iconANSYS EM 电磁场与系统分析工具包icon

随着制造业的发展,投入设计、生产的新技术复杂度日益增加,产品开发阶段需要验证的物理现象的范围正逐步扩大,困难程度也在不断提高。为了充分应对这些挑战,CAE 已经在各行各业中广泛应用。今天,CAE 已经是产品生命周期中不可或缺的一环,尤其是在世界发达国家,CAE 更是在各行各业中被活学活用。ANSYS 是一家多物理域 CAE 仿真公司,ANSYS 的软件在世界各地的公司和研究机构广泛应用于结构、流体、热、电磁场、压电、声学等物理现象的研究。上述物理现象的组合就是耦合问题,ANSYS 软件能够根据不同的设计目的来灵活地实现这样的耦合仿真。ANSYS 提供了 ANSYS Workbench 的集成环境,它把前后处理器和各个领域的求解器集成在其中,用户可以在统一的环境下运行多物理域仿真分析,这是 ANSYS 的一大优势。在日趋激烈的市场竞争下,产品开发需要先进的技术和知识。借助 ANSYS 的仿真优势,您可以事半功倍地开发具有竞争力的产品。

icon产品组成icon
iconMaxwell 为构建高效和可靠的电磁及机电产品保驾护航icon
首选 ANSYS 公司电磁场仿真工具,设计最佳性能产品
无论是设计混合动力汽车,核磁共振成像产品,还是风力涡轮发电机(系统,子系统或者部件),产品品质主要取决于所选用的场求解技术和设计工具。电磁和机电设备设计工程师们正面临持续增长的竞争压力 :产品要小型化,更可靠,更高效,成本要降低。实践证明:仿真能大幅降低原型机测试和生产成本 ;ANSYS 公司的 Maxwell 是工业界领先的电磁仿真软件,能满足机电产品工程师的仿真设计需求,提升高品质产品设计能力。
 
Maxwell 包含二维和三维的瞬态磁场、交流电磁场、静磁场、静电场、直流传导场和瞬态电场求解器,能准确地计算力、转矩、电容、电感、电阻和阻抗等参数,并且能自动生成非线性等效电路和状态空间模型,用于进一步的控制电路和系统仿真,实现此部件在考虑了驱动电路、负载和系统参数后的综合性能分析。Maxwell18.0 新增磁致伸缩和逆伸缩材料性、一阶体网格、3D Component 功能,强化 TDM,使机电设备仿真流程更便捷、更强大。
icon直观、快速、精确的解决方案icon
自动自适应网格剖分
用户仅需指定求解模型的几何尺寸、材料属性和期望的输出结果,即可采用 Maxwell 验证的自动自适应网格剖分技术跳过繁琐的有限元(FEA)网格设置和改善优化环节,让用户各层次的高级数值分析均变得切实可行。新增的一阶网格与原二阶网格互补,有效减小了内存使用量,加快了仿真速度。
动态链接到 ANSYSSimplorer
Maxwell关键技术之一是高保真度降阶模型,用于Simplorer 多域系统仿真软件中。Maxwell 与 Simplorer 同集成于 ANSYS 电子桌面,使此功能强大的、基于电磁学动态链接的设计流程更加便捷。用户可以联合复杂的电路和精确的电磁部件模型,设计出高性能电动机械、机电系统和电力电子系统。借助于 Maxwell 瞬态磁场求解器与 Simplorer 耦合和协同仿真技术,用户可直接检测机电系统(包括 :驱动电路、控制环和模数混合信号拓扑结构等)中电磁部件间细微的相互作用,以及电磁部件对整个系统的性能影响。
瞬态运动
Maxwell 瞬态磁场求解器精确考虑了刚体部件运动、复杂的耦合电路和感应涡流计算等问题,针对不同问题使用业界最专业的二阶体网格或新增的一阶体网格剖分技术,加之强化的 TDM(时间分解法)功能,可高效精确地计算各种时域仿真,例如 :各类型电机、促动器、传感器等产品的仿真。
永磁体温度依存性
施加外部磁场,或者对永磁体加热,都能改变硬磁材料的磁性质,从而导致永磁体发生退磁。Maxwell 的退磁分析功能可帮助用户研究分析永磁体电退磁和热退磁效果,精确评估电设备的性能。
求解速度提升
Maxwell 具有 64 位用户界面和求解器,能够仿真大规模工程问题,而不需要降低求解精度或修改几何模型细节。将多处理器技术集成到求解过程的每个阶段中,且革新后的求解器可显著加快求解速度,强化的时间分解算法能够更充分且合理的利用混合高性能计算,同时求解多个时间步,使自由度上亿的仿真项目从数周缩短到几个小时轻松完成求解,从而大大提升仿真效率。
iconANSYS RMxprt—旋转电机设计专家icon
 
