HFSS混合算法求解器研发历程与展望_第1页
HFSS混合算法求解器研发历程与展望_第2页
HFSS混合算法求解器研发历程与展望_第3页
HFSS混合算法求解器研发历程与展望_第4页
HFSS混合算法求解器研发历程与展望_第5页
已阅读5页,还剩59页未读 继续免费阅读

下载本文档

版权说明:本文档由用户提供并上传,收益归属内容提供方,若内容存在侵权,请进行举报或认领

文档简介

1、HFSS 混合算法求解器研发历程与展望1 2016 ANSYS, Inc.August 16, 2016ANSYS UGM 2016HFSS 混合算法求解器研发历程与展望2 2016 ANSYS, Inc.August 16, 2016ANSYS UGM 2016基于区域分解的混合算法求解器FE-BIIE RegionPO RegionDielectric PODielectric IE RegionDielectric CavityLinked RegionHFSS 算法体系与混合算法求解器混合FEBI分离FEBIs混合FEBI 和IE RegionN=7.7M, 137GB, 136min

2、N=777K, 18GB, 29minN=5.0M, 78GB, 101minN=127K, 5GB, 6min混合FEBI 和 PO RegionN=127K, 1.6GB, 1.5minHFSS 求解器演化历程FEPML基于区域分解的混合算法求解器FE-BIIE RegionPO RegionDielectric PODielectric IE RegionDielectric CavityLinked Region3 2016 ANSYS, Inc.August 16, 2016ANSYS UGM 20164 2016 ANSYS, Inc.August 16, 2016ANSYS UG

3、M 20165 2016 ANSYS, Inc.August 16, 2016ANSYS UGM 2016FEBI: Finite Element Boundary Integral 有限元边界积分无最近距离限制推荐最近/10无反射边界条件能理想吸收入射场,与辐射角度无关任意形状的边界能包含分离区域边界与辐射体共形,减小了空气体积FEBI 计算消耗少空气盒子比ABC 或PML 小,能显著减小运算量* 注: ABC (Absorbing Boundary Condition)即常说的 Radiation 边界IE(积分方程法) 求解表面FEM (有限元法) 求解空间区域设置方法:选择Object

4、sAssign Hybrid FEBI6 2016 ANSYS, Inc.August 16, 2016ANSYS UGM 2016FEBI 与 ABC 对比FEBIABCABCFEBIFEBI 与 ABC 对比FEBI 的内存占用仅有共形ABC 的 60% 左右共形 ABC 边界并不理想, 因为对边界表面的斜入射 波吸收不好PML 边界尽管吸收良好, 但空气盒子体积大很多, 增加了仿真运算量MethodRAMElapsed TimeABC15 GB70 min共形ABC11 GB40 minFEBI7 GB30 min共形 ABCFEBI50 cmABCPMLFEBI 与 PML 对比FEM

5、IE 混合法可显著减少计算资源需求FEM 无需计算极耗资源的罩内空气区域若使用ABC或PML则需求解完整的空气区域使用两个相互分离的FEMIE区域与天线罩完美共形与喇叭天线 (26 GHz) 共形两个区域间的耦合自动计算26 GHz占用内存消耗时间PML259G (DDM)840minFEBI64G205min19143 使用FEBI边界后获得4.1倍的提速并节省75%的内存FEBIFEBI 表面2860 7 2016 ANSYS, Inc.August 16, 2016ANSYS UGM 20168 2016 ANSYS, Inc.August 16, 2016ANSYS UGM 20169

6、 2016 ANSYS, Inc.August 16, 2016ANSYS UGM 2016基于区域分解的混合算法求解器FE-BIIE RegionPO RegionDielectric PODielectric IE RegionDielectric CavityLinked Region10 2016 ANSYS, Inc.August 16, 2016ANSYS UGM 2016IERegionFEBI FEBI FEBIPML Setup 10625 Hybrid FEBI 37 18.4 meter求解器未知量内存时间Direct Solver13,023,494187 GB10:4

7、7:08DDM 并行(23 domains)13,023,494116 GB01:49:44混合算法528,70918 GB00:33:4724 cores改进的 IERegion与FEM对比, IE区域混合法可减少81%的内存消耗140G RAM44G RAMBlack FEMABCRed Hybrid IERegionsFEM with ABC231G RAM22463 199 Hybrid IERegion44G RAMFEBIIERegion50 Continuous Current across FEM and IERegion改进的 IERegion基于区域分解的混合算法求解器FE

8、-BIIE RegionPO RegionDielectric PODielectric IE RegionDielectric CavityLinked Region11 2016 ANSYS, Inc.August 16, 2016ANSYS UGM 201612 2016 ANSYS, Inc.August 16, 2016ANSYS UGM 201613 2016 ANSYS, Inc.August 16, 2016ANSYS UGM 2016混合算法(6.2G RAM)Dielectric Cavity (介质腔体)介质 IERegion金属区域可由IE 直接求解表面电流无需在金属周

