Возможности ANSYS для разработки перспективной электроники КАДФЕМ Си-Ай-Эс Круглов Александр Игоревич CADFEM CIS © CADFEM 2013 Разнообразие технологий ANSYS Гидрогазодинамика: От однофазных потоков До многофазного горения Механика сплошной среды: От линейных статических задач До высокоскоростных взаимодействий Электромагнетизм: От низкочастотной электромеханики До расчетов высокочастотных полей Системы: От совместного доступа к данным До многодисциплинарных расчетов | ANSYS Electronics Основные направления в расчетах электроники: • Интегральные схемы (Integrated Circuits) • Целостность сигнала (Signal Integrity) • Расчет систем охлаждения РЭА (Electronics Cooling) • ВЧ/СВЧ радиоэлектроника (RF & Microwave) • Электромеханика (Electromechanical) | Сферы применения Телекоммуникации (HF) Nortel Alcatel/Lucent Cisco Авиация/Космос/ОПК (HF и EM) Boeing Northrop Grumman Lockheed Компьютеры (HF) Intel HP AMD Cray Потребительская электроника(HF) Sony Hitachi AMD Cray Автомобилестроение (HF и EM) Big 3 Toyota OEM’s Медицина (HF и EM) GE Siemens Medtronic Беспроводные технологии (HF) Motorola Sony/Ericsson Qualcomm Nokia Силовая электроника(EM) Hydro Quebec ABB General Electric Alstom | HFSS (High Frequency Structural Simulator) Основной инструмент в трехмерном электромагнитном моделировании Производит расчет любой произвольной 3D геометрии | Используемые методы Full Wave Finite Element Method (FEM) Transient Finite Element решатель (DGTD) Integral Equation решатель (MoM) Решатель Physical Optics Гибридный метод (FEM & IE) Планарный 2,5D MoM решатель Применение Антенны и антенные решетки Волноводы Фильтры Упаковки интегральных схем Соединители Via RFID LTCC устройства MMIC устройства РЛС Сотовая связь Спутниковое оборудование Медицинское оборудование Беспроводные технологии ЭМС и т.д. Прохождение импульса по линии с неоднородностью 5 слоев на многослойной печатной плате Без тыльной проточки | С тыльной проточкой в 60 mil Линия с неоднородностью в виде меандра | Реализация двух подходов к проектированию 3D расчет планарных структур (HFSS 3D Layout): - топологии печатных плат, - via-переходов, - упаковок интегральных схем, - патч-антенн - и т.д. | Расчет произвольных 3D структур (HFSS 3D): - различных антенн, - антенных решеток, - разъемов, - ВЧ/СВЧ элементов - и т.д. Редактор стэка слоев Редактор стэка и менеджер слоев • Новый диалог редактора стэка (лиминированный и не ламинированный слой) • Опции настройки решателя по слою • Визуализация по типу слоя • XML чтение/запись Фактор подтрава Неровность поверхности Настройки Опции HFSS решателя | Доступна параметризация Задание via-переходов Нажав на кнопку Via Вы можете задать все размеры параметрически Расположение Via Материал и масштаб Hole: задание формы и диаметра отверстия Модификация подстэка Pad: задание формы и диаметра металлической перемычки Antipad: задание формы и диаметра проходного отверстия в слоях | Задание трассеров Создание линий соединяющихся с via-переходами • На концах линии (в начале и конце) задаются порты Клик на кнопку «Рисовать линию» для создания линии. Убедитесь, что рисуете линию в нужном слое. Ширина м.