eng
Выпуск #6/2015
Д.Фролов, А.Круглов, К.Мещерякова
ANSYS: ПЯТЬ СОСТАВЛЯЮЩИХ КОМПЛЕКСНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОНИКИ
ANSYS: ПЯТЬ СОСТАВЛЯЮЩИХ КОМПЛЕКСНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОНИКИ
Просмотры: 2909
Рассматриваются возможности разработки электронных устройств с помощью программного комплекса ANSYS, позволяющего проводить расчет параметров электромеханических, радиоэлектронных, аналоговых и цифровых устройств как гражданского, так и военного назначения. Для удобства анализируются пять наиболее важных составляющих.
Высокочастотная электроника
Инженерам, работающим над созданием ВЧ/СВЧ-электроники, будет интересна новая платформа ANSYS Electronics Desktop, в которую вошли известные многим пользователям программные продукты HFSS, Designer RF и Q3D Extractor. Данная платформа позволяет моделировать электронные устройства, выполненные из сложных материалов, с заданием комплексных граничных условий и способов возбуждения, рассчитывать и анализировать различные характеристики, например:
S-, Y- и Z-параметры;
распределение полей и токов внутри устройств;
поля в ближней и дальней зонах и др.
Пользователям доступен целый арсенал высокопроизводительных и точных численных методов для работы во временной и частотной областях, в том числе и метод моментов. Полученные результаты можно применить во встроенном модуле расчета схем, использующем технологии Nexxim, и собрать собственную цепь, включив в нее модели линейных и нелинейных электронных компонентов, например SPICE-модель или Х-параметры транзистора. При необходимости можно объединить несколько схем в одну цепь и провести анализ на системном уровне в программном продукте ANSYS Simplorer.
Платформа ANSYS Electronics Desktop подходит для создания антенн (рис.1), фильтров, усилителей мощности, смесителей, для расчета эффективной площади рассеяния и решения других задач высокочастотной электроники.
Подробнее: www.cadfem-cis.ru/hfss.
Цифровые устройства
Один из наиболее динамично развивающихся классов электроники – цифровые устройства, которые стали популярными благодаря точности и помехоустойчивости (в сравнении с аналоговыми). Однако по мере развития технологий, повышения скоростей передачи и, как следствие, расширения спектров передаваемых сигналов у разработчиков появляются задачи, связанные с обеспечением целостности сигналов и систем питания таких устройств.
Для решения подобных задач наиболее эффективно применение связки ANSYS SIwave и ANSYS Electronics Desktop, с помощью которых возможен анализ и оценка:
работы печатных плат, соединителей и упаковок интегральных схем в частотной и временной областях;
электромагнитной совместимости;
перекрестных помех;
ошибок битовых последовательностей;
целостности сигнала при помощи глазковых диаграмм (рис.2).
Для задания в расчетах интегральных схем можно воспользоваться IBIS и IBIS-AMI-моделями, а также задействовать специализированный продукт ANSYS Apache.
Подробнее: www.cadfem-cis.ru/siwave.
Низкочастотная электроника
К другому крупному классу электроники относятся различные электромагнитные и электромеханические устройства. Расчет их надежности и эффективности проводится с помощью программного продукта ANSYS Maxwell. Данный программный продукт позволяет получить картину электромагнитного поля при проектировании и исследовании двумерных и трехмерных моделей датчиков, реле, трансформаторов, двигателей и других электромеханических устройств (рис.3).
ANSYS Maxwell основан на методе конечных элементов и точно рассчитывает статические и гармонические электромагнитные поля, а также переходные процессы в полевых задачах. Автоматическая адаптивная сетка упрощает процесс моделирования, автоматизируя численный анализ на всех его этапах.
ANSYS Maxwell нашел применение при разработке автомобильных, оборонных, авиакосмических и промышленных устройств.
Подробнее: www.cadfem-cis.ru/maxwell.
Охлаждение электроники
Правильно подобранный тепловой режим – важнейшее условие обеспечения работоспособности электронных устройств. Тепловой расчет на ранних стадиях проектирования позволяет повысить качество устройства и вывести готовый продукт на рынок в более короткие сроки. Программный пакет ANSYS Icepak дает возможность выполнить оценку теплового режима микросхем, печатных плат и электронных блоков, а также принять решение о необходимости принудительного охлаждения, выбрать варианты размещения радиаторов и вентиляторов еще до проведения физических испытаний устройства.
ANSYS Icepak сочетает в себе решатель с широкими возможностями, автоматическую адаптивную сетку, библиотеки материалов и электронных компонентов. Дружественный интерфейс программного продукта позволяет быстро моделировать теплопередачу, движение жидкостей и газов (рис.4) для обеспечения оптимального охлаждения различной электронной техники, в частности, компьютеров, телекоммуникационного оборудования и полупроводниковых приборов, а также аппаратуры для авиакосмической и автомобильной отраслей.
Подробнее: www.cadfem-cis.ru/icepak.
Механика
Значительное внимание при проектировании электроники следует уделять и прочностным характеристикам, поскольку работа изделий может значительно изменяться под воздействием следующих внутренних и внешних механических факторов:
высокая мощность работы и солнечный нагрев могут привести к температурным деформациям антенн и радиопрозрачных укрытий, а также к дрейфу параметров элементов фидерного тракта;
следствием ветровой нагрузки могут стать прогибы и отклонения антенн и радиопередающих устройств;
печатные платы разрушаются от высоких уровней вибрации при работе или неравномерном движении устройств.
Все эти и многие другие эффекты можно моделировать в программном продукте ANSYS Mechanical, который обладает широкими возможностями для решения задач механики деформируемого твердого тела, теплопроводности и акустики (рис.5).
Подробнее: www.cadfem-cis.ru/mechanical.
