Analyst全新的集成化三維電磁仿真工具

AnalystTM是一款功能強(qiáng)大，并行的3維有限元(FEM)電磁仿真相分析工具，它無縫的集成到AWR的Microwave Office設(shè)計(jì)環(huán)境中。同時(shí)首次實(shí)現(xiàn)了不需要通過第三方/CAD繪圖工具或仿真環(huán)境而將3維電磁仿真功能集成到電路設(shè)計(jì)軟件中的功能。Analyst允許您通過一次鼠標(biāo)點(diǎn)擊實(shí)現(xiàn)從電路概念到全3維電磁驗(yàn)證的整個(gè)過程。

設(shè)計(jì)效率優(yōu)先

在設(shè)計(jì)單片微波集成電路、高密度射頻電路板和多功能射頻模塊時(shí)，對(duì)焊球、鍵合線、管腳、過孔等結(jié)構(gòu)造成的耦合進(jìn)行電磁分析至關(guān)重要。對(duì)這些3維互連結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析加重了設(shè)計(jì)人員和計(jì)算機(jī)的負(fù)擔(dān)。Analyst不同，它重新定立了3維電磁分析的用戶模型，使您更關(guān)注于設(shè)計(jì)工作和電路性能的改善，而非將時(shí)間浪費(fèi)在 不同工具的數(shù)據(jù)導(dǎo)入導(dǎo)出的過程。

Analyst對(duì)需要依賴3維有限元方法來對(duì)所設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行驗(yàn)證的電路設(shè)計(jì)者大有裨益。對(duì)于設(shè)計(jì)芯片上的 無源器件，單片微波集成電路(MMIC)，微波集成電路(MIC)，射頻印刷電路板(PCB)，模塊和封裝及片上系統(tǒng)(SoC)、系統(tǒng)級(jí)封裝(SiP)的 設(shè)計(jì)師來講，它易于使用，大幅縮減了設(shè)置和手工繪圖所需的時(shí)間，意味著以最小的開銷即可獲得最佳的仿真時(shí)間。

Analyst工具為電路設(shè)計(jì)工程師帶來的優(yōu)勢(shì)

Analyst工具的背后哲學(xué)就是在簡易使用的電路設(shè)計(jì)環(huán)境中賦予設(shè)計(jì)者強(qiáng)大的3維電磁仿真功能。

第 一，Analyst允許電路設(shè)計(jì)者在他們平常的電路設(shè)計(jì) 環(huán)境中應(yīng)用3維電磁仿真器。在芯片，模塊和電路板等電路設(shè)計(jì)中大多應(yīng)用平面電磁仿真工具。但在介質(zhì)基板有裂縫等造成的平面電磁仿真器不適用的情況下，平面 電磁仿真器并不適用。因此，將3維電磁仿真直接無縫的集成到電路設(shè)計(jì)環(huán)境中非常有必要。

第二，Analyst對(duì)很多應(yīng)用，如集成電路，模塊 和電路板所需的電磁仿真中的參數(shù)(邊界，端口，網(wǎng)格，模式)做了預(yù)定義。在Analyst出現(xiàn)之前，設(shè)計(jì)者必須將他們遇到的3維問題在外部的電磁仿真工具 中進(jìn)行設(shè)置，并仿真，然后再將仿真結(jié)果導(dǎo)入到他們的電路設(shè)計(jì)環(huán)境中。應(yīng)用此方法的會(huì)導(dǎo)致諸多問題，一、增加了工程的導(dǎo)入、導(dǎo)出過程中出現(xiàn)錯(cuò)誤的機(jī)會(huì)。二、 這些外部的電磁仿真工具需要對(duì)端口和仿真器做很多設(shè)置，對(duì)于一般的設(shè)計(jì)者來講，上述設(shè)置過于復(fù)雜。應(yīng)用Analyst的方法，針對(duì)設(shè)計(jì)者經(jīng)常遇到的設(shè)置問 題，軟件己進(jìn)行優(yōu)化，因此，極大減少了手動(dòng)干預(yù)和用戶錯(cuò)誤，并極大提高了結(jié)果的精度。

