слайды презентации

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