Ansys hf si 16 1 产品新功能 print by len Ai

ANSYS HF/SI 16.1 产品新功能 —— HFSS、SIwave、Q3D Extractor ANSYS 中国

ANSYS Electronics Desktop ANSYS 电子仿真平台

平台下所有软件具有共用的桌面环境统一的桌面环境: HFSS Q3D HFSS 3D Layout Planar EM Circuit System 电路与电磁场仿真更紧密集成

新平台名称: ANSYS Electronics Desktop 新的可执行文件: ansysedt.exe 新的项目后缀: <project name>.aedt 同所有旧有设计类型之间具有文档关联设置旧有设计脚本仍可继续运行 3

HFSS v2015.1

HFSS v2015.1 新功能亮点 • 求解器技术 − 隐式瞬态 FEM 求解器 − HFSS-IE 中增加 MLFMM 求解器

− 直接法矩阵求解器的性能改进

• 3D 仿真和建模 − 3D Components功能改进  增加密码保护

− 模型装配和网格装配功能可用于IE Rgion和FEBI等混合求解 − HFSS 3D layout中增加定制化求解设置功能

• 高性能计算 − 新的HPC自动化设置

HFSS Transient 隐式矩阵求解器 • 采用FETD技术的新的时域求解器 −

适用于电小尺寸问题：雷击、静电放电

• 相比DGTD显式/混合算法的优势 −

隐式求解器提供无条件稳定的计算结果；

−

时间补偿不受最小几何尺寸的约束；

• 在每个时间步长求解稀疏矩阵 −

隐式求解器需要更多的内存 > 4X;

• 使用哪种求解器速度最快取决于： −

模型电尺寸：电小=FETD

−

模型复杂度：多尺度问题适合采用DGTD

−

系统矩阵：显式/混合DGTD对于电大尺寸问题消耗的内存更少

Lightening Strike

采用瞬态求解仿真UH-1 Iroquois 上的雷击问题

案例：飞机雷击雷击在空客 A320的右舷垂直尾翼上

FEM Mesh

− 激励 ~1us 上升时间 − kHz 到几十 MHz − 混合: 27 hrs − 隐式: 28 mins − 隐式 ~60X 加速

MRI 线圈 MRI 鸟笼形线圈 @ 100 MHz HPC 16 核，激励数：2 混合: 17:42:17 @ 1.4 GB 隐式: 00:14:48 @ 7.5 GB

