Ansys hf si 16 1 产品新功能 print

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

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ANSYS Electronics Desktop ANSYS 电子仿真平台

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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

− − − − − © 2015 ANSYS, Inc.

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

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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

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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

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Lightening Strike

采用瞬态求解仿真UH-1 Iroquois 上的雷击问题

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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

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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

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~70X提速

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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

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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%

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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

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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

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HFSS 损耗 vs 热分布

HFSS 损耗

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热分布

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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

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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。

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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

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16

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 •

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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

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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

布局研究 • • © 2015 ANSYS, Inc.

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

最小尺寸和最大尺寸之间差异超过5次方 © 2015 ANSYS, Inc.

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

• 对于带复杂结构的电大尺寸问题，FEM+IE 是最高效的求解方法 • FEM和IE 可进行完全耦合的混合求解 © 2015 ANSYS, Inc.

FEM到IE域的电流是连续的

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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

IFF Lower RADAR Warning © 2015 ANSYS, Inc.

UHF AM Radio

Radar Altimeter (Tx and Rx)

VHF # 1 AM/FM Radio

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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

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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

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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

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DXF 导出: 导出为真正的圆弧

R15中的DXF导出 – 分段圆弧 HFSS 模型

R16中的DXF导出 – 真正的圆弧 © 2015 ANSYS, Inc.

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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

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在诸如花瓶这类不可延展的表面上使用 Wrap sheet

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Ansoft 到 ANSYS 模型传递支持Linux系统

WB Schematic

R15 : Linux上不支持

R16 : 结构可传递到 DM © 2015 ANSYS, Inc.

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SIwave v2015.1

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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

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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

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• 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

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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）

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特征阻抗与扫描分析

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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

1.

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。

2.

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)

3.

可与Icepak双向耦合进行散热分析（焦耳热）

4.

依据设计者定义的Pass/Fail门限自动生成.html报告

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DC 结果与分析 0.99m Ω

0.96m Ω

DC回路电阻New!

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Vdd电压降分布

包含电流方向的矢量分布

按网格显示结果

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SIwave DC新功能-DC回路电阻计算

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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

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默认的功率分布图(W)

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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

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全新优化的Ribbon界面与流程

1.

从左向右的工作流程菜单

2.

快捷菜单栏 −

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可放置常用的菜单按钮

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使用进度条自动进行效率与精度平衡

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SIwave 工作流程向导

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3D 切割预览与设计文件分割

• 在导出HFSS时非常有用 • 可用来快速在复杂设计中选定问题区域 © 2015 ANSYS, Inc.

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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

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改进S参数/阻容器件模型赋值方式

1.

2.

3.

4.

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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

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更改器件类型

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自动为阻容器件赋值

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手动为阻容器件赋值

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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

32

2 nodes

5hr 28min

17x

64

4 nodes,

2hr 50min

33x

128

8 nodes

1hr 31min

61x

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2 4 6 Number of nodes

8

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Q3D Extractor v2015.1

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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

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Q3D 触摸屏设计

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自动自适应网格剖分算法

初始网格 细化网格

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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

CG

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

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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

8:36

2CPU

4:42

4CPU

2:56

8CPU

2:08

12 CPU

1:49

分布式并行求解 CPU Available

Solve Time (hr:min)

6CPU

1:18

8CPU

1:11

12CPU

53 min

HPC 将不同的求解需求分布至 网络中的求解器和内存

9.74X CG 求解 © 2015 ANSYS, Inc.

D C 求解

AC 求解 54

更快的前处理 减少大型封装设计的求解时间

边界校验时间 v12 Time

− 改进算法，并采用多处理器技术

Model Name

Speed up

− 边界校验提速10倍

v2014 Time with 6 threads

Model1

>2hrs

13 min

9x

Model2

1hr

5 min

11x

Model3

3 min

12 sec

15x

Model Name

v12 Time

V2014 Time

Speed up

Model4

15mins

6mins

2.5x

Model5

> 3 hrs

1 hr 15 mins

> 2.4x

Model6

1 min

10 sec

6x

− 网络识别提升3倍

大型封装设计

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网络识别时间

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Q3D 矩阵后处理性能提升 • 目标应用: 大规模设计

显著提速 Plotting of Nets

v2015 vs v2014 Speedup

1 Trace

6X

7 Traces

40X

易用性改进 • 即时进入矩阵和操作名称的编辑状态 • 减少使用者点击次数 • 动态错误报告，并改进错误反馈 • 差分对设置更流畅 © 2015 ANSYS, Inc.

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多物理场耦合分析 温度相关的 AC 和 DC 求解 利用反馈迭代器实现双向功率和热映射

兼容的热仿真工具： − − −

Icepak FLUENT Mechanical Thermal

应用领域： − − −

功率电子 功率变换 线缆线束

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功率变换设计 通过考虑寄生效应，最大化提升功率变换效率 三相模型

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单相模型

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功率变换设计 Current @ DC

-8.25

-7.50

-2.00 47.00m

20.00

-8.25

100.00

20.00

0 -7.50

-2.00

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Switching On

47.24m

47.26m

100.00

-2.00 47.00m

44.50

47.23m

200.00

48.75m

NIGBT_DB1.IC

40.00

48.00m

202.00 NIGBT_DB1.VCE

NIGBT_DB1.IC

53.25

20.00

256.00

NIGBT_DB1.VCE

100.00

47.27m

Switching Off

48.00m

48.75m

256.00 NIGBT_DB1.VCE

20.00

44.50

NIGBT_DB1.IC

40.00

202.00

NIGBT_DB1.VCE

NIGBT_DB1.IC

53.25

Current @ 10 MHz

200.00

100.00

-2.00 47.23m

Switching On

47.24m

47.26m

47.27m

59 Off Switching

线缆线束建模工具箱 用于汽车和石油行业的全定制化线缆工具  自动绘制 2D 和 3D 线缆模型  使用模拟退火算法的线束捆扎

 支持 ISO 和 AWG 线缆标准  内嵌于 Q3D、HFSS 和 Maxwell 线束包含 40 根线缆，连接 发动机与后轴制动器

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2D Extractor 传输线工具箱

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Thank you

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