PCB仿真软件与电磁场求解器的算法

本文介绍了PCB仿真软件中的电磁场求解器,包括2D、2.5D和3D求解器的分类及其特点。2D求解器效率最高,适用于简单应用;2.5D求解器利用多层介质格林函数,适合平面电路结构;3D求解器最能准确模型实际情况,适用于复杂3D结构。全波、准静态算法各有优劣,适用于不同场景和频率范围。矩量法、有限元法、时域有限差分法和边界元法是常见的求解器算法,每种都有特定的应用优势。

1. 简介

        目前商业化的PCB仿真软件主要有: Cadence公司的Sigrity、Ansys公司的SIwave/HFSS、CST公司的CST、Mentor公司的HyperLynx、Polor公司的Si9000等。不同的仿真软件所使用的电磁场求解器各不一样,但是可以大致分为几类:

  • 按仿真维度分: 2D、2.5D、3D
  • 按逼近类型分: 静态、准静态、TEM波、全波

        下表中列出了各种电磁场求解器的特点以及适用的结构和场合。

维度

逼近类型

适合结构

应用场合

特点

2D

准静态

横截面在长度方向无变化

传输线的RLGC低频建模

不适应任意结构,高频精度低

2D

全波

横截面在长度方向无变化

传输线的RLGC全频建模

不适应任意结构

2.5D

TEM波

多层平面结构

电源地平面结构低频建模

当结构是3D时,带有寄生效应;当缺少参考面时,高频段结果不准

2.5D

全波、边界元法、矩量法

叠层结构

某些片上无源,PCB

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