9、围设置辐射边界均匀介质也可以可利用IE 区域求解介质表面由IE求解金属介质r = 4有限元求解(20G RAM)设置方法:选择ObjectsAssign Hybrid Dielectric Cavity相比于ABC边界,使用IE区域可减少70%的内存金属 IERegion14 2016 ANSYS, Inc.August 16, 2016ANSYS UGM 2016Dielectric Cavity 案例 1: 办公室边界类型网格量未知数总内存(GB)耗时(小时)ABC412,6425,861,2834411.5FEBI277,9723,594,473303BI statistic: N =

10、395,598RAM = 7.5 GBTime = 9 minFEBI 收敛情况Dielectric Cavity 案例 2: 人头部+手机求解方法内存时间(小时)仅FEM6.2 GB1FEBI3.0 GB0.5仅手机FEM: 手机 + 人头FE-BI: 手机+ 人头仅FEMFEBI1.8 GHz人头部材料特性:r= 79, = 0.47simems/mFEM: 人头和手机周围内部 BI: 介质人体IE Region: 金属车体求解方式总内存耗时FEM + DDM 并行160 GB8 hours混合算法求解11 GB2.7 hoursFEM-IE 混合算法求解完全 FEM 求解应用案例: 天线

11、布局在车内人体附近15 2016 ANSYS, Inc.August 16, 2016ANSYS UGM 201616 2016 ANSYS, Inc.August 16, 2016ANSYS UGM 201617 2016 ANSYS, Inc.August 16, 2016ANSYS UGM 2016基于区域分解的混合算法求解器FE-BIIE RegionPO RegionDielectric PODielectric IE RegionDielectric CavityLinked Region18 2016 ANSYS, Inc.August 16, 2016ANSYS UGM 201

12、6反射面与真实馈源求解器未知量内存迭代步数仿真时间IE Region127,9648.2 GB1600:06:18PO Region127,9643.1 GB1500:01:29蓝色实线: Efield PO 红色实线: Hfield PO 黑色虚线: IE反射面与真实馈源PO RegionIE RegionPO Region vs. IE Region: 碟形反射面 50GHzPO/IE RegionFEBISolverUnknownsMemoryIterationsRuntimeIE Region317,13417.3 GB8.000:11:29PO Region317,1343.80 G

13、B9.500:01:34IE RegionPO Region19 2016 ANSYS, Inc.August 16, 2016ANSYS UGM 201620 2016 ANSYS, Inc.August 16, 2016ANSYS UGM 201621 2016 ANSYS, Inc.August 16, 2016ANSYS UGM 2016双向耦合 vs. 单向链接馈源与反射面双向场耦合馈源与反射面单向场链接22 2016 ANSYS, Inc.August 16, 2016ANSYS UGM 2016求解器未知量内存迭代步数仿真时间IE Region1,367,400129 GB101

14、60 minPO Region1,367,40014 GB109.5 minPO RegionIE/PO RegionIE RegionFEBI + IE/PO Region 案例 1: 58 碟形反射面FEBIFEBI + IE/PO Region 案例 2 : 双反射面系统求解器未知量内存迭代步数仿真时间IE Region369,15418.5 GB800:12:52PO Region369,1545.3 GB800:02:32PO RegionIE RegionFEBI + IE/PO Region 案例 3 : 波束波导系统POFEBIPOPO求解器未知量内存迭代步数仿真时间IE Re

15、gion1,177,97758.1 GB7.374 minPO Region1,177,97728.6 GB8.726 min23 2016 ANSYS, Inc.August 16, 2016ANSYS UGM 201624 2016 ANSYS, Inc.August 16, 2016ANSYS UGM 201625 2016 ANSYS, Inc.August 16, 2016ANSYS UGM 2016FEBI + IE Region + PO Region 案例 : FSS 卡塞格伦天线IE RegionPO RegionFEBI工作频段:K 波段馈源天线:圆极化波纹喇叭馈源主反射面

16、:直径2700mm,200波长 次反射面:直径530mm,40波长,FSS边框宽仅0.3mm26 2016 ANSYS, Inc.August 16, 2016ANSYS UGM 2016FEBI + IE Region + PO Region 案例 : FSS 卡塞格伦天线FSS 网格剖分细节仿真时间3h 37min迭代步数3 passes总网格量62,404 Tetra +2,868,344 Tri内存消耗144GBFEBI + DPO 案例 1: 喇叭天线与介质罩r=3.9, loss tangent = 0.025求解器未知量内存迭代步数仿真时间FEBI1,745,57124.9 GB

17、1000:20:31DPO146,1181.1 GB900:01:11求解器未知量内存迭代步数仿真时间FEBI3,861,85545.4 GB1600:39:29DPO573,6406.4 GB700:03:52FEBI + DPO 案例 2: 喇叭天线与介质罩 26GHzr=3.4, loss tangent = 0.01227 2016 ANSYS, Inc.August 16, 2016ANSYS UGM 201628 2016 ANSYS, Inc.August 16, 2016ANSYS UGM 201629 2016 ANSYS, Inc.August 16, 2016ANSYS

