差分线HFSS仿真doc.docx

1、差分线HFSS仿真doc差分线 HFSS仿真一. 创建工程1 打开 HFSS并保存新工程运行 HFSS软件，自动创建一个新工程： project1由主菜单选 filesave as ，保存在自己想要保存的位置，命名为 difference2 插入 HFSS设计由主菜单选 projectinsert HFSS Design, 则一个新项目自动加入到工程列表树中，默认命名为 HFSSModel1。同时，在工程管理区的右侧出现 3D 模型窗口。在工程树中选择 HFSSModel1,点右键，选择 Rename项，将设计命名为 chafen 。3 选择求解类型由主菜单选 HFSSSolution Typ

2、e ，在弹出对话窗选择 Driven Terminal 项4 设置单位由主菜单选 3D ModelerUnits 对话窗中选择 mil 项二. 创建模型1.绘制下地层绘制一个长方体：由主菜单选 DrawBox : 在参数设置区 ( 工作区的右下角 ), 设置长方体的基坐标 (x,y,z) 为 (-100,-250,0) , 数据输入时用 Tab 健切换 , 全部设好之后按下 Enter 健确认 ; 再输入长方体的三边长度 (dx,dy,dz) 为 (200,500,1.2), 全部设完之后按下 Enter 健确认 .定义长方体属性 : 设置完成几何图形之后 , 自动弹出属性对话窗 . 选择 A

3、ttribute 标签页 , 将Name项改为 bot_gnd,Transparent 项设置为 0.8. 设置完毕后 , 按下 Ctrl+D, 将 pcb 板适中显示 .2. 绘制上接地板基坐标为 (-100,-250,13.4), 三边长度 (dx,dy,dz) 为 (200,500,1.2), 设置完成几何图形之后 , 自动弹出属性对话窗 . 选择 Attribute 标签页 , 将 Name项改为top_gnd,Transparent 项设置为 0.83. 绘制内层导线一由主菜单选 DrawBox : 在参数设置区 ( 工作区的右下角 ), 设置长方体的基坐标 (x,y,z)为(-8,

4、-250,6.2), 三边长度为 (4,500,1.2),Name 为 :trace1, Transparent 项设置为0.84.绘制内层导线二由主菜单选 DrawBox : 在参数设置区 ( 工作区的右下角 ), 设置长方体的基坐标 (x,y,z)为(4,-250,6.2), 三边长度为 (4,500,1.2),Name 为 :trace2, Transparent 项设置为 0.85.绘制地层间的介质1由主菜单选 DrawBox : 在参数设置区 ( 工作区的右下角), 设置长方体的基坐标 (x,y,z)为(-100,-250,1.2),三边长度为 (200,500,12.2),Name

5、为:jiezhi,Transparent 项设置为 0.86.从介质层中挖去导线在历史树用 ctrl 键同时选中 trace1,trace2,jiezhi, 然后点右键选择editBooleansubtractjiezhi 在 blank 栏, trace1 和 trace2 在 tool parts 栏 , 注意要钩选 clone toolobjects before subtract8.绘制空气腔由主菜单选 DrawBox : 在参数设置区 ( 工作区的右下角 ), 设置长方体的基坐标 (x,y,z)为(-100,-250,0),三边长度为 (200,500,100),Name 为 air

6、, Transparent项设置为 0.87. 绘制端口在菜单栏中把平面设置为XZ, 由主菜单选 DrawRectangle, 在参数设置区设置基坐标(-10,-250,1.2),三边长度为 (20,0,12.2),Name 为 port1,Transparent项设置为 0.4,则在历史树中添加了 port1 项.8. 绘制空气腔由主菜单选 DrawBox :在参数设置区 ( 工作区的右下角 ), 设置长方体的基坐标 (x,y,z)为(-100,-250,0),三边长度为 (200,500,100),Name 为 air, Transparent项设置为 0.8最后的模型如图1所示.图 1

7、差分线模型三. 设置模型材料参数在历史树中 , 利用 ctrl 健同时选中 bot_gnd,top_gnd,trace1,trace2 点右键选择 AssignMaterial, 在弹出的窗口的 Materials 标签页选择 perfect copper 项 , 确定 .同样把 jiezhi 设定为 FR4_epoxy, 空气腔 air 设置为 air2四. 边界条件和激励设置1.边界设定在历史树中选中 air, 点右键选择 assign boundaryradiation 2. 激励设置在历史树中选择 port1, 点右键选择 assign excitationwaveport, 名字默认