RMxprt 是功能强大的旋转电机专业设计软件,能加快电机的设计和优化进程。通过 RMxprt 独特的电机设计模板和友好的Windows 风格设计界面,用户能方便地建模、输入材料、修改运行模式和驱动电路,快速地对成百上千种设计方案进行评估,并可对预选方案进行优化。同时,RMxprt 能自动生成 Maxwell 的 2D、3D 几何模型,设置材料属性、边界条 件、绕组激励和驱动电路、网格剖分、铁耗计算、运动和机械动态特性、求解选项等,用于精确电磁分析和优化设计 ;能自动输出 Simplorer 模型和控制电路,供控制系统仿真分析。
icon特色功能icon
●快速设计 RMxprt
提供 20 多种常规电机设计模板(包括感应电机、同步电机、电子换向和机械换向电机),用户只需简单地输入设计参数,就能在电机设计初期评估该设计方案,通过参数化自动扫描,能够快速优选方案。
●自动设计 RMxprt
便利的自动设计功能可从给定设计参数中自动引导用户的设计过程,如 :确定槽型尺寸、线圈匝数和线径、启动电容(单向感应电机)、绕组排列等。
●一键自动有限元模型
RMxprt 不仅能计算传统的电机性能,还能自动生成一键 Maxwell 的 2D/ 3D 模型,设置 材料属性、边界条件、绕组激励和驱动电路、网格剖分、铁耗计算、运动和机械动态特性、求解选项等,用于精确的电磁场有限元分析和优化设计。用户既无需导入或创建几何模型,又无需进行大量的有限元设置工作,大大加快整个产品的设计和优化进程。
●性能指标 RMxprt
求解算法和技术能快速计算关键的性能数据,如 :机械性能曲线(速度转矩曲线)、DQ 轴相关参数、功率损耗、气隙磁通、功率因数和效率等。
●导线库 RMxprt
包含了大量常用 ANSI IEC 标准导线材料库,同时用户可以很方便地自定义材料库。
●高保真系统模型
RMxprt 能自动创建考虑电机物理尺寸、绕组特性和非线性材料特性的高保证非线性等效电路模型。用户可利用 RMxprt 自动生成的等效电路模型,在 ANSYS Simplorer 机电系统设计平台上,分析电机的各种控制算法和电路拓扑结构、负载效应、瞬态电气特性等,以及电机与传动系统和其他多物理域元件的相互影响等。
●便捷的设计表单输出
RMxprt 设计表单列出了所有相关输入参数和计算结果,并图形显示电流、电压、转矩、反电势波形以及详细的绕组排布。RMxprt 也可以输出用户自定义的设计表单,可以直接输出到用户自定义格式后的 EXCEL 文件中。
●强大的脚本功能
RMxprt 可通过脚本语言与第三方应用程序进行集成,例如 VB script、IronPython、Tcl/TK、JavaScript、Perl、Excel 和 MATLAB,这有利于用户开发个性化的设计流程,也便于利用内部已有应用程序和历史数据。
iconRMxprt 设计流程icon
 
RMxprt是电机综合设计流程的理想起点,RMxprt、Maxwell以及Simplorer 一起,为电机及控制系统的设计和优化提供了一套高效、精确、有力的设计解决方案。
iconMaxwell 和 ANSYS RMxprt 组合——创建最佳电机设计流程icon

针对电动机和发电机设计,借助于基于电机模板的设计工具 ANSYS RMxprt,可大大改进 Maxwell 的设计流程并增加其设计能力。此组合软件包构成定制化电机设计流程,满足更高效、更低成本电机的市场需求。RMxprt 运用经典的解析电机理论和等效磁路法计算电机性能,确定电机原始尺寸,并且在数秒内完成数以万计的可能方案。RMxprt 能够一键输出Maxwell 二维和三维有限元分析模型,自动设置几何尺寸、材料、激励和边界条件等,进行精确的电磁场瞬态分析。

RMxprt 可直接输出各种重要的设计参数和计算结果,用户可快捷地统一用后处理器获取各种数据和性能曲线。RMxprt设计表单列出了所有想输入参数和计算结果,并图形化显示电流、电压、转矩、反电势波形以及详细的绕组排布。此外,RMxprt 也可以输出用户自定义的设计表单,将各种计算结果直接输出到用户定义格式后的 EXCEL 模板中。

iconANSYS PExprt—电感、电子变压器设计专家icon
ANSYS PExprt 集传统磁路法和有限元(FEA)分析技术于一体,精确评估变压器和电感的性能和效率,广泛应用于电力电子领域。
PExprt 可对一些设计问题进行独特的深入研究,比如气隙能量、绕组电流密度、漏磁通(漏电感)、绕组间电容、邻近效应和集肤效应、交叉绕组和集成绕组等。PExprt 还可以输出详细的模型到 Simplorer 中,仿真整个设计的磁效应和热效应。
快速设计
可以设计电感、多绕组变压器、耦合电感以及反激元件等多种磁性元件。 对设计参数进行优化,包括磁心尺寸、磁心材料、绕组匝数、气隙长度、绕线规格、并绕线股数等。
性能指标
PExprt 能计算出磁性元件的多种性能参数,包括磁心损耗、绕组损耗、磁通密度、直流阻抗、交流阻抗、电感量、漏磁和温升等。在设计时考虑了各种复杂效应对设计的影响,如趋肤效应、临近效应等。
模型生成、性能分析、电磁场和电路协同仿真
PExprt 提供了多家国际大厂的磁心、骨架、绝缘材料和导线的标准库,方便用户设计使用。选择库中自带的铁心形状、线型、材质等,可以优选符合设计需要的变压器。
iconANSYS Simplorer—多物理场电路和系统级仿真软件icon

随着产品设计层次的提升,部件、组件直至整个系统的融合越来越紧密。Simplorer 具有无缝集成的多种系统级建模技术(包括 :电路、框图、状态机、等式等)和建模语言,能够在同一个原理图中实现复杂系统设计,是高精度系统建模和仿真分析的理想工具。

 
ANSYS Simplorer 是直观易用、多物理域、多层次的系统仿真软件,能够帮助工程师实现复杂的高精度快速设计、仿真分析与优化设计,包括:电机、电磁、电源和其它机电一体化系统。在自动控制、航空航天、工业自动化等应用领域,工程师利用 Simplorer 软件,能够在设计的早期发现产品的不足,而传统的试制 – 测试方法或单点设计工具是难以做到的。
icon多物理域、多学科技术设计能力icon

