01

仿真算法介紹：矩量法

此處模型抽取使用的電磁仿真工具是HyperLynx Advanced Solvers (HLAS)的全波仿真器。其根本原理是使用矩量法求解麥克斯韋方程組的全波公式。

和有限元算法一樣，矩量法同樣使用了加權余量法，將線性算子離散為矩陣方程求解。不同的是，有限元法求解的是麥克斯韋方程組的微分形式，而矩量法求解的是麥克斯韋方程組的積分形式。在矩量法中，亥姆霍茲方程中的位函數被表示成多介質層的格林函數和表面電流密度的積分。由此將微分問題轉換成了積分問題。同時，僅僅利用表面電流就可以表示全部區域的電磁場，因此在矩量法中Mesh的數量大大減少，仿真時間也相應變快（矩量法是3D電磁算法。但由于在疊層結構中z軸方向的電流密度可以被忽略，在損失很少精度的情況下速度更快，這也被稱為2.5D算法）。

盡管都使用了加權余量法，微分和積分的不同造成了有限元法和矩量法本質的不同。若函數在某點可微分，則函數在該點必連續。故在介質變化的邊界處，麥克斯韋方程組的微分形式不成立。因此，在有限元仿真軟件中我們需要設置復雜的邊界條件。工程師需要掌握多達十數種邊界條件的設置，這造成了很多不便。相反地，由于矩量法求解積分算子，麥克斯韋方程組恒成立，冗余的邊界條件參數設置過程就被規避了。這也是在接下來的過程中，我們可以方便地建立電磁仿真模型的根本原因。

02

如何自動建立3D電磁模型

在HyperLynx BoardSim仿真工具中，我們可以利用HyperLynx DRC (HLDRC)的檢查規則自動鎖定所要抽取的模型區域，然后利用在后臺工作的HLAS，提取模型的S參數。

操作方法

1. 選擇所要仿真的信號網絡。Select->Net by Name for SI Analysis。

2. 為所選擇的信號線配置相應的模型，在此不再贅述。

3. 打開3D EM區域管理工具。Analyze 3D EM -> Manage Area for 3D EM Simulation。

4. 設置3D區域抽取規則，如有需要可以調整下圖中所示的參數。Automatically created areas -> options。

5. 點擊 Create Areas for Selected Nets 調用HLDRC 劃取3D區域。

6. 如下圖所示，所選擇的3D區域會在BoardSim界面中被高亮。

7. 點擊編輯修改電磁仿真頻率。Manually edit areas -> Edit 確認后點擊Solve Highlighted Areas執行算法。

8. 仿真結束后可以點擊 View Models按鈕查看SP模型參數。同時3D區域和SP模型被儲存在項目文件夾中。最后利用電磁仿真器所抽取的SP模型就可以使Power Aware的信號完整性仿真更加精確。

結束語

以上我們從仿真算法的角度認識了電磁仿真工具參數設置上的區別。同時，我們介紹了利用HyperLynx系列工具（HyperLynx SIPI/HyperLynx DRC/HyperLynx Advance Solvers）自動抽取用于Power Aware仿真的3D電磁模型。Mentor驗證方案的高度集成化從根本上加速了PCB的設計速度。