ANSYS SIwave

ANSYS SIwave - это гибридный полноволновый решатель электромагнитных полей, который позволяет проанализировать модель печатной платы. В SIwave можно произвести следующие виды анализа:

  • DC Analysis (с учетом температуры);
  • Signal Integrity (во временной и частотной областях);
  • Power Integrity (во временной и частотной областях);
  • Электромагнитная совместимость и помехи;

Таким образом, основная задача SIwave - это создание виртуального устройства из ECAD-модели для разработки прототипов с быстрым и точным электромагнитным моделированием.

Применение

SIwave позволяет анализировать сложные печатные платы и корпусы интегральных схем, используемые в современной электронике. Данный инструмент позволяет получать частотно зависимые модели схем распределения питания и сигнальных сетей непосредственно из баз данных топологий устройств. Эти модели схем помогают решать проблемы целостности сигнала и распределения питания, что очень важно для разработчиков, пытающихся создать удачный прототип с первого раза. Встроенный модуль расчета падения напряжения на внутреннем активном сопротивлении позволяет выполнить предварительную и окончательную проверку падения напряжения, определить, правильно ли выбраны размеры столбиковых выводов, шариковых выводов, контактов, правильно ли выполнена развесовка меди.

SIwave помогает учитывать электромиграцию, отмечая области с высокой плотностью тока. SIwave использует специальные конечно-элементные движки для расчета резонансов, отражений, одновременных помех переключения, дребезга земли и питания, распределения напряжения и тока в печатных платах, сложных корпусах интегральных схем. При помощи SIwave можно получать конечные разработки (которые включают в себя слои земли и питания произвольной формы, переходные отверстия, сигнальные трассы и элементы схемы) с беспрецедентной точностью и скоростью, при этом пользователю нет необходимости выполнять трудоемкую декомпозицию топологии. SIwave позволяет рассчитывать S, Y и Z параметры, наблюдать трехмерное электромагнитное поле и генерировать SPICE модели для последующего анализа в частотном и временном диапазоне средствами Nexxim, DesignerSI или при помощи продуктов других производителей.

Интегрированный графический редактор

ANSYS SIwave оснащён встроенным графическим редактором, функционал которого в полной мере обеспечивает потребности пользователя на этапе подготовки модели для расчета. SIwave плавно интегрируется в существующие потоки конструкторских данных, импортирует геометрию разработки непосредственно из САПР электроники (например, из Cadence Allegro/APD, Sigrity Encore™, Mentor Graphics, Board Station®, Expedition™ и PADS®, а также Zuken CR5000). Результирующие S, Y, Z параметры или SPICE-модели могут быть импортированы в инструменты работы со схемами Nexxim.

  • Импорт геометрической CAD-модели из всех современных пакетов трехмерного моделирования. Более подробно о импорте геометрических моделей можно узнать в описании лицензии ANSYS Alinks for MCAD или ANSYS Space Claim Direct Modeler.
  • Работа с большими сборками.
  • База примитивов: прямоугольник, окружность, параллелепипед, цилиндр, конус, сфера, тор.
  • Возможность создания геометрических моделей сверху-вниз (операции с геометрическими примитивами) и снизу-вверх (точки, линии, поверхности, объемы).
  • Булевы операции над геометрическими объектами (сложение, вычитание, пересечение и т.д.).
  • Возможность слияния нескольких геометрических объектов в один.
  • Параметрическое задание геометрии.
  • Проверка на наличие малых геометрических объектов, сингулярностей и многого другого с возможностью визуального контроля .
  • Инструменты измерения геометрических объектов: запрос объема, площади поверхности, длины линии и др. данных.

Список поддерживаемый форматов приведен ниже:

Stackup Editor

Stackup Editor - это подинтерфейс SIwave, оптимизированный для создания многоуровневой геометрии печатных плат и их пассивных компонентов. Он подходит для анализа целостности сигнала (Signal Integrity), полуволновых и излучающих эффектов. Область применения:

  • Анализ высокоскоростных последовательных каналов со сложными переходами между слоями плат;
  • Коммутация антенн и каналов миллиметрового диапазона;

Используя Stackup Editor, можно импортировать или заново построить геометрию для анализа:

  • Электромагнитных параметров;
  • Излучаемых полей;
  • Исследования импедансов и постоянных распространения;
  • S-параметров;
  • Носимых и обратных потерь.

Модель, созданная в Stackup Editor также является трехмерным объектом, при этом в модели могут быть учтены эффекты травления платы, виды скрепления дорожек и виды шариков припоя. Геометрия компоновки задается в виде 2.5D-объекта со стеками и специализированными примитивами (такими как: переходные отверстия, контакты, дорожки и соединительные провода).

Редактор полностью параметрический, поэтому ширину и толщину трасс можно легко изменять. Решатель включает в себя множество функций, предназначенных специально для печатных плат и структур корпусов. В основе решателя лежит передовая технология построения сетки, адаптированная для многослойной геометрии и элементов интегральных схем.

Адаптивный сеточный генератор

Отличительной особенностью ANSYS SIwave от других инструментов электромагнитного моделирования является автоматическое формирование сетки для заданной геометрии. Автоматическая адаптивная сетка - это очень надежная методика, которая гарантирует требуемую точность и быстроту расчетов. Инженеру требуется лишь построить геометрию и правильно указать материалы, граничные условия, возбуждение и интересующую полосу частот. SIwave автоматически формирует необходимую сетку для расчетов. Поэтому инженеру не нужно быть экспертом по созданию сетки и беспокоиться о достоверности результатов моделирования.