* * *
Благодаря ANSYS численное моделирование и многодисциплинарный анализ сегодня становятся доступными широкому кругу специалистов, которые, взаимодействуя в единой расчетной среде, могут реализовывать смелые инженерные идеи и создавать современные изделия, отвечающие мировым стандартам качества и высоким запросам потребителей. ⦁
Инженерам, работающим над созданием ВЧ/СВЧ-электроники, будет интересна новая платформа ANSYS Electronics Desktop, в которую вошли известные многим пользователям программные продукты HFSS, Designer RF и Q3D Extractor. Данная платформа позволяет моделировать электронные устройства, выполненные из сложных материалов, с заданием комплексных граничных условий и способов возбуждения, рассчитывать и анализировать различные характеристики, например:
S-, Y- и Z-параметры;
распределение полей и токов внутри устройств;
поля в ближней и дальней зонах и др.
Пользователям доступен целый арсенал высокопроизводительных и точных численных методов для работы во временной и частотной областях, в том числе и метод моментов. Полученные результаты можно применить во встроенном модуле расчета схем, использующем технологии Nexxim, и собрать собственную цепь, включив в нее модели линейных и нелинейных электронных компонентов, например SPICE-модель или Х-параметры транзистора. При необходимости можно объединить несколько схем в одну цепь и провести анализ на системном уровне в программном продукте ANSYS Simplorer.
Платформа ANSYS Electronics Desktop подходит для создания антенн (рис.1), фильтров, усилителей мощности, смесителей, для расчета эффективной площади рассеяния и решения других задач высокочастотной электроники.
Подробнее: www.cadfem-cis.ru/hfss.
Цифровые устройства
Один из наиболее динамично развивающихся классов электроники – цифровые устройства, которые стали популярными благодаря точности и помехоустойчивости (в сравнении с аналоговыми). Однако по мере развития технологий, повышения скоростей передачи и, как следствие, расширения спектров передаваемых сигналов у разработчиков появляются задачи, связанные с обеспечением целостности сигналов и систем питания таких устройств.
Для решения подобных задач наиболее эффективно применение связки ANSYS SIwave и ANSYS Electronics Desktop, с помощью которых возможен анализ и оценка:
работы печатных плат, соединителей и упаковок интегральных схем в частотной и временной областях;
электромагнитной совместимости;
перекрестных помех;
ошибок битовых последовательностей;
целостности сигнала при помощи глазковых диаграмм (рис.2).
Для задания в расчетах интегральных схем можно воспользоваться IBIS и IBIS-AMI-моделями, а также задействовать специализированный продукт ANSYS Apache.
Подробнее: www.cadfem-cis.ru/siwave.
Низкочастотная электроника
К другому крупному классу электроники относятся различные электромагнитные и электромеханические устройства. Расчет их надежности и эффективности проводится с помощью программного продукта ANSYS Maxwell. Данный программный продукт позволяет получить картину электромагнитного поля при проектировании и исследовании двумерных и трехмерных моделей датчиков, реле, трансформаторов, двигателей и других электромеханических устройств (рис.3).
ANSYS Maxwell основан на методе конечных элементов и точно рассчитывает статические и гармонические электромагнитные поля, а также переходные процессы в полевых задачах. Автоматическая адаптивная сетка упрощает процесс моделирования, автоматизируя численный анализ на всех его этапах.
ANSYS Maxwell нашел применение при разработке автомобильных, оборонных, авиакосмических и промышленных устройств.
Подробнее: www.cadfem-cis.ru/maxwell.
Охлаждение электроники
Правильно подобранный тепловой режим – важнейшее условие обеспечения работоспособности электронных устройств. Тепловой расчет на ранних стадиях проектирования позволяет повысить качество устройства и вывести готовый продукт на рынок в более короткие сроки. Программный пакет ANSYS Icepak дает возможность выполнить оценку теплового режима микросхем, печатных плат и электронных блоков, а также принять решение о необходимости принудительного охлаждения, выбрать варианты размещения радиаторов и вентиляторов еще до проведения физических испытаний устройства.
ANSYS Icepak сочетает в себе решатель с широкими возможностями, автоматическую адаптивную сетку, библиотеки материалов и электронных компонентов. Дружественный интерфейс программного продукта позволяет быстро моделировать теплопередачу, движение жидкостей и газов (рис.4) для обеспечения оптимального охлаждения различной электронной техники, в частности, компьютеров, телекоммуникационного оборудования и полупроводниковых приборов, а также аппаратуры для авиакосмической и автомобильной отраслей.
Подробнее: www.cadfem-cis.ru/icepak.
Механика
Значительное внимание при проектировании электроники следует уделять и прочностным характеристикам, поскольку работа изделий может значительно изменяться под воздействием следующих внутренних и внешних механических факторов:
высокая мощность работы и солнечный нагрев могут привести к температурным деформациям антенн и радиопрозрачных укрытий, а также к дрейфу параметров элементов фидерного тракта;
следствием ветровой нагрузки могут стать прогибы и отклонения антенн и радиопередающих устройств;
печатные платы разрушаются от высоких уровней вибрации при работе или неравномерном движении устройств.
Все эти и многие другие эффекты можно моделировать в программном продукте ANSYS Mechanical, который обладает широкими возможностями для решения задач механики деформируемого твердого тела, теплопроводности и акустики (рис.5).
Подробнее: www.cadfem-cis.ru/mechanical.
* * *
Благодаря ANSYS численное моделирование и многодисциплинарный анализ сегодня становятся доступными широкому кругу специалистов, которые, взаимодействуя в единой расчетной среде, могут реализовывать смелые инженерные идеи и создавать современные изделия, отвечающие мировым стандартам качества и высоким запросам потребителей. ⦁
Отзывы читателей