~70X提速

MLFMM 求解器概述 MLFMM 是配合三维矩量法的常用快速求解技术

• −

MLFMM = 多层快速多极子方法

−

MLFMM 求解器将几何结构分解成若干区域

−

这些区域内的场通过物理的分解来进行求解 ACA是通过数学的方法未参杂物理方法

• −

ACA = 自适应交叉近似

MLFMM 相比ACA的计算效率取决于以下因素：

• −

特征尺寸的差异Feature size variation 

−

高复杂度和多尺度问题需要更长的求解时间

模型边界盒子上的边宽比 

高边宽比需要更长的仿真时间

− 通常ACA 可靠性更强，不受具体问题的影响 −

遇到不确定的时候就用ACA

案例: Boeing X-48的RCS Boeing X-48 翼身融合 (BWB)飞机 −

Phi平面361个入射角度

−

@ 150 MHz, 0.9M 未知量

ACA −

时间: 2:28:15

−

峰值内存: 97.3 GB

MLFMM −

时间: 1:20:39，提速 1.85X

−

峰值内存: 51.7 GB，节省 47%

ANSYS EM 16.0的本征模导引算例 • 同轴谐振腔 • 同轴腔体为有载，带损耗介质和铜柱距顶端空隙为损耗 Er=2 ，tand=0.01

− HFSS 本征模与ANSYS稳态热仿真间的耦合

HFSS 网格 vs 热分析网格

HFSS 网格

热分析网格 HFSS 和 ANSYS 热分析网格之间的自动映射形变后的网格自动映射回 HFSS

HFSS 损耗 vs 热分布

HFSS 损耗

热分布

HFSS 3D Layout HFSS “基于版图布局”的界面 − − − −

有别于传统 3D 界面，R15 版本推出分层编辑器路径、焊盘、过孔、键和线、焊块和焊球具有HFSS三维仿真精度的自动化设计流程

自定义求解设置自定义求解设置可对以下内容做定制化设置； 1. 感兴趣频段的扫频 2. 用户在仿真精度和速度之间的权衡

定义恰当的网格剖分频点和收敛设置；

− 设计初期，采用更快的仿真了解设计趋势； − 设计优化至准备加工时，增加仿真精度。

三维部件（3D Component）库三维仿真部件 − 用户自定义 − 保存和重用

− 与合作伙伴、供应商和同事共享

独立包含 − 几何结构 − 材料属性 − 边界条件 − 激励

R16: 密码保护和加密

插入和更新部件都需要使用密码

被加密的设计文件 •

只有有密码的使用者可以解锁设计文件并用于仿真

部件安全信息 •

在部件插入和项目重打开时使用 17

模型/网格装配装配模型也可用于网格剖分每个三维部件会进行独立的网格剖分从而避免了边宽比过大的问题最终会重新组装生成全三维的共形网格

组装模型－分解视图

部件

组装

部件库 -方便重复使用 -增加/交换用以建立快速模型布局/对比 18

部件网格和装配

部件网格和装配 • • •

IE 和 FEBI 部件的网格剖分是相互独立的仿真时将部件网格装配到一起多部件设计的后处理

部件定义网格重用 •

相应设计中的部件网格可重用

可进行更高效的布局研究可将布局变量参数化，无须重新剖分网格 19

解决多尺度模型网格剖分难题 • 电大尺寸结构 •

处于全波求解的能力范围内

• 非常大的边宽比 • •

偶极子阵列具有薄层结构超出网格剖分的容忍范围 24 单元偶极子阵列，带AMC（人工磁导体）地和天线罩 @ 1.71GHz

典型尺寸直升机机身

14.5 meter

走线厚度

1.2 mil

过孔半径

0.35 mm

单元间距

1.2 mm

AMC介质基地厚度

1.6 mm 20

FEM-IE混合算法：高效求解电大尺寸结构 IE – 机身和螺旋桨

积分方程法 IE • 求解机身的理想算法 • 先进的高损耗边界条件用以对复合材料和非金属结构进行精确建模

有限单元法 FEM

FEBI – 域间的交接面

FEM – 天线阵列

• 求解天线阵、天线罩的理想算法

混合求解 FEM+IE

IE – 机身

FEM到IE域的电流是连续的

模型/网格装配：天线布局问题仿真带9副天线的运载平台 − 在每个关心的频点上都需要求解 9x9 天线互耦矩阵 − 每个天线需要生成远场方向图 Coupling Matrix - IFF Band: 1060 MHz

GPS VHF AM Radio #2

IFF Upper

UHF AM Radio

Radar Altimeter (Tx and Rx)

VHF # 1 AM/FM Radio

部件网格复用为复用部件的设计组装提供更快的网格剖分 − 如果同一部件在一个设计中被复用多次，它的网格也会被自动复用。 − 每个同样的部件具有同样的网格 − 参数扫描中网格可以重复使用

