高速電路板HFSS仿真手動(dòng)網(wǎng)格設(shè)置

2016-09-29 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

ANSYS電磁場(chǎng)

使用過HFSS的朋友都知道,HFSS默認(rèn)的自適應(yīng)網(wǎng)格劃分對(duì)大而均勻或是小而精細(xì)的結(jié)構(gòu)均有較好的效果,但在高速互連傳輸線的仿真中,長(zhǎng)直傳輸線同時(shí)具備了規(guī)模大,尺寸精細(xì)的特點(diǎn),在網(wǎng)格劃分時(shí)不容易做到精度和效率的兼顧,需要手動(dòng)設(shè)置網(wǎng)格劃分規(guī)則。這里給大家分析一下針對(duì)高速互連線的HFSS網(wǎng)格技巧。

長(zhǎng)直單端帶狀線的阻抗分析

下圖1為傳輸線的截面圖,結(jié)構(gòu)尺寸如下表1,介質(zhì)材料類型為N4000-13SI,仿真用的材料Dk與Df參數(shù)分別為3.4與0.01(參考HFSS材料庫(kù))。

采用PCB計(jì)算工具得到的上述1inch長(zhǎng)走線的計(jì)算結(jié)果為47.84ohm,Designer里面的傳輸線計(jì)算工具的阻抗計(jì)算值為47.54ohm,這里我們?nèi)烧叩钠骄?7.69ohm作為HFSS的設(shè)計(jì)參考阻抗值。

長(zhǎng)直單端帶狀線的HFSS模型

HFSS中創(chuàng)建該長(zhǎng)直傳輸線的仿真模型如下圖

該HFSS模型中,仿真端口均為Waveport,Mesh算法采用的是TAU/Tolerant,對(duì)網(wǎng)格尺寸的設(shè)計(jì)均采用軟件默認(rèn)設(shè)置,仿真的求解頻率為15GHz,最大DeltaS為0.02,最小Converged Passes為2,采用2階直接求解器,掃頻范圍為0.1~20GHz,掃頻步長(zhǎng)為10MHz。為了讓傳輸線的損耗仿真結(jié)果更加精確,在仿真中設(shè)置了銅表面粗糙度,模型為Huray模型[4],Nodule Radius為0.05um,Hall-Huray Surface Ratio為2。

HFSS默認(rèn)網(wǎng)格剖分得到的仿真結(jié)果

下圖3是采用HFSS默認(rèn)網(wǎng)格剖分技術(shù)得到的該仿真模型的仿真結(jié)果和測(cè)試結(jié)果的對(duì)比(紅色為仿真結(jié)果,藍(lán)色為測(cè)試結(jié)果):

由上圖可以看到,HFSS仿真得到的損耗結(jié)果的偏差比較大,約為10%。

HFSS中限制導(dǎo)體表面網(wǎng)格尺寸后得到的仿真結(jié)果

下圖4是在HFSS中將該傳輸線導(dǎo)體的表面網(wǎng)格最大尺寸分別限制為5H、3H、2H、H、1/2H、1/3H、1/5H,并對(duì)這7組條件分別進(jìn)行仿真,最終不同條件下S21插入損耗與相位的對(duì)比結(jié)果。隨著網(wǎng)格限制尺寸的逐漸減小,傳輸線損耗也會(huì)逐漸減小,相位基本無變化。

HFSS中限制介質(zhì)內(nèi)部網(wǎng)格尺寸后得到的仿真結(jié)果

介質(zhì)內(nèi)部的固定區(qū)域(如圖5藍(lán)色區(qū)域,區(qū)域?qū)挾葹?H)的網(wǎng)格最大尺寸分別限制為5H、3H、2H、H、1/2H,對(duì)這5組條件分別進(jìn)行仿真,最終不同條件下S21插入損耗與相位(如圖6)的對(duì)比結(jié)果。當(dāng)限定尺寸為1/3H和1/5H時(shí),仿真規(guī)模超過了仿真服務(wù)器內(nèi)存限制,沒有得到有效的仿真結(jié)果。其中能夠適用于工程實(shí)踐的限制條件為H。

HFSS中不同網(wǎng)格剖分限制所得到的仿真結(jié)果對(duì)比

網(wǎng)格質(zhì)量對(duì)比,不同情況下的模型網(wǎng)格剖分結(jié)果的對(duì)比:

上圖中,a為HFSS默認(rèn)網(wǎng)格剖分的結(jié)果,b為基于導(dǎo)體表面網(wǎng)格劃分限制,最大尺寸為1/2H;c為基于介質(zhì)內(nèi)部網(wǎng)格劃分限制,限制區(qū)域?qū)挾葹?span>3H,最大尺寸為H;由結(jié)果對(duì)比可知,b與c的網(wǎng)格分布與實(shí)際的電磁場(chǎng)分布更加匹配。