子元件的稳态温度值。2.通过热分析软件ANSYS建立上述物理模型的仿真模型,模拟分析各个电子元件的稳态温度值,同时验证所构建的数学模型是否合理。3.将最大最小蚂蚁算法应用到PCB板上的电子元件布局优化中,得到电子元件最佳布局排列。4.重新对优化后的新布局的电子元件建立仿真模型,模拟计算获得新的温度场分布;利用数学方法对新布局的电子元件再次计其温度场分布。对比两者的结果,验证了最大最小蚂蚁算法在电子元件布局优化中的有效性。该算法在布局优化中的有效应用为提高电子设备可靠性提供了保障。
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