Представлен состав и основные функциональные возможности программного обеспечения HyperLynx 3D EM (IE3D) компании Mentor Graphics для трёхмерного моделирования электромагнитных полей электронных устройств и систем.
Ключевые слова: электронные устройства и системы, электромагнитные поля, трехмерное моделирование, Mentor Graphics, HyperLynx 3D EM, IE3D.
С усложнением алгоритмов функционирования радиоэлектронных функциональных узлов, увеличением быстродействия, повышением плотности компоновки печатных плат и прокладки трасс печатного монтажа обостряется проблема проектирования электронных устройств и систем, обеспечения целостности сигналов, целостности питания и электромагнитной совместимости. При традиционных «ручных» способах ведения проекта неизбежна стадия физического моделирования (макетирования). Современные программные комплексы дают возможность существенно ускорить и сократить затраты на верификацию проекта за счет развитых подсистем моделирования функций, заложенных в проект разработчиком, а также оценки паразитных эффектов в схеме и печатной плате проектируемого изделия.
Компания Mentor Graphics, являющаяся одним из мировых лидеров в области разработки и распространения средств автоматизации проектирования электронных систем и программного обеспечения. Приоритетными направлениями развития средств проектирования, поставляемых Mentor Graphics, являются комплексные маршруты проектирования, функциональной и физической верификации систем, печатных плат и интегральных схем и многое другое [1, 2].
HyperLynx 3D EM (ранее известен как IE3D) — полноволновой (full-wave) симулятор [3], который хорошо известен своей скоростью, точностью результатов моделирования, а также меньшим потреблением оперативной памяти с момента своего создания в 1992 году. HyperLynx 3D EM использует неоднородные сетки и аппроксимацию кривыми. Автоматически извлекает необходимые данные из файлов топологии печатной платы или корпуса интегральной микросхемы. HyperLynx 3D EM обеспечивает генерацию моделей S-параметров многопортовых компонентов (формат Touchstone), и широкополосных RCLK Spice моделей, которые можно использовать для проведения анализа во временной и частотной областях. Полученные модели могут использоваться в HyperLynx SI&PI [1, 2], для проведения анализа целостности сигналов и питания. Он используется для решения широкого круга задач: от структур на уровне компонентов до разработки на системном уровне. HyperLynx 3D EM позволяет моделировать соединительные элементы корпусов и плат, включая соединительные шины, переходные отверстия, шариковые и столбиковые выводы, слои диэлектрика и т. д. В сочетании с прочими полезными программами, включенными в состав IE3D System Design EM, IE3D также применяется для анализа ВЧ/СВЧ электронных схем, оптимизации конструкции, параметризации геометрии в режиме реального времени и прочего. Многие разработчики и исследователи используют IE3D для прототипирования, моделирования, а также проверки своих разработок.
Состав программного комплекса HyperLynx 3D EM (IE3D) [3]:
MGRID — это основной продукт данного комплекса, редактор топологии для создания различных структур. Позволяет пользователям создавать и редактировать различные структуры, состоящие из многоугольников и вершин. Позволяет полностью контролировать точную форму и положение конкретной геометрической модели. Начиная с версии 14, MGRID переименован в IE3D EM Design System. Он включает в себя встроенный редактор топологии, средства отображение и пост-процессорной обработки S-параметров, средства отображения распределения тока, отображение и пост-процессорная обработка полей ближней и дальней зоны. Так же имеется модуль FastEM Design Kit для полно-волновой ЭМ подстройки и оптимизации в режиме реального времени.
IE3DLibrary — этообъектно-ориентированный редактор топологии и схемотехники, предназначенный для моделирования и редактирования параметризированной геометрической модели [4]. С введением Fast EM Design Kit, возможность параметризации геометрии, доступная в редакторе MGRID, является ключевой для полно-волнового анализа. Однако степень параметризации в MGRID ограничена уровнем многоугольников и вершин. Параметризация более высокого уровня доступна в IE3DLibrary. Для большей гибкости, в IE3D реализованы булева геометрия и пустые множества. Новые возможности позволяют с помощью IE3DLibrary реализовать более сложные параметризированные модели. Так же IE3DLibrary относительно прост в работе, поскольку содержит лишь небольшое число команд.