Simplorer 具有多种建模技术,例如 :电路、框图、状态机、等式等 ;也具有多种建模语言,例如 :Modelica、IEEE 标准(1076.1)VHDL-AMS、Simplorer 建模语言(SML)、C/C++ 等。VHDL-AMS 能够采用连续时间与时间驱动建模语法,实现混合信号和多物理域系统建模,因而适用于模拟、数字、数模混合电路及系统建模,能够对集电气、机械、温度、液压、磁场等多物理域模型于一体的复杂系统建模。Simplorer 可便捷地和其他支持 Modelica、VHDL-AMS 标准的仿真工具进行模型交换,确保软件之间的兼容性并保持模型的继承性。Simplorer 允许在同一个原理图中使用不同的建模语言,同时进行模拟、数字、数模混合电路 / 系统的设计,这种灵活的建模方式避免了传统的单点设计工具需要采用数学变换和模型转换而引发的各种错误。Simplorer 包含强大的 IGBT 特征化建模工具,可创建关键器件的行为级、平均和动态模型。

icon物理原型建模icon
模型库不断完善,R18.0 版本新增了 IC 芯片库,便于板级电路进行高精度仿真。Simplorer 可与 ANSYS 其他业界领先的电磁场仿真软件进行直接接口,包括 :Maxwell、Q3D Extractor、RMxprt、PExprt、HFSS、SIwave、ANSYS Icepak、ANSYS Rigid Dynamic 以 及 ANSYS Mechanical 等。 支 持 Modelica,方便用户利用来自 Modelica 标准库和 Modelon 液压库和气动力学库的 1500 多种额外的器件进行仿真。通过协同仿真与降阶模型技术,Simplorer 可无缝集成各种详细的、物理原型级的模型、从而实现高精度系统设计。
统计分析与优化分析

Simplorer 具有参数化、优化、灵敏度、统计与调谐分析功能、这些先进的技术可以帮助用户根据性能测试标准来优化设计方案,从而优选设计变量并折中平衡设计方案。Simplorer 统计学分析功能全部集成了 SAE VHDL-AMS 统计分析包。

设备特征化建模工具

Simplorer 具有功能强大的设备与系统部件特征化建模工具,包括 :IGBT、功率二极管、功率 MOSFETs 管的建模工具和 DC-DC 建模工具。通过与业界顶级专家的合作研发,这些建模工具有助于在 Simplorer 中创建各种行为级模型、平均模型、基本动态模型以及高级动态模型等。

协同设计支持

Simplorer 强大的设计环境能够开发各种虚拟样机,可以在硬件和软件设计组中共享,从而使硬件和软件仿真成为可能。 Simplorer 库文件可以在网络上的不同使用者之间共享,这拓展了协同设计的机会。为了定制代码,用户可以把 C/C++,MATLAB/Simulink,Modelsim,QuestaSim,Mathcad 和其它特定代码直接集成到 Simplorer 中。这种从建模环境中直接集成模型的方法避免了模型转换,节约了设计时间,促进了不同部门、供应商与 OEM 之间的沟通和模型交换。

流场的设计流程

Simplorer 强大的脚本功能可在其开发环境中打开一个应用程序接口,用户可以将 Simplorer 嵌入到已有的设计流程中。脚本功能,包括脚本记录,不受限于语言类别,因此用户可以使用通用脚本语言,例如 :Visual Basic 和 Java,也可以方便地与其他支持 Microsoft 接口的工具接口。

分布式计算

六西格玛分析、统计分析和参数化分析通常需要大规模仿真。Simplorer 通过分布式计算选项,充分利用分布在网络上的计算机资源或多核,快速实现多种大规模设计方案分析。

icon使用场合icon

Simplorer 独有的仿真器耦合与协同仿真技术能够实现数据的实时交互,其数值算法更是特别地进行了改进,以便仿真复杂动态系统的多物理域特性。Simplorer 嵌入式的建模工具支持用户创建 / 集成多层次的高保证多物理域模型,从而实现整个复杂系统的高精度建模和性能仿真。如果需要对复杂系统,例如涉及机电部件、电力电子线路、系统级机电控制等,进行高精度建模和仿真分析,并考虑部件和系统的相互影响,那么 Simplorer 将是理想的设计工具。它可以提供集成化的设计环境,用户可感受其无与伦比的强大性与实用性。

icon电力电子仿真工具包中加入 ANSYS PExprt
便于设计、分析和优化变压器和电感icon
ANSYS PExprt 集传统磁路法和有限元(FEA)分析技术与一体,精确评估变压器和电感的性能和效率,广泛应用于电力电子领域。特别是 PExprt 可以通过计算确定元件合适的铁芯尺寸和形状、气隙和绕组策略,达到最佳的可靠性和性能,或达到用户指定的其他指标。PExprt 可对一些设计问题进行独特的深入研究,比如气隙能量、绕组电流密度、漏磁通(漏电感)、绕组间电容、邻近效应和集肤效应、交叉绕组和集成绕组等。PExprt 还可以输出详细的模型到 Simplorer 中,仿真整个设计的磁效应和热效应。
PExprt 是应用于汽车、航空航天等领域电源变换器、开关电源和电子镇流器的理想设计工具,可以快速计算出满足用户电气设计指标要求的铁芯尺寸、铁芯材料、线规、绕组匝数和气隙长度的所有可能组合。然后对优选得到的虚拟设计方案再进一步完善和优化,精确预测各种电磁性能,比如激磁电感和漏电感、绕组间电容、磁通密度峰值、绕组直流电阻、涡流效应和铁芯损耗等。
icon开关电源(SMPS)模型库icon

