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Ansys HFSS 2022 R1/R2新功能要點

02/02 12:10
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1.1求解器性能增強(qiáng)

FEM有限元求解器自動選擇使用Direct/Iterative求解器,降低用戶設(shè)置門檻,算法根據(jù)問題的端口數(shù)、矩陣量、網(wǎng)格數(shù)、網(wǎng)格質(zhì)量和求解頻率等信息自動選擇應(yīng)用哪種求解器,在提升仿真效率的同時盡可能減小內(nèi)存的消耗。在分析復(fù)雜問題時還能應(yīng)用混合的直接和迭代求解器,提升HFSS求解性能的同時保證了求解的高精度。以下對包含頭模在內(nèi)的手機(jī)問題求解時,使用直接法、迭代法和自動選擇三種設(shè)置條件下所占的仿真資源數(shù)據(jù)對比。

用直接求解器求解多端口問題時減小內(nèi)存消耗,以下案例用FEM直接法求解封裝問題,新版本內(nèi)存占用減少25%。

僅計算S參數(shù)求解效率增強(qiáng),在掃頻時通過改善S矩陣截至頻率提升內(nèi)存使用效率,加速求解,以下是對片上問題掃頻仿真的數(shù)據(jù)對比,新版本效率提升44%。

新版本提供AMD CPU算法庫,支持使用AMD CPU對直接求解器加速,HFSS求解前會自動檢測計算節(jié)點使用的CPU供應(yīng)商,針對AMD CPU,軟件會使用專門的算法庫支持并行加速。以下是并行加速效果對比,新版本使用AMD CPU算法庫加速效果提升了44%~82%。

網(wǎng)格融合(Mesh Fusion)功能求解效率提升,可以實現(xiàn)跨節(jié)點分布式矩陣求解和場恢復(fù),提升分布式矩陣求解效率。

支持在非一致內(nèi)存訪問(NUMA: Non-Uniform Memory Access)機(jī)器上自動設(shè)置HPC,基于檢測到的CPU槽數(shù)來確定MPI任務(wù)數(shù),同一任務(wù)不會占用跨槽CPU。以下是Windows系統(tǒng)4槽計算節(jié)點上新老版本仿真時間的對比。

1.2 HFSS建模內(nèi)核變更(Beta)

老版本HFSS建模內(nèi)核是ACIS,2022版本開始建模內(nèi)核變更為Parasolid。新版本HFSS打開老版本文件時,軟件會先自動完成模型的轉(zhuǎn)化,如果模型轉(zhuǎn)換失敗可以選擇刪除老版本文件里的建模歷史重新轉(zhuǎn)換,但該操作會導(dǎo)致丟失原HFSS設(shè)計里的參數(shù)化。

老版本HFSS設(shè)計里如果有非加密的3D Component,那新版本HFSS打開時將會自動完成模型內(nèi)核切換。如果老版本設(shè)計里包含了加密的3D Component,則用新版本HFSS打開時不能自動把部件切換到Parasolid內(nèi)核的版本,需要用戶先手動把加密的3D Component升級到最新的版本,再導(dǎo)入到新版本HFSS。

1.3HFSS 3D Layout寬帶快速掃頻功能(Beta)

老版本HFSS快速掃頻技術(shù)基于單個求解頻點抽取出周圍的頻率數(shù)據(jù),該技術(shù)適用于求解相對帶寬比較小的問題,而且不支持求解頻變材料。新版本的寬帶快速掃頻技術(shù)基于求解多個頻點來實現(xiàn)快速的頻率掃描,可以用來求解相對帶寬更大的問題,更插值掃頻相比需要使用的頻點數(shù)量更少,效率更高。而且支持頻變材料的寬帶掃頻求解。

以下是對交叉數(shù)字微帶濾波器使用快速寬帶掃頻和插值掃頻的仿真結(jié)果對比,在超寬帶頻率范圍內(nèi)兩者結(jié)果高度一致,插值掃頻求解了17個頻點,寬帶快速掃頻只求解2個頻點,相比插值掃頻快5.5倍。

