仿真软件比较与分析

仿真软件比较与分析

0几种常用仿真软件的比较分析模拟软件是一种专门用于模拟的计算机软件。它与模拟硬件类似于模拟技术工具。仿真软件是从20世纪50年代中期开始发展起来的。它的发展与仿真应用、算法、计算机和建模等技术的发展相辅相成。仿真软件的目标是不断改善面向问题、面向用户的模块描述能力和对模型实验的功能。不同技术水平的用户通过仿真软件能在不同的程度上采用他们表达问题的习惯语言,方便地与计算机对话,完成建模或仿真实验。本文对目前常用的几种仿真软件进行了比较分析,主要包括如下三种常用仿真软件:TannerPro、HFSS、ANSYS。综合比较了各软件的模块关系及各模块主要用途,设计流程及分析步骤,软件操作界面等,对各仿真软件的优缺点、仿真用途等方面做了一定的分析。1.1电路设计的工具软件TannerPro软件是由TannerResearch公司开发的基于Windows平台下的用于集成电路设计的工具软件。该软件功能十分强大,易学易用,包含以下几种工具:S-Edit(编辑电路图),T-Spice(电路分析与模拟),W-Edit(显示T-Spice模拟结果),L-Edit(编辑布局图,自动布局布线,DRC,电路转化)与LVS(版图和电路图对比),从电路设计、分析模拟到电路布局一应俱全。1.2l-嘴唇设计S-Edit模块:可以在Core模块中继续寻找更低一级的模块,直至到MOS晶体管。T-Spice模块:是电路仿真与分析的工具,文件内容除了有元件与节点的描述外,还必须加上其他的设定。有包含文件(includefile)、端点电压源设置、分析设定、输出设置。L-Edit模块:是一个布局图的编辑环境功能包括设计导航、分析图层、截面观察、设计规则检查、转化等。LVS模块:是用来比较布局图与电路图所描述的电路是否相同的工具,也就是说比较S-Edit绘制的电路图与L-Edit绘制的布局图是否一致。1.3布局图设计准备TannerPro软件的设计流程如下图1所示,将要设计的电路先以S-Edit编辑出电路图,再将该电路图输出成SPICE文件。接着利用T-Spice将电路图模拟并输出成SPICE文件,如果模拟结果有错误,N回S-Edit检查电路图,如果T-Spice模拟结果无误,则以L-Edit进行布局图设计。用L-Edit进行布局图设计后要以DRC功能做设计规则检查,若违反设计规则,再将布局图进行修改直到设计规则检查无误为止。将验证过的布局图转化成SPICE文件,再利用T-Spice模拟,若有错误,再回到L-Edit修改布局图。最后利用LVS将电路图输出地SPICE文件与布局图转化的SPICE文件进行对比,若对比结果不相等,则回去修改L-Edit或S-Edit的图:直到验证无误后,将L-Edit设计好的布局图输出成GDSII文件类型,再交由工厂去制作半导体过程中需要的光罩。如下图是Tanner数字ASIC设计流程图:2HFSS2.1微波工程问题仿真的应用AnsoftHFSS全称HighFrequencyStructureSimulator,高频结构仿真器)是美国Ansoft公司推出的基于电磁场有限元方法的分析微波工程问题的三维电磁仿真软件,可以对任意的三维模型进行全波分析求解,先进的材料类型,边界条件及求解技术,使其以无以伦比的仿真精度和可靠性,快捷的仿真速度,方便易用的操作界面,稳定成熟的自适应网格剖分技术使其成为高频结构设计的首选工具和行业标准,已经广泛地应用于航空、航天、电子、半导体、计算机、通信等多个领域。以研究目标特性和系统/部件的电磁兼容/电磁干扰特性,从而降低设计成本,减少设计周期。2.2基于几何模型的mems器件参数分析DESIGNER模块:在DESIGNERTM里结合二维版图,工艺流程,和材料特性,CoventorWareTM可以生成三维模型,进行网格的自动划分。ANALYZER模块:针对客户所关心的问题,分析人员可以调用ANALYZERTM里专门针对MEMS器件分析开发的多个求解器,对MEMS器件的三维模型进行结构力学、静电学、阻尼、电磁学、多物理场耦合、微流体等物理问题的详细分析。