Simplorer 开关电源(SMPS)模型库提供预定义的电力电子电路拓扑和相关控制算法,用于功率变换器和电源系统设计。DC-DC 特征和建模工具可以生成基于供应商数据手册的 DC-DC 变换器详细模型。可以应用于系统级电源分配拓扑研究、尺寸优化和稳定性分析。

icon利用 ANSYS 虚拟研发平台全面考察设计的各个方面icon
ANSYS Simplorer 以及相关电磁场仿真工具是 ANSYS 系统化研发平台的组成部分,整个研发平台提供了优异的功能——深度、广度、大量先进的功能以及集成化的多物理场耦合设计能力,通过仿真分析真实反应客观世界的各种物理特性。ANSYS提供涵盖多物理域全方位的工程化解决方案,满足不同层次仿真设计需求。利用 ANSYS 提供的集成化研发平台,世界各地的工程师得以通过仿真验证产品性能,实现产品承诺。
iconMaxwell 与业界领先的 ANSYS 仿真工具耦合
集成高性能计算,快速实现鲁棒性设计icon
 
ANSYS Maxwell 和相关电磁设计工具是公司从深度和广度上为客户提供的尖端解决方案中的一部分,其大量先进的电磁分析功能和集成化的多物理场耦合分析功能,为客户运用仿真结果反映真实产品的性能提供保证。ANSYS 全方位的解决方案,满足几乎所有工程仿真领域的技术需求,而分布在世界各地的数万家机构都信赖 ANSYS 能够帮助客户实现产品承诺。
多物理场耦合
Maxwell 已 集 成 到 ANSYS 先 进 的 仿 真 平 台 Workbench 中。Workbench 独特的项目图形化界面把整个仿真过程紧密结合在一起,引导用户通过简单的鼠标拖 – 放操作来完成复杂的多物理场耦合分析。在 Workbench 仿真平台上,包括 Maxwell在内的 ANSYS 产品组合可共享几何形状、几何参数、材料属性等,用于解决电磁 – 热 – 形变等耦合分析问题。例如,在结构力学耦合中,双向应力链接时,ANSYS Mechanical 会更新 Maxwell 中形变后的网格 ;同样,为了精确探究新型感应加热、电弧,以及机电设备的冷却问题,用户可以单向 / 双向耦合 Maxwell 与 ANSYS CFD 软件。ANSYS Maxwell 和相关电磁设计工具是公司从深度和广度上为客户提供的尖端解决方案中的一部分,其大量先进的电磁分析功能和集成化的多物理场耦合分析功能,为客户运用仿真结果反映真实产品的性能提供保证。ANSYS 全方位的解决方案,满足几乎所有工程仿真领域的技术需求,而分布在世界各地的数万家机构都信赖 ANSYS 能够帮助客户实现产品承诺。
多物理场耦合
Maxwell 已集成到 ANSYS 先进的仿真平台 Workbench 中。Workbench 独特的项目图形化界面把整个仿真过程紧密结合在一起,引导用户通过简单的鼠标拖 – 放操作来完成复杂的多物理场耦合分析。在 Workbench 仿真平台上,包括Maxwell 在内的 ANSYS 产品组合可共享几何形状、几何参数、材料属性等,用于解决电磁 – 热 – 形变等耦合分析问题。
鲁棒性设计
ANSYS Optimetrics 将参数化、优化算法、灵敏度分析和统计分析嵌入到 Maxwell 仿真中,用户可以通过将模型的几何尺寸、材料常数等参数设成变量,通过在Optimetrics 中进行参数化扫描分析,研究几何形状与材料变化对产品性能的影响,从而优选最佳设计方案。在参数化分析的基础上,用户可以利用软件自带的优化程序,进一步优化设计方案。此外,Optimetrics 还可以帮助用户在大设计空间范围内了解设备的特点,还可以控制最小制造公差灵敏度,以达到最佳设计性能。当与 ANSYS DesignXplorer 耦合时,Optimetrics 可提供试验设计、表面反应技术、六西格玛和多物理场系统级优化等功能。
高性能计算
Maxwell 充分利用当今的高性能计算机,结合 HPC(高性能运算)和 DSO(分布计算选项),快速求解大规模设计问题。HPC 并行计算功能用于同一台计算机,内存共享的多核或者多处理器并行计算。DSO 将参数化分析方案分布到多台计算机上同时计算,从而缩短总体仿真时间。强化时间分解算法,充分利用混合高性能计算,使自由度上亿的仿真项目从数周缩短到几个小时轻松完成求解,求解速度大大提升。
iconANSYS HFSS—三维高频电磁场计算软件icon

由于电子器件的性能取决于电磁场状态,我们需要对其进行快速精确的仿真,在任何设计原型加工之前,获知该设计在实际工作中的性能。ANSYS HFSS 仿真结果能给我们信心 :该技术可在用户最少干预的情况下得到最准确的分析结果。作为任意三维结构全波电磁场仿真的标准工具,HFSS 是现代电子设备中设计高频 / 高速电子组件的首选工具。工程师依靠 ANSYS HFSS 软件的准确性和高性能,设计诸如无源元件,IC 封装组件,印刷电路板互联,天线,RF/ 微波元件和生物医学设备等部件。

全面了解电磁环境之后才能更准确的预测一个部件或子系统,系统以及终端产品在电磁场中的性能及相互影响。HFSS 可分析各种电磁场问题,包括反射损耗,衰减,辐射和耦合等。HFSS 的强大功能基于有限元算法与积分方程理论 / 高频近似算法,以及稳定的自适应网格剖分技术。该网格剖分技术可保证其网格能与 3D 物体共形并适合任意电磁场问题分析。HFSS 中,物体结构决定网格,而不是网格决定物体结构。因此,我们可着重于设计问题从而大大减少建立同等质量网格的时间。