Адаптивный сеточный генератор SIwave это:

  • Автоматический контроль ошибки вычислений.
  • Полностью автоматизированная процедура разбиения на тетраэдры твердых тел произвольной геометрии.
  • Автоматическое сгущение сетки (двух- и трехмерное) на уже имеющемся разбиении.
  • Построение нерегулярных сеток с разбиением приграничных областей “регулярными слоями”
  • Перестройка сетки в соответствии с полученными в результате расчета узловыми перемещениями
  • Импорт сеточной модели из других проектов.
  • Наличие вспомогательных сеточных операций для контроля дискретизации модели.
  • Структурированные сеточные модели для задач моделирования электрических машин.

SI Options. SIwave как средство анализа сигналов

SIWave предназначен для анализа целостности сигнала (Signal Integrity), электропитания и проблем электромагнитных помех, вызванных шумами в результате взаимных влияний. Подобный анализ может быть необходим в печатных платах, электронных корпусах, разъемах и прочих сложных межслойных соединениях и переходах в печатных платах. Используя передовые возможности моделирования электромагнитного поля в SIwave с опцией SI, инженеры могут исследовать производительность высокоскоростных электронных продуктов задолго до создания аппаратного прототипа. Такой подход позволяет компаниям-производителям электроники добиться конкурентного преимущества за счет более быстрого выхода на рынок, снижения затрат и повышения производительности системы. Опция SI позволяет анализировать переходные процессы в печатных платах, анализировать элементы интегральных схем и печатных плат. SI Options включает:

  • Линейный анализатор цепей;
  • Анализатор переходных процессов;
  • QuickEye и VerifEye диаграммы для анализа высокоскоростных каналов связи;
  • Анализ Монте-Карло с поддержкой функций Spectre® и HSPICE®;
  • DC анализ с автоматическим контролем сходимости;
  • Динамическую связь с ANSYS Q3D Extractor и ANSYS SIwave;
  • IBIS-AMI анализ и поддержку моделей.

Power Integrity Analysis

Сегодняшние конструкции печатных плат имеют множество элементов синхронизации, источников питания и каналов данных, работающих одновременно. Система должна быть способна обрабатывать любые возмущения или нарушения, которые требуются этим сложным системам. Хороший дизайн минимизирует пульсацию напряжения для обеспечения того, чтобы все активные устройства имеют стабильное и надежное опорное напряжение.

Однако, реальные физические устройства имеют гораздо больше индуктивных контуров, емкостных плоскостей и резистивных дорожек, которые не учитываются в простых схемах устройств. Чтобы учесть все эффекты физической компоновки и сложности геометрии, можно использовать полевой решатель, такой как SIwave.

По сравнению с традиционным подходом к проектированию печатных плат, основанному только на ручных расчетах, аппаратных прототипах и измерениях, использование SIwave в проектировании печатных плат дает существенное преимущество. SIwave позволяет произвести больше инженерных расчетов еще на этапе проектирования дизайна и применить их в самом первом аппаратном прототипе. Это означает, что для завершения проектирования высокоскоростной печатной платы потребуется меньшее количество общих циклов изготовления тестовых печатных плат.

Также следует учесть, что стоимость сборки (несколько) аппаратных прототипов печатных плат может быть довольно значительной. Кроме того при таком подходе инженеры теряют время в ожидании изготовления прототипов. Также, просто тестируя разные прототипы, инженеры никогда не могут быть уверены, что тестируемое решение является лучшим из возможных.

Конструкция печатных плат на основе симуляции SIwave позволяет инженерам исследовать очень большое количество возможностей, увеличивая вероятность достижения наилучшего возможного дизайна. Аппаратное прототипирование, напротив, будет сильно ограничено в количестве сценариев, которые можно сравнить.

Распространенные задачи, решаемые в SIwave

  • Анализ многослойных структур методом конечных элементов: учет потерь и частотной зависимости; анализ резонансных режимов.
  • Эффективный решатель постоянного тока (расчет падения напряжения на внутреннем активном сопротивлении).
  • Точный расчет S, Y, Z параметров: расчет распределенных RLC-параметров по данным S-параметра; излучения поля в ближней и дальней области для проверки электромагнитных помех и электромагнитной совместимости ( связь с HFSS); разрывы непрерывности волнового сопротивления в сигнальных трассах из-за изменений слоя маршрутизации и базового слоя.
  • Анализ параметров временной области: задержка на прохождение сигнала; время нарастания и спада; отражения и «звоны»; помехи одновременного переключения (шумы в соединениях трасс и плоскостей, дребезг земли и питания).
  • Моделирование явлений частотной области: резонансные режимы и резонансные частоты слоев питания и земли; низкочастотные межплоскостные соединения.
  • Моделирование корпусов, печатных плат, возможность установить одиночный корпус на печатную плату для выполнения анализа.
  • Простой в использовании интуитивно понятный редактор топологий: инструмент Clip Design для быстрого удаления лишних узлов; выбор геометрии и элементов схемы по типовому признаку; просмотр слоев, сигнальных трасс, контактных площадок и элементов схемы на базовом слое; возможность группировки выводов, позволяющая объединять выводы в одном соединительном узле; быстрое назначение портов между парами или группами выводов; проверка изделия до получения конечного решения.
  • Автоматическая адаптивная генерация и сгущение сетки.
  • Автоматическая передача частотного спектра в Nexxim и DesignerSI для моделирования нестационарных состояний во временной области.
  • Разработка частотно зависимых источников.
  • Частотно зависимая модель материала (Djordjevic-Sarkar).