Analyst工具的設(shè)計(jì)流程

Microwave Office己通過多種方法賦予了設(shè)計(jì)者在電路設(shè)計(jì)中靈活應(yīng)用電磁仿真的能力。這種用戶模式一直在改善，包括提取的概念:自動(dòng)選擇版圖，并進(jìn)行電磁仿真，仿真之后的結(jié)果自動(dòng)導(dǎo)入到電路設(shè)計(jì)中。

圖一：作為AWR設(shè)計(jì)環(huán)境部分的Analyst被集成的流程

圖2. Analyst自動(dòng)生成參數(shù)化控制的版圖(Pcells)

AWR 持續(xù)的對(duì)應(yīng)用在Microwave Office中電磁仿真功能進(jìn)行改善(提取流程/提取模塊)，現(xiàn)在通過Analyst工具向用戶提供了3維有限元電磁分析功能。在Analyst之前，變 量可以控制版圖，并可對(duì)模型進(jìn)行參數(shù)掃描，如：創(chuàng)建一個(gè)用戶自定義的帶有V形切口的T型結(jié)。設(shè)計(jì)者可以對(duì)模型的參數(shù)進(jìn)行調(diào)諧，甚至進(jìn)行優(yōu)化。版圖也可以應(yīng) 用預(yù)先定義的PceII，如圖2所示，它的形狀是由參數(shù)所控制。應(yīng)用Analyst，可在電磁環(huán)境中利用與平面電路拓?fù)湎嗨频姆椒▌?chuàng)建3維結(jié)構(gòu)。如，可應(yīng) 用Pcell創(chuàng)建3維鍵合線，球柵陣列(BGA)，錐形過孔等。當(dāng)然也包括有限尺寸的介質(zhì)塊、封裝等常見的3維為連續(xù)性問題。

實(shí)際的芯片/封裝/電路板案例

Analyst最主要的優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)了與AWR的Microwave Office設(shè)計(jì)與仿真環(huán)境的緊密結(jié)合。為了說明這種獨(dú)特的功能在實(shí)際應(yīng)用中的價(jià)值，讓我們來看一個(gè)例子:信號(hào)從電路板傳輸?shù)侥K再傳輸?shù)叫酒窂降膬?yōu)化。

圖3.分析了電路板上端口1到芯片上的端口2之間的傳輸性能

圖3展示了對(duì)電路板，模塊和外圍芯片的研究。在主板上，信號(hào)從1端口通過BGA到達(dá)模塊上，沿著模塊上的走線，并通過鍵合線到達(dá)芯片上的2端口。設(shè)計(jì)目標(biāo)是在10GHz到20GHz整個(gè)頻率范圍內(nèi)使得回波損耗優(yōu)于20dB。

4.在仿真之前10-20GHZ的回波損耗

圖4展示了Analyst仿真結(jié)果， 產(chǎn)品布局設(shè)計(jì)的照片表明，設(shè)計(jì)的目標(biāo)尚未得到滿足。為了解決這個(gè)問題， Analyst與Microwave Office設(shè)計(jì)環(huán)境結(jié)合使用，通過一個(gè)三級(jí)方法來使得優(yōu)化設(shè)計(jì)簡單易用。

·隔離特定區(qū)域

·指定他們的電性能

·修改布局使行為規(guī)范

工程師可以使用Analyst的許多功能修改產(chǎn)品的設(shè)計(jì)。此工具具有仿真部分版圖的功能，從而減少問題的尺寸并增加仿真的靈活性(步驟1)。再將 Analyst的結(jié)果導(dǎo)入到原理圖中，為電容添加到端口，并對(duì)電容的值進(jìn)行調(diào)諧和優(yōu)化(步驟2)。然后增大版圖尺寸以獲得額外的電容和電感(步驟3)。最 終，只仿真我們關(guān)心的部分版圖。在這種方式下， Analyst旨在最大限度地減少仿真所需的時(shí)間。這個(gè)三級(jí)方法給出的最終解決方案是:鍵合線增加了一倍并且短路來減少電感，縮小鍵合線的焊盤和旁邊的地 的空隙來增加電容，移除電板上的過孔來減少環(huán)路電感并對(duì)電容進(jìn)行補(bǔ)償。最后對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行驗(yàn)證，以確保設(shè)計(jì)成功(圖5)。