18、UGM 2016基于区域分解的混合算法求解器FE-BIIE RegionPO RegionDielectric PODielectric IE RegionDielectric CavityLinked Region30 2016 ANSYS, Inc.August 16, 2016ANSYS UGM 2016FEBI + DIE 案例 1: 喇叭天线与介质罩r=3.9, loss tangent = 0.025求解器未知量内存仿真时间FEBI1,745,57124.9 GB11 minDIE (OLD)233,43321.5 GB23 minDIE (NEW)427,6219.8 GB5 m

19、in4 倍提速!FEBI + DIE 案例 2: 喇叭馈源+反射面+介质罩求解器未知量内存仿真时间FEBI2,647,14632.5 GB47 minDIE (OLD)286,98238.5 GB73 minDIE (NEW)558,51228.6 GB26 min3 倍提速!FEBI + DIE 案例 3: 喇叭天线与介质罩e 26GHz求解器未知量内存仿真时间FEBI3,861,85545.4 GB36 minDIE (OLD)573,64059.9 GB157 minDIE (NEW)834,81431.1 GB32 min5 倍提速!31 2016 ANSYS, Inc.August

20、16, 2016ANSYS UGM 201632 2016 ANSYS, Inc.August 16, 2016ANSYS UGM 201633 2016 ANSYS, Inc.August 16, 2016ANSYS UGM 2016基于区域分解的混合算法求解器FE-BIIE RegionPO RegionDielectric PODielectric IE RegionDielectric CavityLinked Region34 2016 ANSYS, Inc.August 16, 2016ANSYS UGM 2016B2 轰炸机天线布局仿真求解器未知量内存迭代次数仿真时间IE Reg

21、ion457,35858.1 GB1358 minPO Region74,7544.34 GB142 min黑色实线: PO Region蓝色虚线: IE RegionLinked Region 案例: B2 轰炸机求解器未知量内存仿真时间IE Region447,38350.9 GB57 minPO Region67,1464.29 GB2 min设置方法:选择ObjectsAssign Hybrid Linked Region选择ObjectsAssign Excitation Linked FieldNear Field红色实线: 单向IE Region 黑色实线: 单向 PO Regi

22、on 蓝色虚线: IE Region基于区域分解的混合算法求解器FE-BIIE RegionPO RegionDielectric PODielectric IE RegionDielectric CavityLinked RegionSavant Region下一步研发计划35 2016 ANSYS, Inc.August 16, 2016ANSYS UGM 201636 2016 ANSYS, Inc.August 16, 2016ANSYS UGM 201637 2016 ANSYS, Inc.August 16, 2016ANSYS UGM 2016感谢聆听1 2016 ANSYS,

23、Inc.August 16, 2016ANSYS UGM 2016高集成度射频组件场路协同仿真李宏军 研究员中国电子科技集团公司第十三研究所2 2016 ANSYS, Inc.August 16, 2016ANSYS UGM 2016目录电子系统设计流程及面临的问题典案剖析及 ANSYS 解决方案ANSYS 协同仿真平台方案及流程ANSYS 协同仿真实际案例电子系统设计流程及面临的问题典型电子系统设计流程雷达、通信、导航、电子侦察与对抗等系统设计流程图3 2016 ANSYS, Inc.August 16, 2016ANSYS UGM 20164 2016 ANSYS, Inc.August

24、16, 2016ANSYS UGM 20165 2016 ANSYS, Inc.August 16, 2016ANSYS UGM 2016电子系统设计面临主要挑战多工艺、高集成度Multi Technology、High density、 Highly complicated6 2016 ANSYS, Inc.August 16, 2016ANSYS UGM 2016芯片设计封装设计版图设计结构设计装 入每一步都很精细最终结果问题重重!YN模块设计功能芯片、无源 器件和封装基板电子系统设计具体步骤与问题设计步骤:典案剖析及 ANSYS 解决方案典型案例剖析案例:芯片安装出现问题:单元测试结果,

25、与实际应用环境中表现,差异很大! 芯片性能 & 封装后的性能 模块性能 & 电路板上表现的性能 板级没有盒体 & 不同盒体结构中的性能7 2016 ANSYS, Inc.August 16, 2016ANSYS UGM 20168 2016 ANSYS, Inc.August 16, 2016ANSYS UGM 20169 2016 ANSYS, Inc.August 16, 2016ANSYS UGM 20160.005.0010.0015.0020.0025.00-30.00-40.00-50.00-60.00-70.00-80.00-90.00-100.00-20.00-10.000.0

