高速電路板HFSS仿真手動網格設置

2016-09-29 by:CAE仿真在線來源:互聯網

ANSYS電磁場

使用過HFSS的朋友都知道,HFSS默認的自適應網格劃分對大而均勻或是小而精細的結構均有較好的效果,但在高速互連傳輸線的仿真中,長直傳輸線同時具備了規模大,尺寸精細的特點,在網格劃分時不容易做到精度和效率的兼顧,需要手動設置網格劃分規則。這里給大家分析一下針對高速互連線的HFSS網格技巧。

長直單端帶狀線的阻抗分析

下圖1為傳輸線的截面圖,結構尺寸如下表1,介質材料類型為N4000-13SI,仿真用的材料Dk與Df參數分別為3.4與0.01(參考HFSS材料庫)。

采用PCB計算工具得到的上述1inch長走線的計算結果為47.84ohm,Designer里面的傳輸線計算工具的阻抗計算值為47.54ohm,這里我們取兩者的平均值47.69ohm作為HFSS的設計參考阻抗值。

長直單端帶狀線的HFSS模型

HFSS中創建該長直傳輸線的仿真模型如下圖

該HFSS模型中,仿真端口均為Waveport,Mesh算法采用的是TAU/Tolerant,對網格尺寸的設計均采用軟件默認設置,仿真的求解頻率為15GHz,最大DeltaS為0.02,最小Converged Passes為2,采用2階直接求解器,掃頻范圍為0.1~20GHz,掃頻步長為10MHz。為了讓傳輸線的損耗仿真結果更加精確,在仿真中設置了銅表面粗糙度,模型為Huray模型[4],Nodule Radius為0.05um,Hall-Huray Surface Ratio為2。

HFSS默認網格剖分得到的仿真結果

下圖3是采用HFSS默認網格剖分技術得到的該仿真模型的仿真結果和測試結果的對比(紅色為仿真結果,藍色為測試結果):

由上圖可以看到,HFSS仿真得到的損耗結果的偏差比較大,約為10%。

HFSS中限制導體表面網格尺寸后得到的仿真結果

下圖4是在HFSS中將該傳輸線導體的表面網格最大尺寸分別限制為5H、3H、2H、H、1/2H、1/3H、1/5H,并對這7組條件分別進行仿真,最終不同條件下S21插入損耗與相位的對比結果。隨著網格限制尺寸的逐漸減小,傳輸線損耗也會逐漸減小,相位基本無變化。

HFSS中限制介質內部網格尺寸后得到的仿真結果

介質內部的固定區域(如圖5藍色區域,區域寬度為3H)的網格最大尺寸分別限制為5H、3H、2H、H、1/2H,對這5組條件分別進行仿真,最終不同條件下S21插入損耗與相位(如圖6)的對比結果。當限定尺寸為1/3H和1/5H時,仿真規模超過了仿真服務器內存限制,沒有得到有效的仿真結果。其中能夠適用于工程實踐的限制條件為H。