01

仿真算法介紹：矩量法

此處模型抽取使用的電磁仿真工具是HyperLynx Advanced Solvers (HLAS)的全波仿真器。其根本原理是使用矩量法求解麥克斯韋方程組的全波公式。

和有限元算法一樣，矩量法同樣使用了加權(quán)余量法，將線性算子離散為矩陣方程求解。不同的是，有限元法求解的是麥克斯韋方程組的微分形式，而矩量法求解的是麥克斯韋方程組的積分形式。在矩量法中，亥姆霍茲方程中的位函數(shù)被表示成多介質(zhì)層的格林函數(shù)和表面電流密度的積分。由此將微分問題轉(zhuǎn)換成了積分問題。同時(shí)，僅僅利用表面電流就可以表示全部區(qū)域的電磁場(chǎng)，因此在矩量法中Mesh的數(shù)量大大減少，仿真時(shí)間也相應(yīng)變快（矩量法是3D電磁算法。但由于在疊層結(jié)構(gòu)中z軸方向的電流密度可以被忽略，在損失很少精度的情況下速度更快，這也被稱為2.5D算法）。

盡管都使用了加權(quán)余量法，微分和積分的不同造成了有限元法和矩量法本質(zhì)的不同。若函數(shù)在某點(diǎn)可微分，則函數(shù)在該點(diǎn)必連續(xù)。故在介質(zhì)變化的邊界處，麥克斯韋方程組的微分形式不成立。因此，在有限元仿真軟件中我們需要設(shè)置復(fù)雜的邊界條件。工程師需要掌握多達(dá)十?dāng)?shù)種邊界條件的設(shè)置，這造成了很多不便。相反地，由于矩量法求解積分算子，麥克斯韋方程組恒成立，冗余的邊界條件參數(shù)設(shè)置過程就被規(guī)避了。這也是在接下來的過程中，我們可以方便地建立電磁仿真模型的根本原因。

02

如何自動(dòng)建立3D電磁模型

在HyperLynx BoardSim仿真工具中，我們可以利用HyperLynx DRC (HLDRC)的檢查規(guī)則自動(dòng)鎖定所要抽取的模型區(qū)域，然后利用在后臺(tái)工作的HLAS，提取模型的S參數(shù)。

操作方法

1. 選擇所要仿真的信號(hào)網(wǎng)絡(luò)。Select->Net by Name for SI Analysis。

2. 為所選擇的信號(hào)線配置相應(yīng)的模型，在此不再贅述。

3. 打開3D EM區(qū)域管理工具。Analyze 3D EM -> Manage Area for 3D EM Simulation。

4. 設(shè)置3D區(qū)域抽取規(guī)則，如有需要可以調(diào)整下圖中所示的參數(shù)。Automatically created areas -> options。

5. 點(diǎn)擊 Create Areas for Selected Nets 調(diào)用HLDRC 劃取3D區(qū)域。

6. 如下圖所示，所選擇的3D區(qū)域會(huì)在BoardSim界面中被高亮。

7. 點(diǎn)擊編輯修改電磁仿真頻率。Manually edit areas -> Edit 確認(rèn)后點(diǎn)擊Solve Highlighted Areas執(zhí)行算法。

8. 仿真結(jié)束后可以點(diǎn)擊 View Models按鈕查看SP模型參數(shù)。同時(shí)3D區(qū)域和SP模型被儲(chǔ)存在項(xiàng)目文件夾中。最后利用電磁仿真器所抽取的SP模型就可以使Power Aware的信號(hào)完整性仿真更加精確。

結(jié)束語

以上我們從仿真算法的角度認(rèn)識(shí)了電磁仿真工具參數(shù)設(shè)置上的區(qū)別。同時(shí)，我們介紹了利用HyperLynx系列工具（HyperLynx SIPI/HyperLynx DRC/HyperLynx Advance Solvers）自動(dòng)抽取用于Power Aware仿真的3D電磁模型。Mentor驗(yàn)證方案的高度集成化從根本上加速了PCB的設(shè)計(jì)速度。