8、为 waveport1,点击下一步 , 在 number of terminal 填入 2, 然后点击 update, 则在下面的定义栏中出现了两个 terminal T1 和 T2, 在 terminal line 中点击 T1 的 undefined, 选择 new line, 弹出的绘制状态后在参数设置区填入基坐标为 (-6,-250,1.2),(dx,dy,dz) 为 (0,0,5), 设置完毕后用同样的方法设置 T2, 基坐标为 (6,-250,1.2), (dx,dy,dz) 为 (0,0,5).点击下一步 , 出现差分阻抗和共模阻抗的设置 , 点解 newpair ，按默认值不变

9、 , 点击下一步直至确定 .3. 复制端口由主菜单 tooloptionshfss options, 选中 duplicate boundary with geometry在历史树中选中 port1, 点右键选择 editduplicateAlong line, 起始坐标为 (0,-250,0),(dx,dy,dz) 为 (0,500,0), 则在历史树中添加 port1_1 项 , 在弹出的 Attribute标签页中将 Name项改为 port2,Transparent 项为 0.4五. 求解设置1. 添加求解在工程树中选择 Analysis, 点右键选择 add solution set

10、up, 默认为 setup1, 在 solution项中输入 8, 默认单位为 GHz,在 Adaptive solution 的 Maximum Number of passes 中设为40,Maximum delta per passes 中设为 0.01, 点击下一步直至确定 .2. 添加频率扫描选中 setup1, 点右键选择 add sweep在 sweep type 中选择 interpolating , 下面的选项默认 .在 frequence setup 中,type 选择 liner step,start 为 0.1GHz;stop 为 8GHz;step 为0.008GHz

11、在对话框的右部 , 钩选 Extrapolate to DC, 在 snapping telorence 中填入 0.1 点击 OK六. 求解1.确认设计由主菜单 HFSSvalidation check, 对设计进行确认 . 全部完成且没有错误时 , 点 Close 结束 .2.求解由主菜单 HFSSanalyze, 开始求解 .3七. 结果分析1. 查看 S参数在历史树中选择 setup1, 点右键选择 Matrix Data, 在弹出的对话框中选择 Matrix Data 标签, 频率选择 8GHz,可以看到各个端口的 S 参数 .图2S参数从上面的参数显示, 传输线从 waveport

12、1 到 waveport2的差分 S参数(传输系数 )是0.8502,waveport1 的自反射系数是 0.38711在历史树中选中result, 点右键选择 createreport,在 reporttype 中选 terminalsparameters,在 display type中选 Rectangular plot,点 OK.在 solution中选setup1:sweep1, 在 Y 标页 category 中选 terminals parameters,quantity 中用 ctrl 选择 st(waveport1:diff1,waveport2:diff1)和st(wavep

13、ort1:comm1,waveport2:comm1),function 中选 dB.在 sweep 标页中钩选 allvalue, 然后点击 add trace,点击 done.再来看看传输系数随频率变化关系图 3 trace1 传输系数随频率的变化可以看出传输系数基本上是随频率的升高而下降, 但是在整个频带下降的幅度不大, 其中红线是共模信号传输系数 , 蓝线为差模信号传输系数. 从上面可以看出就自身信号的传输来看共模信号的传输整体上好于差分信号, 其原因是在仿真中差分线的传输所受到的影响仅来自于相邻的信号线 , 共模传输时电磁场的分布基本在信号线两侧, 两根信号线之间的影响比之差分信号要

14、小 ,故传输系数要好一点 .2. 查看差分阻抗在历史树中选中result, 点右键选择 createreport,在 reporttype 中选 terminalsparameters,在 display type中选 Rectangular plot,点 OK.在 solution中选 setup1:sweep1,在 Y 标页 category中选 terminalport z0,quantity4中用 ctrl 选择 zot(waveport1:diff1,waveport1:diff1) 和zot(waveport2:diff1,waveport2:diff1), function 中选

15、 mag.在 sweep 标页中钩选 allvalue, 然后点击 add trace, 点击 done.端口差分阻抗随频率的变化图 4 端口差分阻抗差分阻抗在 540M以下时阻抗变化很快 , 由 94 欧下降到了 84 欧 , 但是在后面的频带中变化很小了 , 从 540M到 8GHz,阻抗是由 84 欧下降到 82.6 欧 , 幅度很小 .八. 变量设置改变差分线之间的间距, 查看各参数随间距的变化在历史树中点击 trace1的扩展符 , 双击扩展出来的立方体图形 , 在弹出的属性框中把position 中的 X 坐标改为 -4mil-wide,由于变量 wide第一次出现 , 会自动弹出

