復(fù)雜結(jié)構(gòu)電磁仿真的簡(jiǎn)化方法

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

一、背景介紹

在互連設(shè)計(jì)或者一些無(wú)源設(shè)計(jì)中,會(huì)遇到比較復(fù)雜的一些物理結(jié)構(gòu),而且可能尺寸跨度很大。這個(gè)時(shí)候,直接整體建模和仿真的難度比較大。問(wèn)題主要有兩點(diǎn):第一,模型復(fù)雜,整體建模比較費(fèi)事;第二,模型復(fù)雜,導(dǎo)致仿真耗時(shí),甚至在HFSS中無(wú)法正確仿真。

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

二、具體內(nèi)容

1. 范例說(shuō)明:本文研究例子簡(jiǎn)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(fù)雜結(jié)構(gòu)是:板子+濾波器,分為兩個(gè)較簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu):僅有板子,僅有濾波器。這三個(gè)結(jié)構(gòu)分別如下圖所示:

2. 仿真結(jié)果對(duì)比:

下面將直接用HFSS仿真的結(jié)果和分別仿真后用ADS級(jí)聯(lián)的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比:

圖中,紅線表示的是直接用HFSS仿真得出的結(jié)果,藍(lán)線是分別仿真后用ADS級(jí)聯(lián)的結(jié)果。對(duì)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(lái)說(shuō),將復(fù)雜結(jié)構(gòu)拆為幾個(gè)簡(jiǎn)單的部分,分別仿真,再在ADS中級(jí)聯(lián),這是一種比較好的折中方法,特別是在復(fù)雜的結(jié)構(gòu)中,而且準(zhǔn)確度也不錯(cuò)。

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(gè)簡(jiǎn)單部分之間,電磁耦合很小,可以忽略不計(jì)。

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

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

a. 如果整個(gè)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(jiǎn)單,就加在分割處的信號(hào)和參考地之間,簡(jiǎn)稱為“直接法”。如下圖所示,pad加在濾波器的信號(hào)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?yàn)檫@種加port的方法,只要有一個(gè)互連,就加一個(gè)port。然后,這些port公用一個(gè)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(gè)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(shí),要注意正確連接;

在能用直接法時(shí),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(duì)準(zhǔn)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(duì)比,二者還是挺吻合的。

5. 關(guān)于拆分中端口阻抗的問(wèn)題:

最后討論下結(jié)構(gòu)拆分的位置,和端口阻抗的問(wèn)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(gè)人觀點(diǎn)是不必要。因?yàn)椴糠纸Y(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(shí),阻抗不連續(xù)是可以通過(guò)SNP文件互連反應(yīng)出來(lái)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(wèn)題,端口阻抗其實(shí)沒(méi)有什么影響,都設(shè)置成50 Ohm即可。因?yàn)檎f(shuō)到底,端口阻抗只是測(cè)試時(shí),測(cè)試儀器用的阻抗,與具體的結(jié)構(gòu)無(wú)關(guān),所以也不會(huì)有影響。

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