26、0Y1HFSSDesign1XY Plot 1SetSetImpImpFreq GHz芯片测试结果典型案例剖析10 2016 ANSYS, Inc.August 16, 2016ANSYS UGM 201610152005250-10-20-30-40-50-60-70-80-90-100freq, GHzdB(S(2,1)客户实际应用HFSS联合仿真 示意曲线恶化传统评估方式:器件的三维模型与客户板级一起仿真 存在问题: 1、仿真效率;2、涉及器件核心参数典型案例剖析ANSYS解决方案: 3D Layout 进行全新评估转换电路Port1Port21_1 1_1_ref2_1 2_1_ref

27、Port3Port6Port7Port8Port4Port5Port10 Port91. 将S 参数“参考地” 进行“发散”ANSYS解决方案: 3D Layout 进行全新评估协同仿真电路协同仿真结果51015200250-10-20-30-40-50-60-70-80-90-100freq, GHzdB(S(4,3)2. ANSYS 3D Layout 进行“场路”协同仿真11 2016 ANSYS, Inc.August 16, 2016ANSYS UGM 201612 2016 ANSYS, Inc.August 16, 2016ANSYS UGM 201613 2016 ANSYS,

28、 Inc.August 16, 2016ANSYS UGM 20160-10-20-30-40-50-60-70-80-90-1000510152025freq, GHz对比结果(红色曲线为HFSS联合仿真结果,黑色曲线为3D Layout联合仿真结果)dB(S(4,3)dB(S(2,1)ANSYS解决方案: 3D Layout 进行全新评估14 2016 ANSYS, Inc.August 16, 2016ANSYS UGM 2016ANSYS 协同仿真平台方案及流程我所“数字化样机”仿真平台建设类别序号软件名称软件功能应用领域电学仿真1Keysight/SystemVue系统级仿真系统级仿

29、真2ANSYS/Designer电路仿真(含芯片)子系统链路仿真3ANSYS/SIwave信号完整性4ANSYS/HFSS三维高频电磁场仿真三维无源结构仿真热、应力仿真5ANSYS/ePhysics热仿真6ANSYS/IcePak热仿真7ANSYS/Mechanical机械应力仿真电子系统“数字化样机”完整解决方案:射频芯片、封装模块、功能子系统、系统平台的仿真设计能力,包括热、结构应力。准确预知问题!ANSYS 协同仿真流程芯片、器件、版图、腔体的场路联合仿真仿真流程15 2016 ANSYS, Inc.August 16, 2016ANSYS UGM 201616 2016 ANSYS,

30、Inc.August 16, 2016ANSYS UGM 201617 2016 ANSYS, Inc.August 16, 2016ANSYS UGM 2016ANSYS 协同仿真流程芯片设计电路原理图设计版图电磁场设计芯片版图的场路协同仿真芯片封装协同仿真测试模型提取ANSYS板级“电磁场协同仿真”PCB版图设计PCB直接导入(含盒体信息),ODB+格式导入ANSYS电路电磁场协同仿真在Designer中进行场路联合仿真18 2016 ANSYS, Inc.August 16, 2016ANSYS UGM 2016ANSYS 协同仿真流程芯片设计电路原理图设计版图电磁场设计芯片版图的场路协

31、同仿真芯片封装协同仿真测试模型提取ANSYS板级“电磁场协同仿真”PCB版图设计PCB直接导入(含盒体信息),ODB+格式导入ANSYS电路电磁场协同仿真在Designer中进行场路联合仿真ANSYS 协同仿真流程芯片设计电路原理图设计版图电磁场设计芯片版图的场路协同仿真芯片封装协同仿真测试模型提取ANSYS板级“电磁场协同仿真”PCB版图设计PCB直接导入(含盒体信息),ODB+格式导入ANSYS电路电磁场协同仿真在Designer中进行场路联合仿真ANSYS 协同仿真流程芯片设计电路原理图设计版图电磁场设计芯片版图的场路协同仿真芯片封装协同仿真测试模型提取ANSYS板级“电磁场协同仿真”P

32、CB版图设计PCB直接导入(含盒体信息),ODB+格式导入ANSYS电路电磁场协同仿真在Designer中进行场路联合仿真19 2016 ANSYS, Inc.August 16, 2016ANSYS UGM 201620 2016 ANSYS, Inc.August 16, 2016ANSYS UGM 201621 2016 ANSYS, Inc.August 16, 2016ANSYS UGM 2016ANSYS 协同仿真流程芯片设计电路原理图设计版图电磁场设计芯片版图的场路协同仿真芯片封装协同仿真测试模型提取ANSYS板级“电磁场协同仿真”PCB版图设计PCB直接导入(含盒体信息),OD

33、B+格式导入ANSYS电路电磁场协同仿真在Designer中进行场路联合仿真22 2016 ANSYS, Inc.August 16, 2016ANSYS UGM 2016ANSYS 协同仿真流程芯片设计电路原理图设计版图电磁场设计芯片版图的场路协同仿真芯片封装协同仿真测试模型提取ANSYS板级“电磁场协同仿真”PCB版图设计PCB直接导入(含盒体信息),ODB+格式导入ANSYS电路电磁场协同仿真在Designer中进行场路联合仿真ANSYS 协同仿真流程芯片设计电路原理图设计版图电磁场设计芯片版图的场路协同仿真芯片封装协同仿真测试模型提取ANSYS板级“电磁场协同仿真”PCB版图设计PCB

