Vai trò quan trọng của mô phỏng trong điện tử cao cấp

Thiết kế các mạch hoạt động ở mức độ đa-gigabit cần thiết sự hiểu biết chặt chẽ về hành vi điện từ. Tính toàn vẹn tín hiệu (SI) cung cấp một môi trường được điều khiển để dự đoán ứng xử qua nhiệt độ, tiến trình và cách bố trí thay đổi trước khi tạo ra sự sắp xếp.

Tín hiệu cho thấy tính trung kiên là một thách đố

Ở tần số cao, đường truyền ngừng lại là dây đơn giản. Mỗi sự ngắt đoạn không cân bằng (không có đường truyền) cho phép các kỹ sư mô phỏng hiệu ứng này bằng cách sử dụng phân tích S- pa- am-am, TDR, và đo tuyến mắt, cho phép chúng chuyển đổi mạng lưới và xếp chồng.

Sự giao thoa giữa điện từ và chéo ngôn ngữ

Tín hiệu phát ra năng lượng cao, khả năng gây nhiễu với các mạch gần đó hoặc bị hỏng việc. Việc xâm nhập vào đường dẫn của nạn nhân, hoặc chuỗi năng lượng qua vùng phụ hoặc vùng dẫn. Mô phỏng sóng 3D có thể vẽ bản đồ phân phối và xác định các đường nối không thấy được trong 2D. Tính năng này cho phép các nhà thiết kế điều chỉnh, thêm lớp bảo vệ, hoặc chọn vật liệu có lớp vỏ bị mất thấp hơn.

Công cụ mô phỏng chính và khả năng của chúng

Các kỹ sư có thể truy cập vào một loạt các môi trường mô phỏng, mỗi phần tối ưu hóa cho các khía cạnh khác nhau của phân tích tín hiệu tốc độ cao. chọn đúng công cụ phụ thuộc vào tần số, độ phức tạp của cấu trúc, và loại phân tích cần thiết.

Chất độc để phân tích và phân tích thông tin

SSICE (Chương trình phát triển với thiết bị mạch điện tích hợp) vẫn còn cột sống của mô phỏng mạch điện cho thiết kế tốc độ cao. Các biến thể hiện đại như HPICE, LTSpice, và PSice hỗ trợ mô hình hành vi cho người lái xe và người nhận, mô hình đường truyền (W-element), và mô phỏng thống kê cho việc phân tích. SPICE vượt trội ở thời gian tạm thời, làm cho nó lý tưởng để đo lường, giảm dần, và các lề/ giữ.

Để biết tổng quát về khả năng của SPICE, xin xem [FLT: 0] [FLT:] tóm tắt [FLT: 1].

Công ty Điện từ toàn phần: HFSS và CST

Khi bước sóng tín hiệu trở nên tương ứng với kích cỡ tính năng, mô hình mạch bị phân hủy. Các trình giải mã sóng toàn bộ như Ansys HFSS và Dassault giải quyết các phương trình của Maxwell trực tiếp trong không gian 3D bằng cách sử dụng phương pháp có hạn (FEM) hoặc kỹ thuật tích hợp hữu hạn (FIT). Những công cụ này cung cấp tiên đoán chính xác [FL: 0] [FL: 1] khả năng ngăn chặn [FL:1), bức xạ và phân phối hiện thời cho các phần tử kết nối, gói và cấu trúc PCB.

Ví dụ, HFSS được sử dụng rộng rãi để thiết kế giao diện kết nối tốc độ cao và gói IC. độc giả có thể khám phá trang [FLT: 0] chính thức [FLT: 0] Ansysys HFSS sản phẩm để biết thêm chi tiết.

Mô phỏng tiểu đường hệ thống với ADS

Hệ thống Thiết kế Cấp cao của Keyight (ADS) nối khoảng cách giữa vòng mạch và hệ thống mô phỏng hệ thống. ADS hỗ trợ hệ thống cấu hình kênh để liên kết mạch và DF (DAF) cho các tín hiệu có cấu trúc, tạo một thư viện toàn diện cho Hiệp sĩDes và tín hiệu trung lập.

