hfss中文教程 078-099 求解设置

hfss中文教程 078-099 求解设置 第二章 Ansoft HFSS 求解设置 本章将详细论述 Ansoft HFSS v.10.0 中的求解功能，例如： 求解设置 谐振频率 收敛性； 网格初始化； 自适应操作； 低序基本函数。 设置 属性； 添加扫频范围； 扫描-属性和扫描类型。 第一节 自适应网格划分 一. 自适应网格划分 自适应网格划分功能将自动构建符合仿真体电气性能的网格。当使用自适应网格划分功能 时，网格会自动调整到相对精确和高效的划分设置。当不使用自适应网格划分，用户需自己设置 正确的网格划分，这一过程比较繁琐，也可能会出错。如果使用自适应网格划分，能很快得到正 确的网格划分。 二. 划分原理 自适应网格划分算法会寻找场中或错误中梯度的最大值，以及这些区域中的子网格划分。同 时该算法也会自动寻找一些特殊点，比如道题的边等作为网格分割的特殊条件。 网格的细化迭代划分是由菜单Setup Solution (Advanced Tab)中设置的四面体单元格决 定的。需要注意的是，单元格是用百分比表示的。这确保了每部迭代过程中网格充分混迭，避免 出现不收敛的情况。 当网格细化后，系统会重复这一过程，直到收敛。 三. 收敛性 每步自适应迭代后，HFSS都会自动对比当前S参数和前一次的S参数。如果S参数变化很小， 则认为求解收敛，当前或上次的网格就可以用来设定扫频范围了。如果求解不收敛，则认为上次 划分的网格不如当前的网格划分。在这种情况下如果要设置扫频范围的话，Ansoft HFSS会使用上 次的网格划分结果。 四. Delta S 网格或求解是否收敛，默认是用 Delta S 来判定。Delta S 是用来表示两次迭代过程中 S 参数 变化的最大值: )] maxij[mag(sij N s ij 1)(N   （I,j 代表矩阵行列数，N 代表迭代次数； Delta S 是个矢量，在 0 到 2 间取值。） 基于电场划分的自适应网格，选择一个合适的自适应频率是很重要的。就像其他工程里的事情 一样，都期望一定的规则，但总的来说，一下几点可以帮助我们选择合适的自适应点。 一） 宽带结构 对于宽带结构来讲，因为一个好的网格划分必须包含所有的低频点，所以截止频率必须 包含在自适应频率内。 二） 滤波器 对于滤波器或者窄带产品来说，通带或工作频率范围必须包含在内，因为在截止频段 端口仅存在电场。 对于快速扫频来说，一般使用中心频率点。快速扫频使用的是网格/求解中的自适应频 率点。如果不使用中心频率，快速扫描将会出现错误，中心频率点一般能很好的推算出整个 频率范围的结果。快速扫频的中心频率对自适应网格的划分同样很重要。这点对那些向窄带 滤波器一样 Q 值很高的设备尤其重要。如果中心频率不在通带范围内，将得不到准确的带宽 和谐振频率。 四） 全波 Spice 输出 在求解全波Spice输出时，需使用拐点频率(Fknee≈0.5/rise_time)来解决收敛性。然后 再设置 2-5 个，或更多频率点。这些新增点，必须在拐点频率和最大频率之间（每个频率点 仅需要 2-3 步迭代）。 1. 如果频率低于拐点频率，则会对时域产生很大影响。因此，拐点频率主要 用 于主自适应网格划分。不便之处在于，如果不进行自适应网格迭代，我们需要的网 格可能就高于这个频率点。 2. 再带宽很宽的情况下，我们通常需要内插扫描。使用多频率扫描并联合求解结果是 很有用的。 五） 高速数字/信号完整性 在高速数字仿真时，通常需要设置一个宽频范围。为确定我们仿真需要的带宽频率，需 记住以下公式： 总的来说，所有低于Fknee频率的频率对熟悉信号会有很大影响。所以一个优秀的高速 数字设计必须清楚，好的相应至少是Fknee。 六）高速数字（SPICE 输出） 在瞬态仿真时，为输出SPICE，需要很大的带宽（≥5*Fknee）。这样做的原因是Fknee 是 近似值，而且我们希望在上升沿有多个采样点。 当输出 SPICE 是，低频同样重要。我们希望更接近 DC。每个端口的设置和每个问题都 略微有所不同，那就是在 HFSS 有能求解的最低频率。99%的情况我们都可以仿真到 100MHz。 低于这个频率可能就会出错。当输出全波 SPCICE 是，DC 部分将有求解的最低频率来推断。 所以从 1GHz 到 DC，并没有给出一个很精确的推断结果。 频率间隔。在设置全波 SPICE 时，需要使用最小频率最为间隔。这样扫描带宽中通常会有 1000-3000 个点。 七） 高速数字自适应网格 仿真带宽越大，就越难决定自适应网格的频率。以下几点需要注意： 1. 自适应点从到Fknee到收敛点。（Delta S为 0.02 到 0.01 间） 2. 选取 2-3 个高于Fknee的频率点进行自适应。（注意不要设置为收敛点，且每步迭代 设置为 3-5 步。） 3. 求解频率扫描 如果带宽很宽，需要截断频率扫描说是插频扫描。 低于Fknee的频率点，对数字信号响应影响最大。所以对于所有低于Fknee的频率点必 须产生一个精确的网格。 一个带宽足够宽的无源器件的仿真结果，通常为一个低通滤波器的响应。所以如果无 源器件的响应超出低通滤波器相应的表现范围，更高频率仿真结果的贡献不如时域仿真。 这正是我们不用担心高频自适应迭代收敛的原因。要理解这点，我们还需注意 HFSS 是怎 样进行自适应网格划分的。HFSS 是自动寻找电场梯度最大的地方。所以如果器件的响应接 近滤波器并且采用通带外的的电视，我们划分网格时进关心端口的划分。 如果器件的特性远超过Fknee，在采用高频直到收敛也并无不利之处。然而在实际的问 题中（10-40Gb/s），设计的难处在于如何使器件工作在Fknee频率之上。 对于那些带宽很宽的扫描来说，需要使用插频扫描。这种扫描基于离散扫描。但它自 动采用合适的离散点和曲线拟合。所以它比离散扫描需要的点数更少。插频扫描也可用于 多项式近似或有理函数中。因此他也可用于打断扫描。上至Fknee频率，多项式近似更准确， 高于这个频率，则有理函数求解更精确。插频扫描总是穿过开始和截止频率点的，所以如 果你不改变网格必须确保开始和截止频率在扫描频率之中。 九） 高速数字（设计流量） 整个高速数字的讨论都是假定你所输出的结果都是方针到SPICE的。这里的设计流程中 有许多设计步骤，而且SPICE并非每个设计步骤都需要的。如果在Fknee频率之下出现谐振， 失谐或是两种情况都出现，可能是在场仿真之前进行了SPICE仿真。所以仅需要设置 1.5 倍 到 2 倍Fknee的扫频范围来估计响应。另外射击频率应该高于 1Ghz。 在前几步的设计步骤中，也许会用到快速频率扫描，这样在扫描中我们可以得到每个 频率的 S 参数和场。这样我们就可以看到每个 S 参数中任何谐振或失谐的情况。 在打包或查看分析结果时另一个有用的工具是本征模求解。在许多例子中，谐振是由 能量和地平面网引发的，这对解决设计问题很有用。在去掉除能量/平面网外的所有东西， 本征模求解能很快确定谐振。