圖5.仿真了整個(gè)信號(hào)路徑—在整個(gè)頻帶內(nèi)滿足回波損耗滿足小于-20dB的設(shè)計(jì)要求

Analyst的更多應(yīng)用

Analyst專為高頻封裝，電路板和模塊化中需要射頻/微波設(shè)計(jì)者進(jìn)行分析的互連線問題所設(shè)計(jì)。

芯片級(jí)互連線

在 GaAs，GaN，SiGe，或BiCMOS集成電路中，螺旋電感、電容、過孔和空氣橋會(huì)引入耦合，若平面或3維電磁仿真工具不能對(duì)其進(jìn)行精確求解則會(huì)使 電路性能欠佳.通過對(duì)芯片級(jí)的互連線進(jìn)行求解，Analyst結(jié)合各種獨(dú)特的功能允許您輕而易舉得整個(gè)集成電路的佳能。

集成電路/封裝級(jí)互連線

Analyst非常適合對(duì)芯片和封裝間的鍵合線、焊球等互連線進(jìn)行求解。

封裝/電路板/模塊的互連線

可通過如：鍵合線、焊球等3雄互連線將多種芯片和其他無源結(jié)構(gòu)集成到電路板或模塊中，Analyst可精確的對(duì)各種相關(guān)的寄生效應(yīng)進(jìn)行分析。

ANALYST的技術(shù)和創(chuàng)新

電磁仿真常被設(shè)計(jì)者用于對(duì)集成電路、印刷電路板、模塊和相關(guān)封裝中的物理版圖和互連結(jié)構(gòu)的電磁效應(yīng)進(jìn)行精確計(jì)算。Analyst的主要優(yōu)點(diǎn)在于其與 Microwave Office電路設(shè)計(jì)環(huán)境的緊密結(jié)合。應(yīng)用將Analyst無縫的集成到Microwave Office中的設(shè)計(jì)流程，電路設(shè)計(jì)者在節(jié)省設(shè)計(jì)時(shí)間(更少的鼠標(biāo)點(diǎn)擊和菜單設(shè)置)同時(shí)，可了解更多的電磁效應(yīng)對(duì)電路性能的影響，如:可以應(yīng)用鍵合線和球 柵陣列的3維Pcell簡化版圖設(shè)置和繪圖。電磁版圖也支持層次設(shè)計(jì)，允許設(shè)計(jì)重用。在不離開Microwave Office設(shè)計(jì)環(huán)境的同時(shí)，可以方便的應(yīng)用參數(shù)化版圖進(jìn)行調(diào)諧，優(yōu)化，靈敏度和成品率分析。由于Analyst專為射頻/微波設(shè)計(jì)者所優(yōu)化，設(shè)計(jì)者并不 需要對(duì)電磁仿真軟件的設(shè)置進(jìn)行詳細(xì)了解。它現(xiàn)在可以無縫的將3維電磁分析集成到關(guān)鍵仿真，如優(yōu)化，調(diào)諧，靈敏度，成品率分析及應(yīng)用諧波平衡的非線性電路中 并獲得分析結(jié)果。設(shè)計(jì)者僅需將注意力集中在其設(shè)計(jì)上，需要時(shí)即可輕而易舉的使用3維電磁仿真工具，而不需要花費(fèi)大量的時(shí)問學(xué)習(xí)復(fù)雜的電磁仿真工具。最重要 的是設(shè)計(jì)者可在電路設(shè)計(jì)上花費(fèi)更多的時(shí)間，僅用少許的時(shí)間學(xué)習(xí)3維電磁仿真工具。