HPC 新功能 HFSS中的HPC采用自动设置 • •

由用户指定参与仿真的计算机资源 HPC自动设置会自行决定把哪些计算内容如何进行分配 • 频点 • 求解器 • 单层还是双层并行

ANSYS EKM中的EBU 产品 • • •

网页浏览/手机仿真界面支持所有EBU产品可对仿真过程进行图形化监控

Zwave 阻抗定义端口阻抗的新增选项等于端口处场的 E/H 案例：WR90 波导

DXF 导出: 导出为真正的圆弧

R15中的DXF导出 – 分段圆弧 HFSS 模型

Wrap Sheet 功能增强 − 被卷曲的Sheet 不再需要同物体相接触

要进行卷曲的Sheet 和实体之间存在空隙

Sheet会自动同实体平齐且卷曲

− 在不可延展的曲面上也可以使用Wrap sheet功能

在诸如花瓶这类不可延展的表面上使用 Wrap sheet

Ansoft 到 ANSYS 模型传递支持Linux系统

WB Schematic

R15 : Linux上不支持

SIwave v2015.1

SIwave与仿真引擎

SIwave 2.5D

Sentinel PSI HFSS

Q3D

•SIwave 2.5D 全波混合仿真引擎+ Q3D •SIwave 2.5D 全波混合仿真引擎 •Sentinel PSI 3D 全波FEM •HFSS 3D 全波FEM

封装/板子仿真引擎配置精度

任意3D

快速3D

混合引擎

任意3D电磁结构

封装

板子+ 封装

HFSS-Solver on Demand

Sentinel PSI

SIwave

• 电磁仿真精度标杆 • 求解任意3D结构 • 尤其适用于临界网络 • 前端Layout验证

任意结构精度标杆

• 使用六面体网格进行快速FEM • 封装的PI分析专门进行了优化 •补充考虑SIwave中纯3D结构引起的问题

IC 封装

仿真速度与精度的最佳平衡

速度

•针对封装/板子的快速混合引擎 •能考虑大部分的3D影响，但不是全部

快速

SIwave v2015.1 新功能亮点 •

新增功能为PCBs & Packages设计提供特征阻抗分析功能

•

对批量传输线进行特征阻抗分析，并给出html格式的Pass/Fail报告。

•

在Layout结构中同步显示特征阻抗Pass/Fail与阻抗值变化

•

DC回路电阻提取

•

SIwave中可建立和显示 Icepak功耗图

•

TDR/TDT向导与时域求解器

界面优化增加基于Ribbon的菜单栏

• •

•

利用滑动条优化求解设置

•

为DC&PI分析提供操作流程 •

•

提升菜单栏的组织方式并允许设计者自定义 “快捷菜单栏

提供“PI Workflow Wizard” 方便设计者进行电源分析

•

增加Pin groups/Ports/Sources的复制功能

•

可按Net显示DC分析结果，如电压降、电流/功耗密度

•

对SYZ参数和时域结果进行后处理时与ANSYS 电磁仿真平台集成，通过拖拽方式与 ANSYS 电磁仿真平台动态链接

•

改进阻容器件赋值方式

仿真自动化技术提升

•

3D切割预览

•

增加Sanitize Layout功能，可自动对ECAD模型进行清理以适合仿真

•

可利用ANSYS ECAD数据与Python 编程语言来进行自动化或无图形化界面计算

•

SYZ插值扫频方式己支持SDM（分布式频点计算）

特征阻抗与扫描分析

SIwave DC分析

专为PKG与PCB设计中直流功耗问题而设计的仿真产品

求解器可仿真芯片、封装、PCB中的平面、走线、过孔、Bondwire、Solderballs、 solderbumps等结构，并使用独特的自适应网格优化方法来保证仿真结果的精确度。

可提供的分析结果如下： 

求解所有网络的直流压降，包括GND与Vdd网络在内



DC电流密度(Amps/Area2) ，包含返回路径



通过过孔的DC电流



每层的功率密度(W/Area2)和功率损耗(Watts)

可与Icepak双向耦合进行散热分析（焦耳热）

依据设计者定义的Pass/Fail门限自动生成.html报告

DC 结果与分析 0.99m Ω

0.96m Ω

DC回路电阻New!

