Ansoft家族介绍

 

        Ansoft(已與ANSYS合併)是一家做電磁模擬軟體的老字號公司,其方案垂直整合,從IC-->Package-->PCB-->機構-->全系統模擬,可透過不同的方案萃取出參數/模型後,在單一平台上(Designer或Simplorer)整合模擬。其方案分類大致如下圖所示:

Ansoft家族介绍_第1张图片

 

這裡要談的是第二層,關於PCB與Package的SI、PI模擬方案,官方design flow看起來很複雜,筆者整理的Design Flow如下圖所示:

Ansoft家族介绍_第2张图片

 

  • SIwave v5.0:SI+PI模擬領域中,筆者推薦的PCB+BGA co-simulation solution,可搭配Apache RedHawk萃取IC的PDN model.

  • HFSS v13:Full-wave 3D solver領域有名的軟體,頻域計算、萃取S參數,廣泛用來做天線設計、連接器設計、封裝設計...等模擬

  • Q3D Extractor v10:時域計算、萃取RLC參數,適合頻寬較低的應用(electrical length l/10),如封裝設計,觸控電容...等模擬
    Quasi-static 3D electromagnetic field analysis using Method of Moments (MoM) accelerated by Fast Multipole Method (FMM)

  • TPA v5.0:Turbo Package Analyzer,封裝模擬專用(electrical length l/10)
    Quasi-static electromagnetic field analysis using 3D Boundary Element Method (BEM) and Fast Multipole Method (FMM)

  • Maxwell v14:可以對磁性材質設定B-H curve,適合做馬達、變壓器、線圈...等模擬
    Low-frequency electromagnetic field simulation and analysis using FEM for 3D/2D structures.

  • Designer v6.1:模擬整合平台,內含circuit simulator (Nexxim)。因為太豪華,在v6.0以後拆成DesignerRF,DesignerSI兩套賣

  • AnsoftLink v5.0:轉換各layout軟體檔案給Ansoft tool使用

    SIwave比純2D的PCB模擬軟體(如EMIStream)強,但又不像3D的HFSS那麼強;而模擬性能與模擬時間是相對的。SIwave可以協助工程師做哪些事呢?整理如下: (點擊可以查看細部內容)

    • 平面諧振分析 (Resonant between planes)

      • 當走線通過諧振較強的區域,其訊號相當於是走在一個浮動的reference plane上,SI會變差;若走線在此區域過孔,且該過孔形成的有效長度正好是諧振頻點的1/4波長,則容易形成天線在近場帶出該諧振頻點。

      • 四層板才適合做此分析,因為需要兩個相鄰的plane area

      • 諧振區的改善方法:整合平面完整,或下de-coupling capacitor

    • 頻域分析 (Frequency domain)

      • S-parameter:有些小的layout差異在訊號速度不高時,時域看不出差異。而透過S參數可以看出好壞

      • 傳輸線的S-parameter分析,可做為SI (Signal--Integrity)特性的指標

      • 常用的是S21(順向穿透係數,或稱Insertion loss(dB)),S11(輸入反射係數)

      • Power to Ground planeZ-parameter分析(target impedance),可做為PI (Power-Integrity)特性的指標

    • 時域分析 (Time domain)  

      • TDRTDT

      • Cross-Talk  (by SIwave+Designer)

      • Eye diagram of USB、HDMI differential pair  (by SIwave+Designer)

      • 可做為SI (Signal Integrity)特性的指標

    • EMI:近場(near-field)與遠場(far-field)分析

      • 2D near-field and far-field (by SIwave)

      • Trace pattern 3D far-field (by Planar EM Design)

    • BGA Package Design Check and BGA + PCB Co-Simulation

          有限元素分析(Finite Element Method, FEM) -- 一種3D電磁場數值分析方法

          矩量法(Moment Method, Method of Moment, MOM) -- 一種2D or 2.5D電磁場數值分析方法;對第三維度進行簡化的電磁場模擬方法,適合於第三維度上均勻變化的結構 。SIwave v4.0~5.0與PlanarEM即屬此

          Quasi-static 3D Solver -- 一種低頻簡化的3D電磁場數值分析方法;當模擬物件的尺寸<波長/10,此時電場與磁場的變化很慢,計算電場時可不考慮磁場變化,計算磁場時 可不考慮電場的變化,來簡化計算 。Q3D與TPA即屬此。

     

     

     

     

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