HFSS 受益于多种最尖端的求解技术,能根据用户的不同需求来选择合适的求解技术。每个求解器都具有其强大的功能,HFSS 可自动根据用户指定的几何模型,材料属性以及求解频段来生成最适合,最有效和最准确的网格进行求解,以保证求解的精度。HFSS 的仿真结果可得出对于工程设计的重要信息。电磁场仿真结果包括散射系数(S,Y,Z),三维电磁场图显示(瞬态和稳态),阻抗失配产生的传输损耗,反射损耗,寄生耦合,以及近 / 远场的天线辐射方向图等。

工程师可用 HFSS 得到可靠而准确的结果,这与是何种电磁仿真类型无关。求解较为苛刻的高频仿真问题时,所有的HFSS 求解器可配置高性能计算(HPC)技术,如区域分解法和分布式求解,高性能计算可减少计算时间,有效利用计算机资源来加速求解电大尺寸问题。

icon与 ANSYS Workbench 集合icon

HFSS 的高性能及高准确性也可通过 ANSYS Workbench 平台调用,该工具通过一个以用户为中心的界面直接与企业级结构 CAD 工具链接,从而实现多物理场仿真。采用此功能,用户可分析将 HFSS 仿真结果作为输入条件的热及流体分析问题。另外,用户可以对 HFSS 建立的模型实现企业级共享。结构,热和流体工程师可以使用 HFSS 的结果以完成各自需要的仿真。

icon完整的高频求解工具箱支持全方位应用icon

先进的医疗设备用到电磁场,如磁共振成像(MRI),植入物及热疗等。在 MRI 应用中,HFSS 可用来仿真人体的吸收率(SAR)。ANSYS HFSS 是行业标准的电磁仿真工具,特别针对射频、微波以及信号完整性设计领域,是分析任何基于电磁场、电流或电压工作的物理结构的绝佳工具。作为基于频域有限元技术的三维全波电磁场求解器,HFSS 可提取散射参数,显示三维电磁场图,生成远场辐射方向图,以及提供 ANSYS 的全波 SPICE 模型,该模型可用在 ANSYS Designer 和其他信号完整性分析工具中。

icon射频与微波icon

长久以来,HFSS 一直被射频和微波工程师用来设计通信系统,雷达系统,卫星,智能手机和平板设备中的高频组件。该技术实现了很高的仿真精度,解决了多方面的射频和微波工程中的挑战性问题,而这些都大大受益于自动网格剖分功能。最终的结果是实现了最高的求解精度和最佳的求解时间。

icon信号完整性icon
 
使用 HFSS,工程师可以轻松地设计并评估连接器,传输线及印刷电路板(PCB)上的过孔,计算服务器及存储设备中使用的高速元件,多媒体电脑,娱乐系统和电信系统中的信号完整性和电磁干扰性能。千秋各地工程师团队几乎都在利用 ANSYS 的工具给他们的设计带来竞争优势。
icon按需求解icon
如果用户不熟悉在 HFSS 中的三维建模,创建一个完整且可求解的三维模型将非常复杂而又费时 :该过程包括设置源位置或激励方式,定义求解空间及边界,以及求解频率扫描范围等。按需求解技术使用户直接从直观的,层叠式 ANSYS Designer界面使用 HFSS 求解器。这个接口可方便工程师在一个更熟悉的二维布线建模环境下实现三维 HFSS 的仿真精度和可靠性。比如,用户也可以从他熟悉的工具 Cadence ECAD 环境启用按需求解功能。HFSS 的按需求解对电磁模型的 ECAD 导入,画图和参数化等功能进行了优化。它支持传统的 ECAD 原型,如过孔焊盘,走线,引线结合和焊球。由于模型被修改后只需优化模型某一特定部分,如过渡组件,连接器或无源器件在印刷电路板上的芯片或封装过程,按需求解技术将具有显著优势。
icon先进的求解器选项解决复杂电大的设计问题icon

在成熟的有限元方法基础上,HFSS 还提供了多种先进的求解技术。通过混合求解技术实现更高效率的电磁场计算并保持精度,在大多数情况下,可通过混合求解技术获得仿真效果。

icon积分方程(IE)和有限单元边界积分法(FE-BI)icon

积分方程(IE)求解器是求解大型导体结构的辐射、散射问题的有效工具,它采用矩量法(MoM)和多层快速多极子(MLFMM)求解得到导体和介质表面的电流分布。积分方程方法同样采用与 HFSS 一致的界面,可与 HFSS 共享几何,材料以及某些关键求解技术,如自动产生最优化网格的自适应迭代技术。IE 求解器采用自适应交叉近似(ACA)方法结合迭代矩阵求解器减少内存需求,使得用户可将其应用于大规模问题分析。IE 求解器附加选项亦可支持建立采用 FEM-IE 混合方法求解电磁问题的 HFSS 模型。有限单元边界积分方法(FE-BI)求解器直接将积分方程的开放边界条件作为有限元的截断边界。采用 HFSS 和 IE 附加选项,联合两种最好的强大技术 :求解复杂几何结构的有限元,加上直接自由空间格林函数求解的积分方程技术,从而得到精确的辐射和散射问题求解。天线设计工程师可实现辐射方向图的高精度要求,从而在电磁设计中更加得心应手。HFSS-IE 允许共形辐射边界,并可包含凹陷几何结构,这在根本上减少了有限元区域的体积,从而显著减少包含天线平台的仿真规模。

icon瞬态求解(Transient)icon

HFSS transient 是一个基于间断伽辽金时域算法(DGTD)和隐式有限元时域法(FETD)的三维全波瞬态 / 时域电磁场求解器。可用任何常规时域脉冲或余弦定义的脉冲信号激励,该模块可以很容易完成时域有关仿真分析,如时域反射阻抗(TDR)计算等。另外,可以求解短周期脉冲激励问题,如探地雷达,静电放电,电磁干扰及闪电等问题。该四面体有限元技术同样基于 HFSS 所采用的自动网格剖分技术,该瞬态分析工具是 HFSS 这个传统频域分析工具的一个理想的补充。