Có thể đọc thêm về ứng dụng ADS từ trang ADS [FLT: 0] [FLT: 1].

Cách mô phỏng ứng xử của các công cụ mô phỏng

Động cơ mô phỏng dựa trên sự trừu tượng toán học của thực tế vật lý.

Phân tích định tần số thời gian

Trình mô phỏng thời gian (v. d., SPICE) tính toán điện thế và hiện tại như một chức năng của thời gian. Chúng xử lý các thiết bị không tuyến tính như đo lường điện tử và rất cần thiết cho việc mô phỏng định tuyến mắt (v. d. d., chạy điện thoại di động (v. d., HFSS) ở tần số rời rạc và sau đó tổng hợp kết quả băng thông rộng qua khả năng thích hợp hay nghịch đảo (FFT). Nhiều công cụ hiện đại cung cấp mô phỏng sự giải quyết đa chiều dài cho mạng bị động và giải quyết thời gian cho thiết bị hoạt động.

Thuộc tính vật chất và độ chính xác của mô hình

Vật liệu thế giới thực thể hiện hành vi tần số: thay đổi hằng số điện năng (Dk) và giảm dần (Df) thay đổi với tần số, nhiệt độ và độ ẩm. Một mô phỏng chỉ chính xác như các mô hình vật liệu được nuôi vào nó. Công cụ cao kết hợp [FLT: 0] băng thông rộng [FLT: 1] để ghi lại những biến thể này. Độ thô, độ cong, độ cong đồng và hiệu ứng thủy tinh cũng trở thành có ý ở tần số sóng đơn. Việc bỏ qua chúng có thể dẫn đến lỗi 20% hoặc cao hơn trong dự đoán mất đi.

Dòng công việc thực tế cho mô phỏng cao cấp

Việc kết hợp sự mô phỏng vào dòng chảy thiết kế đòi hỏi phải lập kế hoạch và xác nhận cẩn thận. Những bước sau đây đại diện cho một phương pháp điển hình được dùng trong ngành công nghiệp.

Thiết lập môi trường mô phỏng

  1. Hãy phân tích [FLT: 1]: bao gồm đầu ra trình điều khiển, nhận kết nối đầu vào, và tất cả các liên kết nối.
  2. Những ký hiệu cắt [FLT: 1]: sử dụng trường điện từ để tạo ra các mô hình S-pameters hoặc W-eleions cho vết, qua đường, và kết nối.
  3. Nhập giá trị Dk và Df được đo hoặc sử dụng giá trị chuẩn từ cơ sở dữ liệu của người bán máy PCB.
  4. Đặt mục tiêu mô phỏng ]: xác định tốc độ bit, khoan dung, mặt nạ mắt, và mục tiêu độ cao/ độ cong.
  5. Mô phỏng ): thực hiện phân tích tạm thời để có một chuỗi dài đầy đủ (v., 10] bit] để bắt được sự can thiệp xấu nhất giữa các chữ liên-simbol.

Giải nghĩa kết quả và làm báp têm

Các công cụ xử lý sau tiến trình hiển thị sơ đồ mắt, đường cong bồn tắm và tỷ lệ lỗi thống kê (BER). Một mẫu mắt khép kín cho thấy sự xử lý [FL: 1) và [FL:] [Đ:] [ĐP] [ĐT] [ĐT] [ĐT] [ĐP] [FL:] [FL] [FL] Dấu hiệu của thí nghiệm] [FL:] [FL].

