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3D EM仿真軟件緩解設計挑戰

在微波設計領域，軟件工具的重要性日益俱增。不僅大部分射頻工程師都在使用軟件設計工具，而且這些軟件工具的能力也在不斷提升，可共同緩解各個設計階段存在的問題和挑戰。 在高頻和高速器件的三維(3D)電磁仿真領域，Ansoft公司的HFSS v11可保證用戶實現結構的無限仿真。事實上，HFSS v11結合了新的更高階、層次化基本功能與迭代求解器。這種求解器利用更小的網格提供更高的精度，因而可獲得針對大型、多波長結構的更高效的解決方案。在基于EM的設計流程中，HFSS可動態鏈接到Ansoft的用于射頻、模擬和混合信號電路設計的新一代仿真器Nexxim，以及射頻數模混合集成電路設計軟件Ansoft Designer中。 另一個流行的EM仿真器致力于在3D和通用形狀的多層結構上求解電流分布。這種被稱為IE3D的基于全波、矩量法(MoM)的仿真器屬于Zeland軟件公司。IE3D 12.12版本支持共軛匹配因子(CMF)。只要提供芯片阻抗和基本配置，便可利用CMF判斷RFID天線的質量。此外，借助實時、全波EM設計的FastEM設計套件，工程師能確定平面和3D結構的參數，對結構進行高精度、高效的IE3D仿真，并從仿真結果中提取FastEM信號。FastEM信號允許用戶實現實時EM調諧、優化和合成。 像IE3D一樣，Sonnet軟件公司的Sonnet套件也可以在單片微波集成電路(MMIC)、RF IC、平面天線及更多設計中。但Sonnet套件可為平面電路和天線開發出高精度的RF模型(S、Y、Z參數或提取的SPICE模型)。該軟件需要電路的物理描述，包含布局、金屬層和介質層的材料特性。Sonnet套件采用了基于麥斯韋爾方程的矩量法(MoM)EM分析方法，覆蓋所有的寄生、交叉耦合、外殼以及封裝諧振效應。 Agilent EEsof公司的Advanced Design System(ADS)RF EDA軟件是主流的電路仿真工具。該公司還提供RF Design Environment、IC-CAP器件建模軟件和系統，以及Eagleware-Elanix公司的GENESYS與SystemVue。利用針對信號完整性設計的集成的驗證工具包，高數據速率互連和串行數據鏈路設計工程師能夠發現并校正抖動源，并同時預測位誤碼率(BER)的性能。Agilent還將全波、3D仿真器Electromagnetic Design System(EMDS)集成到ADS平臺中。基于ADS的EMDS承諾將減少設計高精度高頻RF/微波模塊、RF電路板以及平面天線所需的步驟，并允許設計工程師在開始物理原型設計之前，做出基于可靠信息的決定和調整。 大多數情況下，軟件平臺服務于電氣工程應用，甚至用于解決RF設計問題。然而，許多軟件平臺不僅可以服務于這個市場，還能同時滿足其他數學和科學領域。這樣的例子有兩個來自The MathWorks公司。The MathWorks公司的MATLAB是一款高級語言和交互環境，與C、C+和Fortran等傳統的編程語言相比，它能使設計工程師更快地執行計算密集型任務。該公司的Simulink平臺則支持多領域仿真以及動態系統的基于模型的設計。因為Simulink被集成到MATLAB中，所以它能快速訪問針對算法開發、數據可視化、數據分析與訪問、數值計算的廣泛工具。 美國國家儀器(NI)有限公司提供多種系列軟件產品來滿足廣泛的行業需求。該公司的旗艦產品LabVIEW允許用戶利用面向對象的編程來開發可擴展代碼。他們還可以用自動VI接口創建與可重用外部代碼集成.NET web服務，這些外部代碼可以自動生成DLL接口。此外，自動調用DLL并利用回調也是可能的。 COMSOL公司目前正在將其數學建模、仿真與虛擬原型提供給更廣泛的工程師群體。在COMSOL Multiphysics 3.3中，AC/DC模塊允許靜態和準靜態模型包括任何耦合物理和非線性材料。對于聲學模塊，用戶可以通過固體和液體來對聲波傳播進行建模。RF模塊允許設計工程師在沒有RF和微波仿真限制的條件下指定圖形、物理和材料。 Schmid&Partner Engineering AG或SPEAG公司的EM仿真工具的計算能力可達500至1,500兆單元/秒，可應用在眾多不同的行業。利用12.4版本的SEMCAD X仿真平臺，該公司已發布最新的EMC/EMI有關特性以及材料建模方法，還使得內存效率得以極大提高。該仿真平臺還提供了額外的優化目標，包括OTA參數、一致性和更多的CAD結構遺傳算法(GA)優化。它還提供特異材料(雙負極)、擴展的色散材料，以及耗散金屬和涂層板的建模。3D固體建模工具箱也已經進行擴展。 電路和EM仿真軟件在持續發展，但是這些公司認識到還需要獨特的軟件功能。例如，Flomerics公司在提供EM仿真工具的同時還提供熱效應分析軟件。ADI公司則利用ADIsimPLL滿足不同的需求。ADIsimPLL一款鎖相環(PLL)電路設計和計算軟件，其3.0版本將仿真器中PLL環路濾波器可獲得的拓撲范圍從9提高到18。9個新環路濾波器拓撲的大部分包括了更高階的有源濾波器，可提供額外的諧波抑制。新的專用壓控振蕩器(VCO)/參考庫文件編輯器允許通過VCO或參考振蕩器庫文件進行瀏覽，并允許用戶訪問VCO調諧和相位噪聲數據。此外，它還可以計算PLL的閉環增益并在FreqDomain頁面上顯示出來。 Cadence設計系統公司也在幾年前涉足RF領域。例如，Cadence RF SiP Methodology Kit整合了系統設計、物理實現以及生產之間的廣泛鏈接。該開發套件支持全系統級封裝(full-SiP)電氣分析和關鍵路徑表征，以及從整個系統級仿真開始到自頂向下驗證的行為建模。Cadence RF Design Methodology Kit則承諾能縮短產品開發周期，提高硅的可預見性，并實現更高的射頻設計生產率。該設計套件的功能包括：驗證用于智能管理RLCK寄生參數的先進方法、電感綜合與建模、全芯片驗證以及PLL仿真指南。此外，它還將IC設計與系統級設計鏈接起來。 作者：Nancy Friedrich
總編輯
《Microwaves&RF》