icon物理光学(PO)icon

物理光学求解功能非常适合分析超电大结构。PO 可用来设计大型反射面天线,卫星或其它天线载体平台,如商用或军用飞机。该算法求解非常快速,且占用计算资源极少,从而可快速洞察与大型电磁结构有关的设计因素。

iconSBR 弹跳射线算法icon

SBR 求解器擅长分析超电大结构。特别适合用于大型平台的天线布局仿真。

iconHPC—利用计算资源快速精确求解大规模电磁仿真问题icon

新一代的 HPC 极大地提升了求解规模和效率,该模型共有约 18 亿网格单元,在 128GB 内存的平台上即可完成运算

icon区域分解法icon
 
区域分解方法(DDM)利用网络计算机资源来仿真大规模问题。HFSS 根据网格尺寸与可用的处理器 / 机器数目确定最优的子域数据; DDM自动将有限元网格分解成一系列子域问题。每一个子域模型独立求解,子域直接通过交互迭代完成整个过程的求解。这种网络内存访问的过程扩展后可完成单个机器资源无法计算的大规模求解。此外,DDM 可减少求解时间,降低总的内存需求,在很多案例中通过额外的处理器可实现超线性的加速比。
icon谱区域分解法icon

通过谱区域分解法(SDM),可以将宽带频率扫描频点分布到一定数目的处理器或者机器上。这种节约时间的方法自动将频点分布到各个独立的机器上去计算,完成后重新收集得到整个频率的数据。这种独特的方法显著缩短了获得高精度宽带散射参数所需要的仿真时间。

icon分布式计算icon
 
分布式计算选项(DSO)可分配参数扫描,以完成几何形状,材料,边界和激励等条件变化的设计探索。该选项模块可将多个预先定义的参数设计组合分配在不同的计算机上,完成每个设计实例的分析。DSO 显著加快给定设计任务的参数扫描和设计优化,提供了最高水平的分布式仿真的计算性能及并行化。
icon高性能计算选项icon
 
高性能计算(HPC)技术采用单个共享内存机器上多个核心并行完成 HFSS 有限元或积分方程求解的功能。HPC 可用来加速求解过程的某些部分——如矩阵分解,剖分网格和场恢复——从而使得总的求解时间更短。ANSYS 的分布式求解能力允许用户将参数扫描或者频率扫描任务分配到一定数量的计算机上,加快总的模拟速度。与分布频率扫描一样,工程师们可以仿真模拟不同几何形状、材料、边界和激励的情况。这可以让团队更轻松地优化设计,完成统计分析和敏感度分析。
icon有限大阵列仿真(FDDM )icon
 
有限大阵列仿真功能利用区域分解法以及阵列的重复性,高效且全面的分析得到有限大阵列的特性。利用这个功能,可以考虑所有单元之间的相互耦合作用,以及阵列的边缘效应。有限大阵列仿真方法需要极少的计算资源,所以可在很短的时间内完成有限大阵列仿真。采用有限阵列区域分解算法模拟的 256 单元双极化 Vivaldi 天线阵列,以及叠加在几何之上的多扫描角的远场方向图。此模型共有 1300 多万网格,求解时间仅为 29 分钟,消耗内存 1.1GB。
iconHFSS 是 ANSYS 求解 多物理场问题不可分割的组成部分icon
 
ANSYS HFSS 及相关电磁工具作为集成的多物理场分析环境的一部分,提供从深度到广度的尖端功能,大量先进的功能及集成的多物理场仿真,为设计者提供可靠的反映实际的仿真结果。
全方位的解决方案,提供了几乎所有工程设计过程中涉及到的仿真问题的解决办法。
icon设计分析和优化icon

为了了解设计性能,我们必须确定所有的设计参数的影响。HFSS 与 ANSYS DesignXplorer 链接使我们更加深入的了解产品,了解设计变量和产品性能之间的关系。两者间的相互关系可帮助执行六西格玛分析的良率统计分析和实验研究设计。此外,HFSS 集成了一个系统解决方案,设计电路和元器件。用户可使用 HFSS 做元器件级别的分析,再合并成一个完整电路。该过程形成一个唯一的系统仿真,系统性能依赖于物理模型。

iconANSYS Q3D Extractor一电子器件寄生参数抽取工具icon
Q3D Extractor 使用高效的三维和二维准静态电磁场仿真技术,从互连结构中提取 RLCG 参数 ;然后自动生成一个等效的 SPICE 子电路模型 ;这些高精度模型可用于评估 IC 封装、触摸显示屏、连接器、电缆、高功率汇流排、母线和和功率变换器件的性能。作为一款优异的三维电磁场仿真工具,Q3D Extractor 可提取任意载流结构的寄生参数 :频变电阻、电感、电容和电导(RLCG)。通过精确提取这些电气参数,用户能在生产前仿真和验证产品的性能,从而减少设计时间和制作样机的成本。
Q3D Extractor 能自动生成多种格式的网表,包括 SML(ANSYS Simplorer 格式)和 SPICE 以及 Touchstone 格式 S 参数文件,并且能动态链接 ANSYS SI/RF OPTION 和 ANSYS Simplorer,进行场路协同仿真。Q3D Extractor 可将数据无缝传输到不同的 ANSYS 物理求解器上,如用于热设计的 ANSYS Icepak 和用于结构分析的 ANSYS Mechanical,以提供业界领先的多物理场分析。Q3D Extractor 采用自适应网格生成技术,您只需指定几何形状、材料属性和期望的收敛条件即可。网格生成过程使用高度可靠的体网格生成技术,并且包括多线程功能,减少了内存使用量,并缩短仿真时间。这种成熟的技术消除了手工构建和细化有限元网格的复杂性,并使高级数值分析可适用于公司内所有级别的工程师。
icon三维实体建模icon