34、直接导入(含盒体信 息),ODB+格式导入ANSYS电路电磁场协同仿真在Designer中进行场路联合仿真端口端口ANSYS 协同仿真流程芯片设计电路原理图设计版图电磁场设计芯片版图的场路协同仿真芯片封装协同仿真测试模型提取ANSYS板级“电磁场协同仿真”PCB版图设计PCB直接导入(含盒体信息),ODB+格式导入ANSYS电路电磁场协同仿真在Designer中进行场路联合仿真在Designer中进行场路联合仿真23 2016 ANSYS, Inc.August 16, 2016ANSYS UGM 201624 2016 ANSYS, Inc.August 16, 2016ANSYS UGM

35、201625 2016 ANSYS, Inc.August 16, 2016ANSYS UGM 2016案例一 : S 波段 T/R 组件ANSYS 协同仿真实际案例26 2016 ANSYS, Inc.1路收发公用支路和2路相同的接收 支路,可以满足用户进行多路信号 的同时接收但支路间没有隔离墙,为避免串扰, 设计上尽量拉开通道间距离,并打接地 过孔隔离上述设计可行性需要仿真验证August 16, 2016ANSYS UGM 20161. S 波段 T/R 组件需解决的问题S 波段 T/R 组件建模仿真仿真结果说明,T/R组件在各 通道间场路隔离度高,所需频 段内小于-50dBc;放大增益

36、满 足使用要求,平坦度好。接收支路增益接收路间隔离测试结果与仿真结果相一致,通过仿真验证了 设计的可行性,进一步指导设计方案。3. S 波段 T/R 组件测试验证27 2016 ANSYS, Inc.August 16, 2016ANSYS UGM 201628 2016 ANSYS, Inc.August 16, 2016ANSYS UGM 201629 2016 ANSYS, Inc.August 16, 2016ANSYS UGM 2016案例二 : 宽带接收机前端ANSYS 协同仿真实际案例30 2016 ANSYS, Inc.August 16, 2016ANSYS UGM 2016

37、带内总增益:9.213dB模块原理框图ANSYS Designer链路级仿真结果1. 链路级评估PCB版图3D layout模型HFSS模型端口特性曲线2. 版图和结构空间仿真HFSS电磁仿真模块整版链路3. 与有源电路协同仿真模块整版仿真模块整版仿真结果(a)S参数(b)端口驻波模块实测结果31 2016 ANSYS, Inc.August 16, 2016ANSYS UGM 201632 2016 ANSYS, Inc.August 16, 2016ANSYS UGM 201633 2016 ANSYS, Inc.August 16, 2016ANSYS UGM 2016感谢聆听2016/

38、8/16高速芯片封装的引脚排布和扇出设计吴枫信号完整性工程师英特尔亚太研发有限公司免责声明在性能测试中使用的软件及其负载可能为英特尔微处理器的性能进 行了优化。诸如SYSmark和MobileMark等测试均系基于特定计 算机系统、硬件、软件、操作系统及功能,上述任何要素的变动都 有可能导致测试结果的变化。请参考其他信息及性能测试(包括结 合其他产品使用时的运行性能)以对目标产品进行全面评估。更多信息敬请登陆/performance主要内容高速串行接口对封装引脚排布设计的挑战如何得到一个优化的封装引脚排布?流程:硅片-封装-电路板的协同设计与优化技术热点:串扰与封装引

39、脚排布结论高速串行接口的发展趋势系统对IO带宽的渴求是高速串行接口速率不断提高的原动力XAUICEI6G-LR10Gbase-KR100Gbase-KR4Ethernet11G-LR25G-LRGen2:5GbpsGen3:8Gbps Gen4:16GbpsPCIe时间系统总带 宽需求封装的引 脚数目每个数据通 道的速率曲线仅为示意12016/8/16高速串行接口的设计难度越来越大本示例中,列出了通常需要考 虑的主要因素,并不代表其他 因素不存在或不重要。眼图的要求越来越苛刻封装(反射,串扰)Gen2:Gen3:Gen4:200ps125ps62.5ps硅片(反射)PCIe Single Bi

40、t UI单板(反射,衰减)物理信道的性能越来越差连接器(反射,串扰)背板(衰减)来自各个部件的成本、工艺和物理的约束PHY的寄生参数和匹配精度封装、单板和背板的材料、尺寸和生产误差连接器的性能过孔的定位精度、尺寸极限、背钻精度拓扑的要求封装对高速串行接口的影响封装封装通道TX端:较大的幅度(高 信噪比)、最快上升沿(高频宽)的信号,寄 生效应明显(反射,串 扰,上升沿恶化)RX端:较小的幅度(低信噪比)、最慢 的上升沿(低频宽) 的信号,对串扰敏感本示例中,列出了通常需要考 虑的主要因素,并不代表其他 因素不存在或不重要。TXRX高速串行接口如何影响引脚排布?高利用率的 引脚排布硅片上IO 的

