浅谈PCB电磁场求解方法及仿真软件(三)
考虑了金属厚度并包含Z方向传导电流的2.5D solver称作为3D平面算法。这里的3D的意思是这个solver可以用作多层介质的公司来求解一些3D结构,比如传输线或者过孔。但是Bondwire是不可以用这种方法来做的,全波意味着辐射被考虑在公式里面,或者说,置换电流分量被考虑在Maxwell方程组里面。
2.5D TEM求解器适合用于结构中以TEM模式为主的情况,即在电磁场传播方向没有电场和磁场分量,工作频率比较低的电源平面对结构符合这一情况。但是,3D效应,共平面设置或缺少参考平面的设计都会降低这种方法的精度。
2.5DBEM/MOM求解器是一种全波求解器,它基于边界元法或矩量法公式,利用层状介质格林函数来求解,通常假设介质层数无穷大的平面。但是,对于封装和封装-电路板连接处存在的3D边缘效应,3D几何结构和有限大介质层精度不高。代表软件Ansys Designer,MicroWave Office,IE3D, Feko,Sonnet。
5、3D求解器
3D准静态求解器适合芯片-封装-电路板系统中出现大多数3D结构,但对低频有效,高频结果误差较大,如果结构较大,计算时间会很长,消耗内存也比较大。
3D全波求解器是最能准确模型实际情况的求解器。它可以模拟RF、SI、PI、EMI等所涵盖的所有效应,典型的3D全波求解器有:边界元法(Si9000)、有限差分法(CST、Keysight EMpro/FDTD)和有限元法(Ansys HFSS、Keysight Empro/ FEM)。
维数 | 适用范围 | 举例 | 局限性 |
2D | 求解在XYZ方向有变化的几何结构 | 无限长传输线横截面 | 不能求解Z方向过孔 |
2.5D | 可以解决在3个维度都有变化的结构,但其中一个维度严格限制 | 多层介质结构,PCB | 可求解过孔,但Z方向不能有几何结构变化 |
3D | 可以解决在3个维度任意变化结构 | 任意结构,比如微波射频器件,Bondwire | 耗内存和时间,模型太大或设置不当会造成不收敛 |
基于以上计算方法和行业的代表商业软件有:
Ansys Siwave
是专门最大封装和PCB的信号完整性和电源完整性分析平台,使用电路和全波电磁场的混合求解器,可以完成直流分析,交流分析和电磁辐射分析。SIWAVE
使用优化后的三维电磁场有限元求解技术,适合精确快速分析大规模复杂电源,地平面的PCB和封装设计。