Q3D Extractor 包含功能完备的三维实体建模器,可以创建任意三维高频电子结构,Q3D Extractor 也可实现低频结构建模,比如交流传动功率母线、直流连接线和 IGBT 模块封装结构等。为了加速模型创建,Q3D Extractor 还可以通过选件从知名的 MCAD 和 EDA 提供商(如 Autodesk、Dassault、PTC、Cadence、Mentor Graphics、Altium 和 Zuken 等)那里导入文件;通过简单地对导入结构指定材料属性、Source 和 Sink,即可对模型进行电磁性能分析。除了可得到电流和电压的分布、CG和RL参数矩阵;还可以输出RLCG等效电路,用于ANSYS Simplorer或者ANSYS SI/RF OPTION电路和系统设计软件中,分析研究寄生参数对电路和系统性能的影响。

icon电源和信号完整性分析icon

Q3D Extractor 包含基于矩量法(MoM)的高级准静态三维电磁场解算器,并通过快速多极子算法(FMM)加速。仿真结果考虑了临近效应和趋肤效应、电介质损耗和欧姆损耗以及色散效应的影响。Q3D Extractor 可以方便快捷地提供电阻(R)、电感(L)、电容(C)和电导(G)的三维提取。Q3D Extractor 同时包含一个强大的准静态二维电磁场解算器。它采用有限元方法(FEM)来确定电缆模型和传输线的单位长度 RLCG 参数、特性阻抗(Z0)矩阵、传播速度、延迟、衰减、有效介电常数、差分和共模参数,以及近端和远端串扰系数。生成高精度的降阶 SPICE 模型用于电路仿真,使 Q3D Extractor 成为提取 IBIS 封装模型的理想工具。可以研究串扰、地弹噪声、互连延迟和振铃等电磁现象,这些都有助于了解高速电子设计的性能,例如多层印刷电路板、高级电子封装和三维片上无源组件。此外,Q3D Extractor 对于提取封装中的关键互连组件(键合线)、电路板(关键网络)以及芯片、IC 封装和电路板之间的连接路径(连接器、电缆、插座和传输线)都至关重要。

icon电力电子设计icon

Q3D Extractor 是设计用于混合电气技术和配电应用的电力电子设备的理想选择,用于优化逆变器 / 转换器架构,并尽量减少总线电感、过压情况和短路电流。该软件从大功率母线、电缆和大功率逆变器 / 转换器模块中提取电阻、部分电感和电容寄生参数,然后将它们输入到 ANSYS Simplorer 中,用于研究电力电子系统的 EMI / EMC 性能。链接到 ANSYS Icepak 和 ANSYS Mechanical 之后,就能够研究电流引起的电热应力。Q3D Extractor 支持磁性材料,可以快速分析变压器、扼流圈以及其他用在电源中的元件,能快速深入地分析个性化设计的磁特性。

icon触屏设计icon
 
使用 Q3D Extractor,您可以通过分析摸屏的 RLCG矩阵数据提高电容触摸屏的互容值、互容灵敏度、互容线性度,降低对触摸芯片驱动能力的要求,降低显示屏的噪声对触摸屏的干扰。Q3D Extractor 还提供了能够有效地解算 ITO 这一类的超薄导电层的技术,通过将其设定为 Thin Conductor 边界,并且采用 R18.0 版本引入的 Phi Mesh 网格划分技术,可以比传统的求解方法提速高达几十倍的效率。
icon等效电路模型的生成icon

您可以利用 Q3D Extractor 创建等效电路模型(SPICE 子电路)。Q3D Extractor 生成的模型种类取决于使用的是哪种求解器。二维和三维场解算器可以创建常见的格式有 Simplorer SML、HSPICE W Element、PSpice、Spectre、IBIS ICM / PKG 模型和 ANSYS CPP 模型。

iconANSYS Q3D Extractor 是从事电路、部件和系统设计不可缺少的工具icon

Q3D Extractor 和相关电磁场仿真工具是 ANSYS 系统化仿真平台的组成部分,整个仿真平台提供优异的功能——深度、广度、大量先进的功能以及集成化的多物理域耦合设计能力,通过仿真分析实际反应客观世界的各种物理特性。ANSYS 提供涵盖多物理域全方位的工程化解决方案,满足不同层次仿真设计需求。利用 ANSYS 提供的集成化仿真平台,世界各地的工程师得以通过仿真分析验证产品的性能,实现产品承诺。

iconANSYS Workbench 集成icon

ANSYS 寄生参数提取工具 Q3D Extractor 无缝集成于 ANSYS Workbench 平台。基于 ANSYS Workbench 平台,Q3D Extractor 提取的 DC 损耗数据可直接用于热性能分析,这种功能尤其适用于直流电源连接器及母排的性能分析。除此之外,利用 ANSYS Workbench 平台,结合 ANSYS DesignXplorer,Q3D Extractor 可以进行良率分析;可进行经验设计(DoE)研究,用于 6σ 分析。

