复杂结构电磁仿真的简化方法

2016-11-06  by:CAE仿真在线  来源:互联网

复杂结构电磁仿真的简化方法

一、背景介绍

  在互连设计或者一些无源设计中,会遇到比较复杂的一些物理结构,而且可能尺寸跨度很大。这个时候,直接整体建模和仿真的难度比较大。问题主要有两点:第一,模型复杂,整体建模比较费事;第二,模型复杂,导致仿真耗时,甚至在HFSS中无法正确仿真。

  这时,一个折中的想法就出现了。能否将复杂结构分为几个部分分别仿真,之后利用ADS强大的电路仿真功能,将各个结构的SNP放到一起,组成整体仿真?本文基于这个思路做了一些尝试,抛砖引玉了。

 

二、具体内容

1. 范例说明:本文研究例子简言之为在PCB板上,表贴较小的集成滤波器,看滤波器的滤波效果。所以本文的复杂结构是:板子+滤波器,分为两个较简单的结构:仅有板子,仅有滤波器。这三个结构分别如下图所示:

 

复杂结构电磁仿真的简化方法

2. 仿真结果对比:

  下面将直接用HFSS仿真的结果和分别仿真后用ADS级联的结果进行对比:

 

 

复杂结构电磁仿真的简化方法

图中,红线表示的是直接用HFSS仿真得出的结果,蓝线是分别仿真后用ADS级联的结果。对比可知,二者大体上还是吻合的比较好的。但是在3GHz~4GHz之间还是有一些区别,可能是由于各部分之间的电磁耦合所致。综合来说,将复杂结构拆为几个简单的部分,分别仿真,再在ADS中级联,这是一种比较好的折中方法,特别是在复杂的结构中,而且准确度也不错。

 

3. 该方法的适用范围:

a. 使用这种方法的前提是,被拆分的几个简单部分之间,电磁耦合很小,可以忽略不计。

 

4. 整体结构拆分为各个部分的具体方法,以及port的加法

  整体结构的拆分,其实还是要看具体的结构和模型各部分的复杂性,不过一般来说比较固定。关键是具体的port该怎么加呢?经过尝试,提出两种比较可行的方法:

a. 如果整个系统有统一的参考地,亦即被拆分结构的地和系统地是相连的,那么port的加法很简单,就加在分割处的信号和参考地之间,简称为“直接法”。如下图所示,pad加在滤波器的信号和地之间。而且滤波器的地和系统地是相连的。

复杂结构电磁仿真的简化方法

 

b. 不管被拆分的部分是不是和系统地相连,都可以采用另一种加port的方法,暂称之为“互连法”。因为这种加port的方法,只要有一个互连,就加一个port。然后,这些port公用一个参考地,而且要保证整体的port到参考地尽量集中,参考地尽量小。如下图所示,滤波器的端口设置采用了互连法:

复杂结构电磁仿真的简化方法

c. 注意:

 

直接法和互连法是不能混用的,如果在拆分位置,一个结构用了直接法,另一结构也要用直接法;

互连法引入的端口比较多,所以在ADS中互连时,要注意正确连接;

在能用直接法时,建议优先用直接法,毕竟互连法引入了太多的虚拟地了,对准确性有一定影响。下图显示了用直接法和互连法分别仿真出的结果对比,二者还是挺吻合的。

 

 

复杂结构电磁仿真的简化方法

5. 关于拆分中端口阻抗的问题:

最后讨论下结构拆分的位置,和端口阻抗的问题。

拆分的位置一定要在整体结构中特征阻抗连续的地方吗?我个人观点是不必要。因为部分结构中,端口处的输入阻抗信息也包含在SNP文件里面了。亦即在ADS整合时,阻抗不连续是可以通过SNP文件互连反应出来的。但是建议,如果可以在阻抗连续处拆分,那肯定最好。

  关于端口阻抗的问题,端口阻抗其实没有什么影响,都设置成50 Ohm即可。因为说到底,端口阻抗只是测试时,测试仪器用的阻抗,与具体的结构无关,所以也不会有影响。

 


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