б. параметризована (Вид сверху) | Подрезать сигнальную линию по кромке слоя • Очень просто копировать объекты • Ctrl-C & Ctrl-V (Вид снизу) Подключение в проект RLC дискретных компонентов | Подключение в проект N-полюсников через их S-матрицы. При использовании данной опцию учитывается «весь путь тока». Пример: спиральная индуктивность | Библиотека элементов в HFSS С моделью из библиотеки автоматически импортируются порты, ГУ, настройки сетки | Импортированная модель группируется в отдельном дизайне Модель располагается в соответствии с выбранной системой координат ANSYS Designer Интегральный,многоцелевой, схемный, планарный инструмент Уровни моделирования Уровень компонент (Planar EM) Уровень цепей Системный уровень Использует Решатель во временной области Решатель в частотной области 2.5D MoM решатель Solver on Demand HFSS Динамические ссылки (HFSS, Q3D, SIWave) Многоуровневые модели Приложения Организует взаимодействие между различными инструментами ANSYS EM Моделирование ВЧ и СВЧ схем Spice-модели Целостность сигнала Целостность питания Антенные решетки Проектирование интегральных схем ЭМС Моделирование фильтров | Designer RF: Designer Pre/Post + RF Option Разработка ВЧ/СВЧ схем в частотной области Типы анализа: • Линейных цепей/DC • Гармонический баланс • Согласование нагрузок • Анализ огибающей • Проектирование генераторов • Шумы • Вычисления в PlanarEM | Designer SI: Designer Pre/Post + SI Option Расчет схем с применением Spice-технологий во временной области Типы анализа: • Целостность сигнала • Целостность питания • Типы анализа • Линейных цепей/DC • Временной • QuickEye • VerifEye • AMI | Пример применения: IBM BladeCenter Целостность питания Целостность сигнала Поле излучения ЭМС | Q3D Extractor • Квазистатический анализ ЭМ поля DC -> Electrical Wavelengt h 10 • Адаптивная сетка • Создание эквивалентных цепей o o o Cadence DML, Intel LCF & IBIS .pkg HSpice®, PSpice®, Spectre® Simplorer® SML models • Совместное моделирование с ANSYS Designer • Включает 2D Extractor™ • Импорт геометрии через ALinks | SIwave • Подробный анализ целостности питания и сигнала • Гибридный 2.5D решатель для ЭМ поля • Проверка слоев на ошибки • Простое извлечение параметров (S,Y,Z) • Автоматическая оптимизация подстроечных емкостей • Калькулятор импеданса • Расчет падения напряжений по цепям питания • Возможности анализа ЭМ совместимости и помех • Построение широкополосных Spice моделей • Высокоточное макро-моделирование • Высокопроизводительные вычисления • Извлечение параметров упаковок ИС при помощи квазистатического решателя Q3D | Расширенный набор инструментов для SIwave Управление стеком Управление проволочными соединителям Управление подстеком Редактирование трассерами | Управление шариковыми выводами Пример применения Распределение потерь напряжения Chip Package PCB | AnsoftLinks для CAD систем Форматы геометрии: ANSYS Mechanical AutoCAD® (dxf и dwg) CATIA V4/V5 Siemens PLM NX Parasolid Pro/ENGINEER STEP IGES ACIS | Alinks для EDA систем Altium Designer Cadence Allegro PCB Designer Cadence Allegro Package Designer Cadence SiP Layout Cadence Virtuoso Layout Mentor BoardStation 8.x Mentor BoardStation XE/RE Mentor Expedition PCB Mentor PADS Layout Zuken CR5000 ODB++ | Синергетический эффект использования ANSYS и Apache Взаимно дополняют друг друга • ANSYS –лидер в расчетах ПП, упаковок ИС, электромагнитных расчетах и многодисциплинарных расчетах электроники • Apache – лидер в расчетах компактных, надежных ИС с низким уровнем потребления мощности. Сквозное моделирование на уровне Chip-Package-System (CPS) Мощность, Температура, ЭМС, Синхронизация Чип RedHawk Totem, PowerArtist Упаковка HFSS, SIwave Q3D, TPA Sentinel – NPE, PSI, TI Icepak, Mechanical Плата SIwave, HFSS Q3D DesignerSI Icepak Развернуть широту и глубину моделирования • Маршрут моделирования Чип/Упаковка/Система (Chip-Package-System) • Позволяет провести сквозное CPS моделирование | Соединители HFSS, Q3D ANSYS Apache Решения ANSYS APACHE: • ANSYS PowerArtist • ANSYS RedHawk • ANSYS Totem • ANSYS Sentinel-SSO • ANSYS PathFinder Проектирование IC & SoC: •Chip Power Model (CPM) •Chip-Package-System (CPS) •Power Distribution Network (PDN) •И т.