寬帶快速掃頻求解過程中會對模型降階處理,求解時間更快,占用硬件資源更少,在求解更少頻點的同時還能保持極高的精度。以下是對多端口高速PCB問題的掃頻求解結(jié)果,兩者仿真數(shù)據(jù)一致,寬帶快速掃頻相比插值掃頻加速1.79倍。

1.4 HFSS 3D Component以及網(wǎng)格融合功能增強(qiáng)

網(wǎng)格融合功能支持Phi Plus Mesh,剖分過程中對鍵合線模型進(jìn)行自動修復(fù),真正實現(xiàn)并行的網(wǎng)格剖分,12核CPU并行情況下可實現(xiàn)超過10倍的加速效果,對復(fù)雜問題實現(xiàn)快速準(zhǔn)確高質(zhì)量的網(wǎng)格剖分。而且不僅使網(wǎng)格剖分更快,還能實現(xiàn)更快收斂,更少初始網(wǎng)格數(shù)量,更快掃頻。

網(wǎng)格融合功能支持Component網(wǎng)格優(yōu)先級設(shè)置,對Component和原生模型交疊的區(qū)域可優(yōu)先使用Component的網(wǎng)格技術(shù)進(jìn)行剖分??梢远xComponent的凈空區(qū)尺寸,無需手動創(chuàng)建。

可以把HFSS 3D Layout的設(shè)計創(chuàng)建成Layout Component,可以導(dǎo)入HFSS 3D,查看Layout Component的矩陣、場圖等,生成Layout Component時支持參數(shù)化,支持設(shè)置FEBI和混合求解區(qū)域,可在HFSS 3D中使用混合算法求解。

HFSS 3D導(dǎo)入的Layout Component只有外圍盒子和端口才是真實的幾何結(jié)構(gòu),內(nèi)部其他部分都僅是顯示所用,可以設(shè)置Layout中與顯示相關(guān)的各種屬性。layout的參考坐標(biāo)系在HFSS 3D中仍然可用,方便在3D中與其他結(jié)構(gòu)裝配。

支持對Layout Component加密,可以選擇工藝加密和完全加密。工藝加密后看到的是混亂的疊層結(jié)構(gòu),不能看到介質(zhì)材料定義,所有的PCB設(shè)計、網(wǎng)格和求解都被加密處理。完全加密的Layout Component導(dǎo)入后只能看到黑盒子,以及里邊的端口位置。

網(wǎng)格融合支持Layout Component,可以對3D和Layout部件設(shè)置不同的網(wǎng)格剖分方法,支持設(shè)置部件的網(wǎng)格剖分優(yōu)先級。(Beta)

1.5新的柔性PCB工作流程(Beta)

HFSS 3D Layout推出最新的柔性PCB專用仿真流程,該流程以ECAD為中心,把柔性PCB當(dāng)成平面PCB一樣查看和編輯,有專門的流程來定義平面區(qū)和彎折區(qū),還支持3D Component分層設(shè)計,方便將柔性PCB與其他部件或系統(tǒng)設(shè)計集成。對柔性PCB問題提供專門的網(wǎng)格剖分方法,自動實現(xiàn)區(qū)域分解,支持classic或Phi Plus網(wǎng)格剖分技術(shù),可以對平面和彎折部分實現(xiàn)快速和高質(zhì)量的網(wǎng)格生成。對柔性PCB采用更嚴(yán)格的三維電磁場仿真,準(zhǔn)確考慮彎折的影響和電磁耦合。

1.6 IC Design Mode(Beta)

新版本HFSS 3D Layout推出專業(yè)的IC設(shè)計模式,導(dǎo)入GDS文件自動進(jìn)入該模式,集成ECADXplorer功能可編輯高容量IC集成電路,針對IC設(shè)計覆蓋包含端口、網(wǎng)格反饋、求解、后處理等的端到端仿真流程,支持IC設(shè)計內(nèi)各層級和基于單元的導(dǎo)航和編輯,包括了求解設(shè)置和其他相關(guān)選項。

1.7 SBR+求解器功能增強(qiáng)

求解體SBR+功能增強(qiáng),可自動處理介質(zhì)交界處的方向,金屬可存在于介質(zhì)體的內(nèi)部和表面。

支持在用SBR+求解的載體平臺上放置3D Component Array,陣列可被放置在參考坐標(biāo)系上,方便操作,陣列需要被空氣盒子包圍。

新增快速頻率循環(huán)(FFL: Fast Frequency Looping)功能,推薦相對帶寬小于10%時使用,使用SBR+求解多發(fā)多收的MIMO天線問題時仿真效率提升超過10倍。

