电磁仿真是什么？

简介：

电磁仿真是一种使用EM仿真和分析软件分析电子设备和系统性能的现代方法，是现代电子设计自动化(EDA)领域中的核心技术之一它取代了昂贵且耗时的传统手动原型设计。为了加快设计过程并满足严格的交付计划，工程师需要能够执行跨结构和多物理场分析，以建模、仿真和分析这些对系统级设计的影响。

组成：

电磁仿真软件分为两个部分：电路仿真器和场仿真器。电磁场模拟软件根据频率标准进行分类，低频使用静态电场和磁场模拟软件，高频使用电磁软件。目前比较流行的场模拟方法包括有限元法（FEM）、边界元法、有限差分法、传输线矩阵法、​​矩量法。

EM模拟器首先获取设备的物理描述，然后将布局处理为可用于分析阶段的形式。这通常涉及使用有限元法（FEM）“网格化”导体。基于电磁学的麦克斯韦方程组进行分析，并将解组合以给出最终结果。分析结果作为模型（如S参数）提供，该模型可用于电路仿真以验证性能。

EM电磁仿真的重要性

当今的高性能电子系统正受到不断增加的复杂性和密度的驱动，这要求设计人员考虑电磁干扰（EMI）和电磁兼容性（EMC）以及电源完整性（PI）和信号完整性（SI）问题。

电子系统存在的EMC和信号完整性问题

为了加快设计过程并满足严格的交付计划，工程师需要能够执行跨结构和多物理场分析，以建模、仿真和分析这些对系统级设计的影响。

执行EM仿真的两个主要原因是发现电路/系统中的任何非预期EM交互，并确保设计符合性能规范。此外，设计人员在不同的情况下需要执行EM仿真，例如在设计芯片、封装、电路板或系统时，通过查看仿真结果来优化当前设计，然后对其进行调整以进一步改进。或者，EM仿真在设计完成后的验收阶段非常有用，并且确认设计是否经过充分优化并符合规范非常重要。

EM仿真可以在哪里使用

设计中电磁仿真和分析

电子产品开发项目传统上包含一个工作流程，其中详细的多物理场EM仿真，分析和优化发生在设计过程的后期阶段，通常作为验证和签署的最后一步。然而，这种延迟不可避免地会导致成本高昂的问题，这些问题会使预算脱轨并延迟上市时间，因为需求和性能方面的缺陷会被发现，需要额外的周期来解决这些问题。这些问题应该在设计阶段的早期就被发现并得到缓解。

为了在当今竞争激烈的电子市场中取得成功，多物理场EM仿真和分析现在正在从设计过程的最早阶段集成到一种称为“设计分析（IDA）”的方法中，该方法正在从工作流程中的事后思考转变为芯片，封装，电路板和完整系统级设计过程的每个阶段的组成部分。

射频/微波的设计中分析

RF/微波器件的设计工作流程提供了EM优化、参数化、3D EM库、电路协同设计、全波EM提取和多结构EM层次支持。RF EM设计中技术允许设计团队从理想电路设计过渡到EM级精度的物理设计，以非常符合逻辑和规范的方法构建更复杂的电路，帮助设计团队在最快的时间内实现目标。

3D FEM求解器可在RF设计、元件EM建模、电路提取和优化的早期阶段使用，以便在原型阶段出现问题之前发现问题。这些功能包括3D EM参数化组件和模型库，支持异构设计的分层EM分析，以及EM按需提取功能。

汽车电子设计中的分析

每个行业都在扩展以拥抱电气化，包括移动的通信、航空航天/国防、工业、生物医学和消费者。值得注意的是，现代汽车的发展正在扩大，包括越来越复杂的电子产品，制造商正在为其新车型配备先进的驾驶员辅助系统（ADAS）应用程序，通过提醒驾驶员并协助他们解决各种问题来减少伤亡，包括避免碰撞和低轮胎压力，以及自动停车和驾驶。随着对功能需求的增加，这些系统变得越来越复杂，使得设计中的EM仿真和分析对于在不断缩小的市场窗口内提供可靠和卓越的性能至关重要。

高速器件的设计中分析

在高性能计算（HPC）、汽车、机器学习和5G等关键电子应用中，数据速度和数据量呈指数级增长。如果没有正确的场求解工具或分析模型，高速设计中的串扰分析和仿真是困难的。现代高速PCB的设计师需要考虑可能被误认为串扰的单端和差分串扰以及电源完整性问题。

设计人员需要进行现场EM分析，以了解物理设计与整体系统性能之间的关系。与设计过程中集成的电磁仿真和多物理场分析相结合，工程师还需要解决方案，能够在单个平台内实现完整、全面的高速和高频设计和分析工作流程，该平台超越芯片并延伸到整个系统。

为了满足这些要求，EMI/EMC和SI/PI技术可以在整个设计过程中使用，以快速准确地处理最大和最复杂的结构，识别易受串扰影响的互连部分，并采取措施防止互连之间的噪声耦合。