д. | ANSYS Icepak Специализированное решение по анализу теплового режима РЭ аппаратуры (в сборе блоков и по отдельности) • Построен на решателе ANSYS FLUENT • Быстро и точно выполняет анализ тепловых режимов с учетом всех видов теплообмена • Содержит библиотеки стандартных электронных компонентов (решетки радиаторов, вентиляторов, корпусов упаковок ИС, ) • Поддерживает обширную библиотеку материалов | Междисциплинарные расчеты при разработке РЭА • Воздействие внешней среды на параметры РЭА • Правильное функционирование компонентов • Целостность компонентов во время жизненного цикла изделия • Общая надежность изделия • Надежность передачи сигналов в высокоскоростных устройствах • Мультифизический подход, включающий электромагнитное, тепловое и механическое моделирование | Предотвращение перегорания трассировки печатной платы Надежность печатных плат Real world operating conditions = Multiphysics environment Надежность электрических параметров Анализ целостности сигнала и питания Джоулевы потери мощности Температурная надежность Температурный анализ Температуры Механическая надежность | Анализ термодеформаций Управление проектом Маршрут тепловых расчетов с использованием Icepak Расчет потерь напряжения в SIwave Тепловой расчет в Icepak Финальный расчет в Icepak Экспорт температур в Mechanical | Итерационный расчет для получения полей потерь мощности и температур Анализ термодеформаций в Mechanical Связь Icepak с другими программами ANSYS При помощи ANSYS Icepak возможно проводить мультифизические расчеты с целым рядом приложений ANSYS ANSYS HFSS ANSYS Maxwell ANSYS Apache Sentinel TI ANSYS SIwave ANSYS Mechanical ANSYS Icepak | ANSYS Simplorer Высокопроизводительные вычисления High Performance Computing (HPC) Технология HPC обеспечивает повышенную производительность и более высокую точность моделирования, включая большие системы со сложной геометрией и типами материалов. Использование HPC, делает работу инженера более эффективной и продуктивной. В связи со значительным уменьшением времени от появления замысла до его реализации. | Доступные технологии HPC Multi-Processing (МР) Domain Decomposition (DDM) HFSS-FEM & IE Mesh Based HFSS-Transient HFSS-FEM Distributed Excitations Designer Matrix Based HFSS-FEM & IE HFSS-IE Parametric Sweeps Q3D Extractor Spectral Q3DExtractor Frequency Sweep DC RL/AC RL/DC Periodic HFSS - Hybrid Phased Array DDM with IE Domains SIwave Maxwell | Distributed Solver Technology (DSO) Вычисления на GPU HFSS Transient Заключение • • • • • В современных условиях развития техники для разработки радиоэлектронной аппаратуры требуется применение высокотехнологичных расчетных комплексов. Новейшие средства компьютерного моделирования от компании ANSYS позволяют существенно сократить время проектирования и заранее учесть факторы риска. Рост скоростей передачи данных и увеличение плотности упаковки РЭС при расчете требуют учета высокочастотных эффектов влияющих на целостность сигнала. Высокая степень интеграции программ ANSYS позволяет осуществить полное сквозное моделирование РЭА в единой среде, что существенно сокращает время и ошибки при передаче данных между программами на стадии проектирования. Мультифизические расчеты позволяют разработчику оптимизировать всю разрабатываемую систему с учетом технологических погрешностей при изготовлении и воздействия окружающей среды при эксплуатации. | Спасибо за внимание! Круглов Александр Игоревич Инженер-Радиофизик CADFEM CIS +7(495)644-0608 доб. 122 [email protected] | 2014 © CADFEM 2013 © КАДФЕМ Си-Ай-Эс