AGIF — средство IE3D-SI моделирования, с помощью которого можно создавать 3D модели напрямую из GDSII-файлов, Cadence Virtuoso и Cadence Allegro [5].
IE3DOS — ЭМ-симулятор или ядро ЭМ-симулятора для численного анализа. Представляет собой приложение в виде командной строки DOS. Обычно программа запускается для ЭМ анализа в фоновом режиме и не видна пользователям, однако в 64-разрядных системах данное приложение способно анализировать более сложные структуры.
MODUA — это схемотехнический редактор для отображения параметров и анализа узловых схем. Большинство возможностей данного модуля интегрировано в MGRID начиная с 14 версии. Тем не менее, смешанный ЭМ и схемный анализ все еще остаются уникальной особенностью данного модуля, в то время как отображение S-параметров и пост-процессорная обработка теперь доступны в MGRID версии 14.
PATTERNVIEW — это модуль пост-процессорной обработки для отображения диаграммы направленности и последующей ее обработки.
ADIX — опциональный преобразователь форматов ACIS/DXF/GDSII/GERBER. Весь функционал данного модуля интегрирован в MGRID для тех пользователей, которые выбрали данную опцию.
В IE3DLibrary интегрированы следующие модули: FilterSyn (моделирование и синтез фильтров) [6] и SpiralSyn (моделирование и синтез спиралей) [7].
FilterSyn обладает следующими полезными функциями [6]:
- использует точные аналитические модели;
- поддерживает низкочастотные, полосовые и режекторные фильтры;
- покрывает коаксиальные, микрополосковые, полосковые/LTCC линии, а так же близкие к полосковым структуры;
- проводит быстрый анализ и синтез;
- обладает встроенным оптимизатором генетического алгоритма;
- имеет дружественный графический пользовательский интерфейс;
- создает фильтры и экспортирует их в HyperLynx 3D EM (IE3D);
- так же может быть вызван из топологии фильтра;
- протестирован с помощью обширных экспериментов.
FilterSyn в настоящее время позволяет создавать 25 вариантов коаксиальных, микрополосковых, полосковых/LTCC, полосковообразных фильтров.
SpiralSyn имеет следующие особенности [7]:
- выполняет электромагнитное моделирование и синтез, используя HyperLynx 3D EM (IE3D);
- создает спиральные объекты и экспортирует их в HyperLynx 3D EM (IE3D).
SpiralSyn в настоящее время поддерживает работу со множеством спиралевидных структур (от катушек индуктивностей до трансформаторов), а также межпальцевых и металл-изолятор-металл (metal-insulator-metal, MIM) конденсаторов.
Функциональная схема базового маршрута электромагнитного анализа средствами HyperLynx 3D EM приведена на рис. 1.
Рис. 1. Функциональная схема базового маршрута IE3D ЭМ анализа
Литература:
1. Возможности программного обеспечения компании Mentor Graphics в области пост-топологического анализа электронных модулей / Карабан В. М., Краюхин А. С., Севастьянов Р. С. // Научная сессия ТУСУР–2013: Материалы Всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых, Томск, 15–17 мая 2013 г. — Томск: В-Спектр, 2013. — Т.3. — С.39–42.
2. Возможности программного обеспечения компании Mentor Graphics в области пред-топологического анализа электронных модулей / Карабан В. М., Краюхин А. С., Севастьянов Р. С. //Научная сессия ТУСУР–2013: Материалы Всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых, Томск, 15–17 мая 2013 г. — Томск: В-Спектр, 2013. — Т.3. — С.42–45.
3. HyperLynx 3D EM User’s Manual. Software Version 15.2 / Mentor Graphics Corporation. — 2012. — P.658.
4. HyperLynx 3D EM Library Manual. Software Version 15.2 / Mentor Graphics Corporation. — 2012. — P.69.
5. HyperLynx 3D EM Designer. AGIF Manual. Automatic Geometry to HyperLynx 3D EM Flow. Release 15.2 / Mentor Graphics Corporation. — 2012. — P.100.
6. HyperLynx 3D EM. FilterSyn Windows User’s Manual. Software Version 15.2 / Mentor Graphics Corporation. — 2012. — P.30.
7. HyperLynx 3D EM. SpiralSyn for Windows User’s Manual. An IE3DLibrary Spiral Module. Software Version 15.2 / Mentor Graphics Corporation. — 2012. — P.18.