ANALYZERTM还可对边界条件、材料特性、三维模型几何形状等进行参数分析,研究这些参数对器件性能的影响。INTEGRATOR模块:利用INTEGRATORTM,设计人员可以从三维分析结果提取MEMS器件宏模型,反馈回ARCHITECTTM里进行系统性能的验证,从而完成MEMS的设计。支持的格式包括:Verilog-A(Cadence),MAST(Architect),MATLAB,用户也可以利用INTEGRATORTM建立自己MEMS产品涉及到的宏模型库,为新产品的开发提供技术储备。2.3窗口监控界面AnsoftHFSS的操作界面如下图2所示,主要包括:菜单栏(Menubar):绘图、3D模型、HFSS、工具和帮助等下拉式菜单组成。工具栏(Toolbar):对应菜单中常用的各种命令,可以快速方便的执行各种命令。工商管理理(ProjectManage):窗口显示所打开的HFSS工程的详细信息,包括边界、激励、剖分操作、分析、参数优化、结果等。状态栏(Statusbar):位于HFSS界面底部,显示当前执行命令的信息。属性窗口(Propertieswindow):显示在工程树、历史树和3D模型窗口中所选条目的特性或属性。进度窗口(Progresswindow):监视运行进度,以图像方式表示进度完成比例。信息管理(MessageManage):窗口显示工程设置的错误信息和分析进度信息。3D模型窗口(3DModelerWindow):是创建几何模型的区域,包括模型视图区域和历史树(记录创建模型的过程)。3工会3.1模拟分析软件环境ANSYS是由美国ANSYS公司开发的、功能强大的有限元工程设计分析及优化软件包。该软件具有能实现多场及多场耦合分析的功能,实现前后处理、分析求解及多场分析统一数据库的大型有限元软件。同时,ANSYS是最早采用并行计算技术的有限元软件,它支持从微机、工作站、大型机直至巨型机等所有硬件平台,并可与大多数的CAD软件集成并有交换数据的接口,ANSYS模拟分析问题的最小尺寸可在微米量级。该软件主要分析功能包括以下几个方面:(1)结构分析包括线性、非线性结构静力分析,结构动力分析(包括模态和瞬态),断裂力学分析,复合材料分析,疲劳及寿命估算分析,超弹性材料的分析等。(2)热分析包括稳态温度场分析,瞬态温度场分析,相变分析,辐射分析等。(3)高度非线性结构动力分析包括接触分析,金属成形分析,整车碰撞分析,焊接模拟分析,多动力学分析等。(4)流体动力学分析包括层流分析,湍流分析,管流分析,牛顿流与非牛顿流分析,内流与外流分析等。(5)电磁场分析包括电路分析,静磁场分析,变磁场分析,高频电磁场分析等。(6)声学分析包括水下结构的动力分析,声波分析,声波在固体介质中的传播分析,声波在容器内的流体介质中传播分析等。3.2计算机软件分析前处理模块:实体建模,网格划分,加载。前处理模块提供了一个强大的实体建模及网格划分工具,用户可以方便地构造有限元模型。分析计算模块:分析计算模块包括结构分析(可进行线性分析、非线性分析和高度非线性分析)、流体动力学分析、电磁场分析、声场分析、压电分析以及多物理场的耦合分析,可模拟多种物理介质的相互作用,具有灵敏度分析及优化分析能力。后处理模块:通用后处理模块:显示计算结果(等直线,剃度,矢量,透明,动画效果等),输出计算结果(图表,曲线);时间历程响应检查在一个时间段或子步历程中结果。3.3材料属性分析ANSYS操作界面如下图3所示,该软件分析过程中有3个主要的分析步骤:(1)创建有限元模型,包括创建或读入几何模型、定义材料属性、划分单元。(2)施加载荷进行求解,包括施加载荷及载荷选项、求解。(3)查看结果,包括察看分析结果、检验结果(分析是否正确)。4仿真实验软件的功能仿真软件是专门用于仿真的计算机软件,是不断改善面向问题、面向用户的模块描述能力和对模型实验的功能。不同技术水平的用户通过