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如何选择合适的电磁求解器

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如何选择合适的电磁求解器:

Clarity/Sigrity/EMX/AWR产品简介

目前,Cadence 的产品组合提供多种电磁 (EM) 技术。一些是收购而来,另一些则是内部创新。面对 Cadence 产品系列中的诸多 EM 仿真和分析工具,您可能会问自己:我需要了解关于它们的哪些知识,又该使用其中的哪些产品?

EM 求解器的功能

首先,它会读取导体中的物理描述,这些描述通常是电路布线;但对于连接器等,则是机械模型。

然后,EM 求解器会处理布线结构,将其转化为可用于分析阶段的形式。这一过程通常涉及使用有限元法,或由于布线限制(例如平面)而经过优化的方法,对导体进行网格划分。需要进行网格划分的原因在于,要对导体的细小部位运用各种分析方法,其中可能会进行很多粗略估算,但不会造成重大误差,然后通过将所有这些细小部位的分析结果整合在一个整体的解中,完成整体分析。

因此,对于每个元素,下一个阶段是根据麦克斯韦的电磁方程式进行分析。然后将这些分析结果整合,得出最终解。分析结果以模型(例如 S 参数)的形式提供,可以用于电路仿真,以验证性能。

为何及何时进行 EM 分析

进行 EM 分析的主要原因有两个:

  1. 了解设计中的信号是否符合其性能规格
  2. 了解设计在电路/系统中是否存在意外的 EM 交互

我们可能还需要在不同的场合进行 EM 分析:

首先是,我们正在进行一些设计(芯片、封装、电路板、系统),并且希望了解当前的设计质量。我们希望根据分析结果调整设计对象,进而进一步优化设计。在这种情况下,我们需要实现高性能和集成,想要从设计系统(比如用于芯片的 Virtuoso®、用于电路板的 Allegro®、或用于连接器的第三方模型)中尽可能快地获取结果。同时,我们不希望手动传输文件、手动引导网格划分过程,也不希望手动将结果传输回设计环境。事实上,除了单击菜单项以启动分析之外,我们根本不希望进行任何手动操作。另外,由于在分析过程中需要持续等待,因此我们希望能缩短等待时间——最好几秒钟就可以完成。

进行 EM 分析的第二个原因是用于签核。此时我们已经完成了设计,并想确定最终的设计结果是否和预想的一样好。在这种情况下,相比于性能,我们更关心准确度。我们希望仅进行一次或最多几次分析,因此只要数据尽可能接近设计的最终制造结果,我们并不介意整个过程可能耗时较慢。在实践中,效率和精确性并不是一定要二选一,随着设计的进行,运行时间与准确度之间的权衡会不断变化。

在了解了所有求解器共有的基础知识之后,让我们来了解 Cadence 公司的 EM 技术,并进一步了解它们的来源以及每种技术的优势。

Cadence公司的EM技术

Sigrity

Cadence 2012 年收购了 Sigrity(公司)。该公司具有各种专业的产品选项(例如,Sigrity Serial Link Analysis),但是在本文中,我们仅介绍用于完整EM 分析的两个工具:Sigrity™ Extraction Sigrity™ PowerSI® 

Sigrity PowerSI是一种平面 3D(或称为混合)求解器,即它主要采用启发式 2D 算法,来得出接近于使用完整 3D 求解器所能获得的结果,但求解速度要快得多。

Clarity

Clarity™ 3D Solver Cadence 内部研发,于去年发布,详情请见《视频解密 | Cadence Clarity如何为系统分析和设计提供前所未有的性能及容量》一文。

Clarity 是所有求解器中最通用的求解器,可以处理任意 3D 结构。当需要进行完整的 3D 分析或没有其他合适的求解器时,Clarity 便是理想之选——例如,分析电路板和连接器,或者分析完整的球栅阵列 (BGA) 封装。

Clarity 也是扩展性最强的求解器,从最初就设计为可以在大型服务器场和云数据中心运行,而无需在任何服务器上使用大量内存。因此,Clarity进行的是系统级分析。如今,唯一超出其能力范围的分析类型,是将整个雷达单元放在室内,然后分析三米外的信号。

EMX

Cadence 于今年早些时候通过收购 Integrand Software 公司收购了 EMX®软件。详情请参见《无线电设计:IntegrandIntegrand的起源与核心技术》文章。

EMX 经过优化,可分析硅晶片上的无源元件。如同片上互连一样,它主要针对平面导体和小过孔进行了优化。EMX还拥有一个广泛的来自所有主要晶圆代工厂PDK 。这种组合意味着,它可以为晶圆代工厂流程中的硅晶片上的无源元件提供快速而准确的分析结果。但仅限于这种特殊情况。幸运的是,这是一种覆盖范围很大的特殊情况,因为有越来越多的无源元件被转移到芯片上。

AWR AXIEM Analyst

 

Cadence 于今年初通过收购 AWR 收购了 AWR AXIEM® 软件,详情请参见《成功建模并设计 24GHz 微波系统: AWR简介》一文。

AXIEM已针对 PCB 级别的使用进行了优化,还针对 AWR®  Microwave Office 软件中更通用的RF 解决方案进行了优化。收购之前,AXIEM 已集成到 Virtuoso RF(在源代码级别)软件中。

AWR EM 技术包括 AXIEM(平面 3D)和 Analyst™(完整 3D。这两者都紧密集成到 Cadence AWR Design Environment® 中,该平台的应用对象包括从 III-V 芯片到 RF 模块甚至是天线在内的微波应用。

AXIEM 针对平面结构级别的使用(例如 PCBMMIC 等)进行了优化。对于采用多种技术的更复杂的设计(例如微波/RF 模块或包含非平面天线的系统级设计),Analyst 是理想之选。

如何选择Cadence EM求解器

1大型系统

如果因为元素的平面程度不够充分,或者您正在分析一个大型系统,而需要一个完整的 3D 求解器,那么 Clarity 3D Solver 就是您的理想之选。

2、片上分析(CMOS

如果您要进行片上分析 (CMOS) ,则 EMX 就是您的首选 EM 求解器。

3、电路板和封装级别

在电路板和封装级别,Sigrity PowerSI 将为您提供快速而精准的结果;但如果您追求的是黄金标准的精准性,那么Clarity 3D Solver 才是您的不二选择。

4RF结构

对于在AWR Microwave Office 中设计的RF结构,AWR AXIEM 软件(平面) AWR Analyst 软件(3D都是合适的选择,并且都已非常好地集成到了 AWR 平台中。

                             摘自 Cadence楷登PCB及封装资源中心

2020年9月25日 17:46
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