復雜結(jié)構(gòu)電磁仿真的簡化方法

2016-11-06 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

一、背景介紹

在互連設(shè)計或者一些無源設(shè)計中,會遇到比較復雜的一些物理結(jié)構(gòu),而且可能尺寸跨度很大。這個時候,直接整體建模和仿真的難度比較大。問題主要有兩點:第一,模型復雜,整體建模比較費事;第二,模型復雜,導致仿真耗時,甚至在HFSS中無法正確仿真。

這時,一個折中的想法就出現(xiàn)了。能否將復雜結(jié)構(gòu)分為幾個部分分別仿真,之后利用ADS強大的電路仿真功能,將各個結(jié)構(gòu)的SNP放到一起,組成整體仿真?本文基于這個思路做了一些嘗試,拋磚引玉了。

二、具體內(nèi)容

1. 范例說明:本文研究例子簡言之為在PCB板上,表貼較小的集成濾波器,看濾波器的濾波效果。所以本文的復雜結(jié)構(gòu)是:板子+濾波器,分為兩個較簡單的結(jié)構(gòu):僅有板子,僅有濾波器。這三個結(jié)構(gòu)分別如下圖所示:

2. 仿真結(jié)果對比:

下面將直接用HFSS仿真的結(jié)果和分別仿真后用ADS級聯(lián)的結(jié)果進行對比:

圖中,紅線表示的是直接用HFSS仿真得出的結(jié)果,藍線是分別仿真后用ADS級聯(lián)的結(jié)果。對比可知,二者大體上還是吻合的比較好的。但是在3GHz~4GHz之間還是有一些區(qū)別,可能是由于各部分之間的電磁耦合所致。綜合來說,將復雜結(jié)構(gòu)拆為幾個簡單的部分,分別仿真,再在ADS中級聯(lián),這是一種比較好的折中方法,特別是在復雜的結(jié)構(gòu)中,而且準確度也不錯。

3. 該方法的適用范圍:

a. 使用這種方法的前提是,被拆分的幾個簡單部分之間,電磁耦合很小,可以忽略不計。

4. 整體結(jié)構(gòu)拆分為各個部分的具體方法,以及port的加法

整體結(jié)構(gòu)的拆分,其實還是要看具體的結(jié)構(gòu)和模型各部分的復雜性,不過一般來說比較固定。關(guān)鍵是具體的port該怎么加呢?經(jīng)過嘗試,提出兩種比較可行的方法:

a. 如果整個系統(tǒng)有統(tǒng)一的參考地,亦即被拆分結(jié)構(gòu)的地和系統(tǒng)地是相連的,那么port的加法很簡單,就加在分割處的信號和參考地之間,簡稱為“直接法”。如下圖所示,pad加在濾波器的信號和地之間。而且濾波器的地和系統(tǒng)地是相連的。

b. 不管被拆分的部分是不是和系統(tǒng)地相連,都可以采用另一種加port的方法,暫稱之為“互連法”。因為這種加port的方法,只要有一個互連,就加一個port。然后,這些port公用一個參考地,而且要保證整體的port到參考地盡量集中,參考地盡量小。如下圖所示,濾波器的端口設(shè)置采用了互連法:

c. 注意:

直接法和互連法是不能混用的,如果在拆分位置,一個結(jié)構(gòu)用了直接法,另一結(jié)構(gòu)也要用直接法;

互連法引入的端口比較多,所以在ADS中互連時,要注意正確連接;

在能用直接法時,建議優(yōu)先用直接法,畢竟互連法引入了太多的虛擬地了,對準確性有一定影響。下圖顯示了用直接法和互連法分別仿真出的結(jié)果對比,二者還是挺吻合的。

5. 關(guān)于拆分中端口阻抗的問題:

最后討論下結(jié)構(gòu)拆分的位置,和端口阻抗的問題。

拆分的位置一定要在整體結(jié)構(gòu)中特征阻抗連續(xù)的地方嗎?我個人觀點是不必要。因為部分結(jié)構(gòu)中,端口處的輸入阻抗信息也包含在SNP文件里面了。亦即在ADS整合時,阻抗不連續(xù)是可以通過SNP文件互連反應出來的。但是建議,如果可以在阻抗連續(xù)處拆分,那肯定最好。

關(guān)于端口阻抗的問題,端口阻抗其實沒有什么影響,都設(shè)置成50 Ohm即可。因為說到底,端口阻抗只是測試時,測試儀器用的阻抗,與具體的結(jié)構(gòu)無關(guān),所以也不會有影響。

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