41、布局PCB的元 件摆放扇出策略叠层,走 线与过孔信号和电 源完整性机械与热 设计引脚排布设计是硅片-封装-电路板-系统协同设计的重要一环, 是封装设计的核心之一。PKG和PCB最终体现在利用率(引脚、叠 层、成本)与性能(SI/PI、 拓扑、机械、热)的折中硅片的布局电路板的布局、叠层和扇出设计SI/PI/Thermal/Mech/Fab封装的叠层和走线可行性分 析系统的架构和逻辑框图如何定义封装的引脚分布?封装的设计处于很重要的地位,它会尽力弥补电路板 布局和硅片布局之间的不同。SI, PI, Thermal, Mech and manufacture 都会影响封 装及引脚排布设计8初始的R

42、TL网表22016/8/16如何定义封装的引脚分布?流程:迭代和协同设计方法:控制串扰、插损和回损概念虽然重要,但是更重要的是运用。硅片-封装-电路板-系统协同设计10背板(衰减)封装(反射,串扰)硅片(反射)单板(反射,衰减)连接器(反射,串扰)协同设计的两个方面,缺一不可, 互相影响。物理的协同设计:找出所有的布 局布线的约束,理顺走线,最终确 认拓扑。电性能的协同设计:找出解空间, 合理的分配预算。DesignDesignReviewVerification ReviewVerification硅片-封装-电路板-系统的协同设计硅片-封装-电路板-系统协同设计物理的协同设计:偏重于多个f

43、unction team之间的沟通和合作电性能的协同设计:偏重于各个部件之间的折中多次迭代物理的协同设计任何影响布局布线的因素都要考虑,折中后,得到最优的拓扑。所有会影响布局布线的团队,紧密合作,定期迭代和review。布局布线 的约束ArchDE/CADMechPowerThermalSI/PI布局布线可行性由 DE/CAD负责,但 仅仅考虑走线的优 化(理顺走线)是 远远不够的。电性能的协同设计 由SI负责,从影响 拓扑的角度来看, 它是物理协同设计 的一部分。32016/8/16芯片B连接器待开 发的 芯片AAC CapAC Cap芯片C芯片DAC CapAC Cap考虑所有来自DE 和

44、CAD的需求考虑所有来自thermal 的需求考虑所有来自Mech的需求风向散热片backplate举例:来自Mech和Thermal的限制Mech和thermal的要求会影响布局布线,最终影响拓扑螺丝孔和支撑区物理的协同设计,一般需要大量的沟通, 经过几轮迭代后,才可以趋于稳定电性能协同设计通道可以分解成几类部件各个部件的电性能需要协调,从而实现通道端到端的电性能:对于复用的部件:澄清其电特性(典型值和HVM/PVT分布)对于待开发的部件:根据通道的总体特征,分配合理的可以实现的且有竞争力的 性能指标,用来指导待开发部件的设计。封装(反射,串扰) 硅片(反射)单板(反射,衰减)连接器(反射,

45、串扰)背板(衰减)PHYTX的PKGRX的PKG单板背板连接器临近的入侵者网络电性能协同设计另外一种更彻底的部件分解Trace2. VIA5. Connector4. Component Passive:阻容感,磁珠 Active:IO/PHY基础3. Power distribution Network and plane通常更可控电性能协同设计通常通道中每个部件的特性指标是基于频域的(例如S参数),这 隐含的对负载做出了假设(例如100ohm全频段),这一假设在真 实的通道中显然是不成立的。TX走线过孔连接器过孔走线过孔走线过孔连接器ACCap结 构走线封装+ 扇出结 构RX芯片封装+扇出

46、结 构芯片单板单板背板每个部件在通道中的行为, 依赖于通道中的其他部件, 所以需要协同设计即便每个部件都满足特性指 标,也不能保证全通道的性 能。所以每个部件在参考负 载下的特性只是供参考或者 风险评估42016/8/16举例:高速串行接口的封装特性指标?通常高速串行接口的标准没有对封装的特性指标作出精确的限定。问题:当我们开发一个新的芯片的时候,如何设定一个封装特性指 标?太紧的指标:浪费PKG的资源,甚至无解。太松的指标:可能不能满足最终通道的性能。必要的时候,可以加 入一个Loss+Xtalk板 来模拟单板模拟TX模拟连接器模拟背板扫描长度和线间距必要的时候,可以加 入一个Loss+Xt