Lợi ích của việc mô phỏng thời ban đầu

Đang triển khai mô phỏng trước khi bố trí tạo ra ba lợi thế chính:

  • Tìm một vấn đề về sự toàn vẹn tín hiệu trên một mô phỏng tiền hoãn mất thêm vài phút tính toán. Vấn đề tương tự tìm thấy sau khi tạo ra bảng có thể đòi hỏi một mẫu chạy mới phải tốn hàng ngàn hoặc hàng chục ngàn đô la.
  • Sự tự tin ): các kỹ sư có thể xác nhận các nguyên tố và các thành phần được đề xuất dưới quá trình xử lý và góc nhiệt độ tồi tệ nhất, giảm nguy cơ thất bại trường.
  • Bằng cách loại bỏ những bản sao lặp lại không cần thiết, các đội có thể di chuyển thẳng đến bảng làm việc đầu tiên hoặc thiết kế gần tối ưu.

Để thảo luận chi tiết về việc đầu tư vào việc mô phỏng tín hiệu trung thực, hãy đề cập đến bài [FLT: 0] [FLT: 1] về lợi ích mô phỏng [FLT: 1).

Giới hạn và quan tâm

Không có công cụ mô phỏng nào là một quả cầu pha lê hoàn hảo. Các kỹ sư phải tiếp tục nhận thức được những cạm bẫy thông thường:

  • Mô phỏng 3D EM đầy đủ của một mạng lưới có thể bị cấm. Mô phỏng hệ thống tổ hợp.
  • Một số công cụ bỏ qua hiệu ứng gần (v. g., không giới hạn nội bộ ở tần số cao) hoặc giả sử mạng phát điện lý tưởng ) nếu không mô hình rõ ràng.
  • Đặt điều kiện biên giới, mật độ phân giải và độ chính xác cần có kinh nghiệm. Một mô phỏng cấu hình kém có thể tạo ra kết quả có vẻ hợp lý nhưng không chính xác.

Kiểm tra kết quả: Kết quả giả lập tương quan với dữ liệu đo lường từ các máy đo lường thời gian (TDR) hay máy phân tích mạng véc tơ (VNA) để xây dựng lòng tin vào mô hình.

Tương lai của mô phỏng cao cấp

Khi tỷ lệ dữ liệu đẩy hơn 224 Gbps (mục tiêu cho máy tính hiệu suất cao, các nhà phát triển công cụ mô phỏng đang kết hợp các thuật toán học để tăng tốc độ quét và dự đoán ứng xử tương tác từ hình học riêng. Một nền tảng mô phỏng dựa trên mây cho phép các đội truy cập các nguồn điện toán trên yêu cầu. Hơn nữa, các công cụ đa vật lý kết hợp với nhau để tăng cường các hiệu ứng điện từ, nhiệt, và hiệu ứng cơ khí trở thành tiêu chuẩn vì các dòng điện cao tạo ra các tính năng nóng có thể thay đổi vật chất.

Một xu hướng mới nổi khác là việc sử dụng cặp song sinh cho toàn bộ hệ thống. một mô hình mô phỏng tích hợp song sinh với dữ liệu cảm biến thời gian thực để có hiệu suất liên tục trong suốt một xe đạp sinh hoạt của sản phẩm.

Kết luận

Dự đoán ứng xử tín hiệu cao thông qua mô phỏng không còn tùy chọn nữa.. nó là một tính năng cốt lõi trong thiết kế điện tử hiện đại. Từ phân tích tạm thời cho đến máy tạo ra EM 3D, mỗi công cụ cung cấp cái nhìn độc đáo về tính toàn vẹn, EMI, và hiệu suất thời gian. Khi được triển khai sớm và hiệu lực chống lại phép đo lường, mô phỏng sẽ giảm đáng kể giá phát triển và rủi ro. Khi các tiêu chuẩn giao tiếp tiếp tiếp tiếp tiếp tiếp tục đẩy phong bì tốc độ, các công cụ mô phỏng sẽ trở nên thông minh hơn, nhanh hơn, và kết hợp chặt chẽ hơn vào hệ sinh thái thiết kế.