icon高性能计算icon
 
结合 HPC 功能,Extractor Q3D 能够提取超大模型随频率变化的寄生参数。远程求解与分布式求解支持的平台包括 LSF®,SUNTM Grid Engine,PBS Professionaltm and windows® HPC Sever 2008 Job Scheduler。HPC 选项同样支持多处理器,可将 CG、AC RL 和 DC RL 求解过程分别分布到多个处理器、内核和电脑上。
iconANSYS SIwave—面向 PCB、BGA 封装的 SI、PI 和 EMI 分析软件icon
ANSYS SIwave 是面向 PCB 和 BGA 封装的信号完整性(SI)、电源完整性(PI)和电磁干扰(EMI)仿真的专用软件。针对叠层结构优化的算法可以在短时间内完成从 EDA 版图导入到电源网路(PDN)和多路信号网络的整板仿真。同时,它还能够生成 3D 实体模型输出给三维电磁场仿真软件使用。
SIwave 用于 PCB 单板和 IC 封装,包括封装与单板整合后形成的完整通道分析。该工具帮助工程师进行从 DC 到 10Gb/s 以上的信号和电源完整性分析。使用 SIwave 可以轻松导入 EDA 设计数据 ;提取 IC 封装和 PCB 的 GHz 精确互连模型 ;添加驱动器和接收器的晶体管级模型后,可进行 Power-Aware SI(信号及电源协同仿真)分析 ;同时可对整板或指定的网络进行特征阻抗扫描及时域 / 频域串扰扫描分析,得到直观的颜色编码显示图及 HTML 格式的报告,帮助工程师快速定位问题点所在。这些分析用于确认信号和电源完整性问题,对于帮助设计者一次设计成功非常关键。使用全波电磁场算法对封装—单板—封装的完整设计链路进行分析,充分考虑到通常被忽略的封装和单板之间的耦合效应以及电源与信号之间的耦合效应。
icon信号和电源完整性分析icon
 
SIwave 采用专门的全波有限元算法进行高速 PCB 和复杂 IC 封装分析,包括封装与单板级联后形成的完整通道分析,分析类型主要包括:谐振、反射、串扰、同步开关噪声、电源 / 地弹、直流电压 / 电流密度分布以及近场和远场辐射模式。
icon轻松的版图提取icon
SIwave 能够以无与伦比的精度和速度提取完整设计(包括多个、任意形状的电源 / 地层、过孔、信号走线和电路元素),不需要进行任何费力费时的分割版图工作。SIwave提取 S、Y 和 Z 参数、IBIS 互连模型(ICM),显 示 三 维 电 磁 场, 并 将 生 成 全 波 SPICE模 型 应 用 在 ANSYS SI OPTION、ANSYS Simplorer 或 第 三 方 SPICE 电 路 工 具( 如Synopsys® HSPICE 和 Cadence® PSpice)中进行时域和频域分析。
icon集成直流电压、电流和功率计算模块icon
 
SIwave 帮助工程师进行直流电压降、直流电流密度和直流功率密度的前仿真和后仿真分析,确保电源分配网络(PDN)上具有足够多的凸点(Bump)、焊球和引脚,有足够多的铜来最小化损耗,引导适合的能量进入集成电路。
icon电磁干扰 / 电磁兼容icon
EMI / EMC 测试可以检查远近场问题。SIwave 继承了HFSS 算法,对板和封装周围的场进行准确、详细的描述。结合谐振分析,帮助用户在投板前预测场辐射模式,减少改板次数。SIwave 提供了不需要测试的有效方式找到 EMI 热点,并且设计者可通过 |EXYZ| 和 |HXYZ| 的三维视图来检查某个方向上的电场和磁场强度。这种方法也为测试发现的问题整改提供了可靠依据。SIwave 与ANSYS SI OPTION、ANSYS RF OPTION 及 HFSS 的耦合仿真,提供了机箱机柜等封闭环境内的 PCB 和封装的数据相关辐射研究能力。
高性能计算
SIwave 支持多线程、多核和多处理器,这些并行技术极大的提升了求解效率,在更短的时间内求解更大的设计项目。确保完整的封装加 PCB 一体化信号完整性、电源完整性和电磁干扰问题分析。
SIwave PI Advisor
SIwave5.0 开始加入了新的电源完整性优化模块 PI Advisor,应对逐渐增长的小尺寸和低成本设计解决方案。这个先进的全波电磁场求解模块使用突破性的遗传算法,能够自动优化 IC 封装和 PCB 单板上的去耦电容,极大的简化了电源完整性分析,直接减少设计成本和上市周期。
宏模型建模
SIwave 对 PCB 单板和封装提供了前所未有的建模精度,确保能在多个电路仿真平台上进行全通道瞬态仿真。SIwave使用已申请专利的 TWA 技术,这个技术能够消除使用不同仿真平台进行时域电路分析时引入的误差,帮助用户检查和强制模型的无源性和因果性。可生成 HSPICE、PSpice 语法的 SPICE 模型,Nexxim 和 Simplorer 状态空间模型。
全面的多物理场耦合
SIwave 与 ANSYS 系列软件链接完成电子器件的多物理场仿真。一种方案是从 SIwave 中输出功率分布文件到 ANSYS Icepak 中,使用来自 SIwave 的直流功率损耗作为热源对 IC 封装和 PCB 进行准确的热性能建模。ANSYS Icepak 仿真技术用于求解由于散热不畅引起的器件过热失效问题。
icon设计自动化icon

SIwave 支持导入各种第三方 EDA 软件的数据文件(例如 Cadence Allegro/APD/SiP,Sigrity UPD,Mentor Graphics Board Station、Expedition、PADS 和 Zuken CR5000、CR8000 等);也可导入标准制板格式(ODB++、IPC-2581)、DXF、GDSII 等文件格式 ;ANSYS SIwave 与 Cadence 软件高度集成、可直接在 Cadence 软件界面打开 SIwave 的设置界面,也可以在 SIwave 中直接打开 .brd、.mcm、.sip 格式的数据文件。SIwave 生成的 SYZ 参数或全波 SPICE 模型可被导入电路仿真工具,例如 ANSYS SI OPTION、ANSYS RF OPTION、ANSYS Simplorer 或者其它 SPICE 兼容工具。

icon应用icon
iconSYZ 网络分析用于 PCB 和 IC 封装的信号和电源完整性应用icon
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