47、alk板 来模拟单板协同设计:Serdes互通性验证系统模拟连接器 模拟RX举例:高速串行接口的封装特性指标?眼图随着插损和串扰的增加而恶化。找出通道的Margin,经过数 据处理后,依据Margin来合理分配部件的特性指标。ILXtalkEye Height曲线仅为示意影响封装引脚排布的主要指标插损回损远端串扰:TX to TX, RX to RX近端串扰:TX to RX幅度比: 入侵者对受害者19本演讲的 关注点影响串扰的因素引脚的Pattern的相关 性引脚的位置的相关性硅片PHY的扇出弱弱封装上走线到走线的耦合弱强封装孔到孔的耦合强弱电路板孔到孔的耦合强弱电路板扇出线到扇出线的耦合中

48、强电路板扇出线到孔强强电路板的扇出层中强引脚排布的两个主要因 素:Pattern和位置常 见 的 误 区 : 1:仅考虑封装,而不考虑电路板 的扇出结构(孔+走线) 2:仅考虑孔到孔,线到线,而不 考虑线到孔。122134串扰源与封装引脚排布的关系主要有四类因素52016/8/16Pattern 1Pattern 2Pattern 3双线几种典型的Pattern和扇出方式Pattern扇出方式单线本例中的电路板叠层较厚: 136milNormal Loss的介质VIA:Pad: 19milAnti-pad: 30milDrill: 8milBGA1mm pitch使用带状线扇出15Gbps S

49、erdes22扇出线到扇出线的串扰23近端串扰远端串扰红色:单线扇出 蓝色:双线扇出使用双线扇出的时候,避免TX扇出线和RX 扇出线相邻。这样可以最大程度上避免扇 出线到扇出线的近端串扰扇出线到扇出线的远端 串扰通常很小孔到孔的远端串扰通常封装的PTH孔和电路板的扇出孔是一起分析的Pattern3Total: -34.50dBPattern1Total: -33.17dBPattern2Total: -31.71dB尽管每个分量较 小,但总和较大62016/8/16孔到孔的近端串扰GSGSGSSVictimSSSGVictimGSGGGGGGAggressorGAggressorGSAggre

50、ssorAggressorAggressorSSGAggressorGSGGSSGGSSGGSSGGVictimVictimGGGGGGGGAggressorAggressorGGAggressorAggressorGGAggressorAggressorGGSSGGSSGSGSGGSGSGSGVictimGSSGVictimGSGGGGGGAggressorGAggressorGGAggressorGAggressorGSGSGSSGSGSPattern2: -59.68dBPattern1:-56.98dBPattern3: -57.3dB似乎较小扇出线到孔的串扰近端串扰和远端串扰的幅度值

51、类似-48.4dB -42.4dB-53.6dB -53dB-78dB双线扇出Pattern2双线扇出Pattern1&3单线扇出Pattern2红色:入侵者 白色:受害者-57.7dB-64dB单线扇出Pattern1&3扇出层对串扰的影响27Aggressor Victim在较下方的层扇出在较上方的层扇出孔背钻孔Aggressor VictimVIA stub无背钻的情况这个情况下,扇出线和孔之间基本无耦合孔无背钻的孔VIA stub可能放大串扰,因为谐振的原因有背钻的情况在较下方的层扇出在较上方的层扇出总近端串扰的粗略估算包含:孔到孔:较大贡献扇出线到孔:较大贡献扇出线到扇出线:较小贡献

52、近端串扰单线扇出双线扇出Pattern1-57.6dB-50.8dBPattern2-48.3dB-39dBPattern3-58.5dB-51.5dB准确的总串扰,应该使使用3D仿真得到Pattern 1Pattern 2Pattern 3双线单线72016/8/16总远端串扰的粗略估算包含:孔到孔:较大贡献扇出线到孔:一般贡献扇出线到扇出线:较小贡献29远端串扰单线扇出双线扇出Pattern1-33.16dB-33.12dBPattern2-31.6dB-31.1dBPattern3-34.49dB-34.44dB准确的总串扰,应该使使用3D仿真得到Pattern 1Pattern 2Pa

53、ttern 3双线单线结论越来越高速率的高速串行接口给系统设计带来了更多的挑战新的方法学:硅片-封装-电路板-系统协同设计物理的协同设计电性能的协同设计封装的引脚分布非常关键:需要合理的Pattern和位置不能仅仅考虑封装,还需要结合电路板的扇出结构不能仅仅考虑孔到孔和线到线的耦合,还需要考虑线到孔的耦合,以及扇出层 的影响感谢聆听81 2016 ANSYS, Inc.August 16, 2016ANSYS UGM 2016复杂电磁环境中天线布局与互扰分析袁勇 博士ANSYS 中国2 2016 ANSYS, Inc.August 16, 2016ANSYS UGM 2016天线设计 与布局优