Vdd电压降分布

包含电流方向的矢量分布

按网格显示结果

SIwave DC新功能-DC回路电阻计算

在SIwave中查看Icepak功率分布图

设计者定义功率分布图(W)

原先的版本中设计者需使用Icepak查看此数据

默认的功率分布图(W)

TDR/TDT 设置向导

定义时域分析参数支持扩展差分网络

定义探棒与终端

定义频域分析参数 TDR/TDT 结果

全新优化的Ribbon界面与流程

从左向右的工作流程菜单

快捷菜单栏 −

可放置常用的菜单按钮

使用进度条自动进行效率与精度平衡

SIwave 工作流程向导

3D 切割预览与设计文件分割

版图清理清理ECAD结构 − 提高仿真成功率 − 提高仿真效率，降低内存使用

− 智能对PWR/GND网格进行处理: • 平面被定义成Planes • 走线被定义成 Traces • 交叠或重合的走线会被清理

改进S参数/阻容器件模型赋值方式

2. 3. 4.

改善可对器件进行智能对应 • 可自动尝试根据电阻/电容的封装大小进行匹配方便读入根据Soring/filtering排序的Excel 实时查看电阻/电容自动匹配结果可导出器件匹配文件以便将来使用

更改器件类型

自动为阻容器件赋值

手动为阻容器件赋值

SIwave 高性能计算加速

分布式离散 S-Parameter 扫频

− 共享分布式内存

可扩展性 > 90%

Speed up

8 6 4 2 0 0

核数 1 16

配置 1 node 1 node

仿真时间 92hr 39 min 16hr 18min

加速比 1x 6x

2 nodes

5hr 28min

17x

4 nodes,

2hr 50min

33x

128

8 nodes

1hr 31min

61x

2 4 6 Number of nodes

Q3D Extractor v2015.1

Q3D Extractor v2015.1 新功能亮点 Q3D Extractor 速度提升 − − − − −

网格剖分性能提升，能够成功求解旧版本无法求解的问题新的多层级分布式 ACRL 求解器，实现多激励分布式并行求解，速度提升10倍以上 CG 薄平面求解器改进，速度提升10倍以上矩阵后处理速度提升超过40倍增加一种新的边界条件，能够节省50%的内存，同时减少一半的求解时间 • ACRL 无限大地平面边界条件

易用性改进 − − − − − −

网络识别和差分对设置的流线型操作流程统一的扫频对话框，支持子区间，从而获得更精确的输出模型矩阵降阶操作的完善与提速图形支持 PBS Pro & Torque 调度系统

与 IBM Platform LSF 交互作业改进使用 Windows HPC 和 IBM Platform MPI 时的密码缓存 • 用户无需再在所有执行节点上缓存密码

多物理场增强 −

Q3D Extractor 与 Icepak 之间的双向功率与热映射

Q3D 触摸屏设计

自动自适应网格剖分算法

初始网格细化网格

Q3D HPC 求解器加速 Q3D 分布式并行求解 − CG 求解器、 DCRL 求解器、 & ACRL 求解器能够在 HPC 上独立分布式求解 CG 求解器 − 共享式内存多核处理 − 多个 Nets 在 HPC 上实现 MPI 分布式并行

RSM

DSO

HPC

• 当求解超过一个 Net 时可获得优异性能

− 薄平面建模器

Distributed Solvers

CG Nets

• 很适合处理触屏这样的高宽厚比的几何结构

DCRL 求解器 − 共享式内存多核处理 ACRL 求解器 − 共享式内存多核处理 − 多个激励在 HPC 上实现 MPI 分布式并行

Distribute

DCRL

ACRL

Shared Memory

Sweeps

Multi-processing

Distribute

Design Variations

CG Nets Distribute CG Nets

Distribute ACRL Excitations

• 当处理如 IC 封装这样的有大量终端的模型时可获得优异性能

案例: IC 封装速度提升

SiP 封装测试案例

本地串行求解 CPU Available

Solve Time (hr:min)

1CPU