16、一个初始化的对话框 , 初始化为 4mil, 注意一定要带单位 . 最好也把 position 中的坐标都带上单位 .同样把 trace2 中 X 坐标改为 widePort1 中 position的 X 坐标改为 -4mil-2*wide,再把 Xsize 改为 8mil+4*wide, 注意此时一定要把 port1 的长方形定义为长方形在trace1两边的长度是相等的, 这样在间距变化时 , 积分线才会一直保持在trace1 的中部位置 . 此时间距为 2*wide由于 port2 是复制出来的 , 它会随着 port1的变化而变化 .在工程树中选中 optimetrics,点右键选择ad

17、dparametrics, 弹出 setup sweep analysis对话框 , 然后点击 add, 弹出 add/editsweep dialog对话框 ,variable已经默认为 wide, 选择 linear step,start设置为 2mil,stop为 6mil,step为 2mil, 然后点击 add. 点击 OK退到setup sweep analysis对话框 .选择 general 标页 , 确认为 setup1, 并钩选 savefield. 在右边的对话框中确认初始值为2mil, 如果不是就更改过来 , 并钩选 override.点击确定完成选中 optimetr

18、ics下的 parametricSetup1,点右键选择 analyze, 开始计算 .5九. 查看参数变化在历史树中选中 result, 点右键选择 create report, 在 report type 中选 terminal sparameters, 在 display type 中选 Rectangular plot, 点 OK.在 solution 中选 setup1:sweep1, 在 Y 标页 category 中选 terminal s parameters,quantity 中用 ctrl 选择 st(waveport1:diff1,waveport2:diff1),fun

19、ction 中选 dB. 在sweep 标页中钩选 sweep design and project variable , 在 type 栏中点击 points, 可以钩选 all value, 也可以单独选择 . 在 type 栏中点击 primary sweep, 然后钩选 all value. 注意 : 此时第一行中的参数将是 X 轴坐标 . 然后点击 add trace, 点击 done.图 5 差分信号 S 参数随间距变化从上面可以看出差分信号基本上是( 在 4G到 5.41G 上例外 ) 随着间距变大 , 信号传输系数越好 .根据上一步 , 把 st(waveport1:diff1

20、,waveport2:diff1) 改为st(waveport1:comm1,waveport2:comm1)可以查看共模信号随间距的变化 .6图 6 共模信号 S 参数随间距变化共模信号的传输是随间距变小而不断变好的 ( 除了 5.71G 到 7.18G)十.SPICE 模型输出在工程树中选中 setup1, 点击右键选择 Matrix Data在 design 中确认 wide=2mil, 如果不是点击扩展符 , 去掉 Use nominal design 后选择 2mil.点击 equivalent circuit exportDefault 是模型输出的位置 , 选择自己需要的目标地点

21、Format 是输出类型 , 这里选 Maxwell spice, 然后点击 OK同样输出 wide 为 4mil 和 6mil 的模型十一 . Schematic capture 仿真通过波形输出查看间距对串扰的影响打开 Schematic capture , 由主菜单 filenew 建立一个新界面由主菜单 addfull-wave N-port subckt, 点击 editimport, 然后选择刚才导出的 spice 模型. 点击Ok, 此时要查看模型信息 , 可以点击 difinitions loaded 下的模型名称查看 .点击 done, 点击 ok 进入放置状态 .在窗口适当

22、位置点击左键 , 这时出现模型 , 移动鼠标直至合适位置再点击左键 , 然后点右键选择 done 推出放置状态 .利用菜单栏中的图标给模型添加端接电阻 , 激励源 , 探测点 , 并连接地脚 . 具体的操作方法在 文档中 .最后的模型为 :7图 7 差分线 SPICE模型在上图中右侧的端接电阻是根据8G频率时 HFSS算出的差分阻抗和共模阻抗得来 .作为差分线的T 型端接方法 , 其计算公式为 :R1R2Zodd ; Zodd1 Zdiff1 (Z even2R3Zodd ); Z even2Zcomm2激励源 V1 设置如下 :图 8V1 设置8图9V2 设置模型参数设置完毕之后由主菜单 sloverun spice 进入求解设置 , 选择第一项transient analysis, 设置如下 :图 10 波形持续时间设置点击 OK完成 , 退入 run Maxwell spice 对话框 . 点击 OK开始计算点击主菜单 resultnew plot, 选择 v3,v4, 点 OK.波形图如下 :9图 11 间距为 4mil 时 , 对临近线的串扰同样导入间距 4mil 和 6mil 的差分线模型 , 注意右侧的端接电阻要根据 HFSS计算出来的差分阻抗和共模阻抗算出 . 最后得到的波形图为 :图 12 间距为 8mil 的串扰图 12 间距为 12mil 时的串扰10