54、化除了完成天线本体设计,还必须考虑天线在载体及环境中的布局复杂电磁环境的特点既包括人为主动产生的电磁辐射,也包括无意和被动产生的电磁辐射。复杂性频带宽、覆盖广、干扰功率大,持续时间长不可预测性干扰波形、功率密度和入侵来源均复杂多变针对性能够对特定设备造成的特别严重的干扰3 2016 ANSYS, Inc.August 16, 2016ANSYS UGM 20164 2016 ANSYS, Inc.August 16, 2016ANSYS UGM 20165 2016 ANSYS, Inc.August 16, 2016ANSYS UGM 2016复杂电磁环境中的天线布局天线设计时通常按独立或理

55、想条件进行天线安装到真实平台上会带来性能改变方向图畸变,多天线耦合干扰可能导致对射频系统的性能影响希望在设计早期对天线安装后性能表现精确预测6 2016 ANSYS, Inc.August 16, 2016ANSYS UGM 2016“复杂” 带来的挑战这么大的尺寸怎么算?天线性能数据哪里来? 复杂的互扰怎么考虑?HFSS 算法体系与混合算法求解器Savant: HFSS SBR+ Solver 改进的弹跳射线法求解器SBR 射线天线发射出射线在表面“绘制”PO电流爬行波 Creeping Wave 射线沿着表面追迹射线物理绕射理论 PTD修正边缘处的PO电流一致性绕射理论 UTD沿着边缘发射

56、衍射射线绘制阴影区域的电流7 2016 ANSYS, Inc.August 16, 2016ANSYS UGM 20168 2016 ANSYS, Inc.August 16, 2016ANSYS UGM 20169 2016 ANSYS, Inc.August 16, 2016ANSYS UGM 2016Savant 仿真速度非常快仿真时间: 3 分 04 秒仿真硬件: Lenovo T430 笔记本Nvidia NVS5200M GPU内存消耗: 1.1 GB问题尺寸 (1 GHZ): 50 x 40 x 1010 2016 ANSYS, Inc.August 16, 2016ANSYS

57、UGM 2016Savant 擅长求解电大复杂环境中天线布局问题安装天线辐射特性平台天线互耦电大环境中天线场分布车载雷达系统辐射特性快速虚拟原型1 sq. km of Toronto, ON 1 GHzSavant 天线模型来源来自HFSS等效源 (Current sources)远场辐射方向图 (Farfield radiation patterns)内置参数化模型偶极子、单极子、环天线、缝隙天线角锥、圆锥喇叭参数化波束阵列天线工具线阵、矩形阵、椭圆阵、及文件描述阵型单元幅度、相位加权近场等效源其他仿真软件测试数据Savant 与 HFSS 的集成HFSS 中开启扩展界面HFSS 模型特性直

58、接导入Savant精确: 自动将HFSS近场转换为用于射线追踪的场源 易用: 通过指定并点击即可将场源放置在平台之上 交互: 直观可视化导入安装在平台之上的天线模型11 2016 ANSYS, Inc.August 16, 2016ANSYS UGM 201612 2016 ANSYS, Inc.August 16, 2016ANSYS UGM 201613 2016 ANSYS, Inc.August 16, 2016ANSYS UGM 2016HFSS 与 Savant 集成使用示例获取Huygens表面的电场和磁场,转换为等效源ACT60GHz ArrayHFSSSavantHFSSSa

59、vant14 2016 ANSYS, Inc.August 16, 2016ANSYS UGM 201642 x 17 x 3.75HFSS 电流数据 导入Savant250MHz单极子天线HFSS 与 Savant 集成使用示例 2HFSS 中求解独立天线单元Savant 快速仿真大型安装环境装载天线仿真时间 Savant: 12 分钟 HFSS: 3小时 15分钟复杂电磁环境中有复杂的射频系统互扰2. 干扰信号从哪里来?接收机1. 什么是射频系统干扰(RFI) ?发射机飞机上哪些射频系统 会互相影响?吸尘器为什么会干扰智能蛋盒?射频共址干扰EMIT 主要功能管理系统性能数据仿真RFI/EM

60、I 效应定位RFI/EMI 根源解决RFI/EMI 问题15 2016 ANSYS, Inc.August 16, 2016ANSYS UGM 201616 2016 ANSYS, Inc.August 16, 2016ANSYS UGM 201617 2016 ANSYS, Inc.August 16, 2016ANSYS UGM 2016案例一: 智能家居18 2016 ANSYS, Inc.August 16, 2016ANSYS UGM 2016智能家居(Smart Home)研究房屋内WiFi 频段无线性能无线设备娱乐系统电脑及外设探索常见材料对场和功率电平的影响金属、墙砖、瓷砖、石

温馨提示

  • 1. 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
  • 2. 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等,如果需要附件,请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
  • 3. 本站RAR压缩包中若带图纸,网页内容里面会有图纸预览,若没有图纸预览就没有图纸。
  • 4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
  • 5. 人人文库网仅提供信息存储空间,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑,并不能对任何下载内容负责。
  • 6. 下载文件中如有侵权或不适当内容,请与我们联系,我们立即纠正。
  • 7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。

评论

0/150

提交评论