老版本未考慮表面粗糙度的情況下,SBR+仿真結(jié)果過于理想化。新版本HFSS SBR+求解器支持設(shè)置表面粗糙度模型,不用獲取詳細(xì)的CAD細(xì)節(jié)和很大的計算資源即可評估表面粗糙度特征,可以使用快速頻率循環(huán)和GPU幫助仿真加速,仿真更高效、真實和準(zhǔn)確。

可設(shè)置幾何光學(xué)遮擋模型,當(dāng)被照亮區(qū)域很小或者在陰影區(qū)時,幾何光學(xué)會明確標(biāo)識陰影區(qū)域,讓不容易被觀察到的陰影處更加直觀。

場鏈接方式可計算方向性,方向性結(jié)果包括了區(qū)域損耗,求解輻射功率時包含了金屬損耗。

共形的電流源可視化,導(dǎo)入的SWE圖可視化。

VRT可實現(xiàn)總共和累計的射線長度篩選。

1.8 濾波器綜合設(shè)計工具功能增強(qiáng)

Nuhertz改進(jìn)了濾波器自動離散優(yōu)化功能,支持調(diào)用Medelithics器件庫中的SMD器件替換濾波器設(shè)計中理想的RLC,使用HFSS優(yōu)化算法對集總參數(shù)的濾波器設(shè)計尋優(yōu),實現(xiàn)快速準(zhǔn)確的濾波器設(shè)計。下圖左側(cè)是自動離散優(yōu)化前的濾波器Layout設(shè)計和S參數(shù)結(jié)果,右側(cè)是優(yōu)化后的結(jié)果。

1.9 HFSS 3D其他性能和易用性改進(jìn)

用于編輯激勵源和天線參數(shù)的交互式對話框。

通過選擇導(dǎo)體邊緣和參考地,自動創(chuàng)建集總端口,提升建模效率。

以參考坐標(biāo)系為基準(zhǔn)導(dǎo)出場計算器的數(shù)據(jù)。

增強(qiáng)的場和網(wǎng)格顯示功能,在單個對話框中選擇求解、場量、層、Nets和三維結(jié)構(gòu)。

IE區(qū)域支持存在混合的金屬和介質(zhì)材料(正式發(fā)布)。

HFSS支持對導(dǎo)入的輕量級幾何文件(STL)設(shè)置成IE區(qū)域,進(jìn)行混合算法求解。

同一個HFSS 3D設(shè)計中同時存在Modal和集總端口(正式發(fā)布)。

瞬態(tài)的隱式求解器可求解各向異性材料。

EMC工具庫中增加新的部件,增加AEC/JEDEC人體模型, ISO10605道路車輛測試的ESD源部件,ISO7637-2測試的EFT源部件。

二次電子散射模型精度提高,提升低氣壓放電的仿真精度。

正式發(fā)布射頻放電(RF Discharge)仿真功能,擴(kuò)展內(nèi)嵌的氣體庫種類,與實驗結(jié)果更接近的電子崩參數(shù)。

1.10 HFSS 3D Layout其他性能和易用性改進(jìn)

支持新的矩陣收斂判斷標(biāo)準(zhǔn),輸出以差分對為函數(shù)的變量。

在項目樹中顯示3D Component,可方便選擇、編輯、更改顯示屬性等。

改善的模型交叉檢查性能。

場后處理功能增強(qiáng),顯示體損耗密度、可選擇三維線進(jìn)行場計算。

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公眾號“老貓電磁館”主筆,仿真軟件專家,高頻電磁問題專家,從事電磁場仿真與天線設(shè)計工作近二十年,關(guān)注方向包括各類天線設(shè)計與優(yōu)化,高頻電磁兼容,強(qiáng)電磁脈沖防護(hù),5G與物聯(lián)網(wǎng)等。愛好美的事物,喜歡用文字和光影與讀者交流,工匠精神,人文關(guān)懷,從心開始。