OFweek電子工程網(wǎng)訊 商業(yè)化的射頻EDA軟件于上世紀(jì)90年代大量的涌現(xiàn)，EDA是計(jì)算電磁學(xué)和數(shù)學(xué)分析研究成果計(jì)算機(jī)化的產(chǎn)物，其集計(jì)算電磁學(xué)、數(shù)學(xué)分析、虛擬實(shí)驗(yàn)方法為一體，通過(guò)仿真的方法可以預(yù)期實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，得到直接直觀的數(shù)據(jù)。如何選擇PCB電磁場(chǎng)仿真軟件的問(wèn)題。那么，在眾多電磁場(chǎng)EDA軟件中，我們?nèi)绾?ldquo;透過(guò)現(xiàn)象看本質(zhì)”，知道每種軟件的優(yōu)缺點(diǎn)呢？需要了解此問(wèn)題，首先得從最最基本的求解器維度說(shuō)起。

　　本文旨在工程描述一些電磁場(chǎng)求解器基本概念和市場(chǎng)主流PCB仿真EDA軟件，更為深入的學(xué)習(xí)可以參考計(jì)算電磁學(xué)相關(guān)資料。

　　電路算法

　　談到電磁場(chǎng)的算法，不要把場(chǎng)的算法和路的方法搞混，當(dāng)然也有場(chǎng)路結(jié)合的方法。電路算法主要針對(duì)線性無(wú)源集總元件和非線性有源器件組成的網(wǎng)絡(luò)，采用頻域SPICE和純瞬態(tài)電路方程方法進(jìn)行仿真。這類(lèi)仿真的特性是無(wú)需三維實(shí)體模型、線性和非線性器件時(shí)域或頻域模型（SPICE和IBIS等）、仿真速度快、電壓電流的時(shí)域信號(hào)和頻譜為初級(jí)求解量。電路仿真簡(jiǎn)稱路仿真，主要用于端口間特性的仿真，就是說(shuō)當(dāng)端口內(nèi)的電磁場(chǎng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)外其他部分沒(méi)有影響或者影響可以忽略時(shí)，則可以采用路仿真；采用路仿真的必要條件是電路的物理尺寸遠(yuǎn)小于波長(zhǎng)。換言之，當(dāng)電路板的尺寸可以和電路上最高頻率所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)相比擬時(shí)，則必須使用電磁場(chǎng)理論對(duì)該電路板進(jìn)行分析。舉例說(shuō)明，一塊PCB尺寸為10*10cm，工作的最高頻率是3GHz， 3GHz對(duì)應(yīng)的真空波長(zhǎng)是10cm，此時(shí)PCB的尺寸也是10cm，則我們必須使用電磁場(chǎng)理論對(duì)此板進(jìn)行分析，否則誤差將很大，而無(wú)法接受。一般工程上，PCB的尺寸是工作波長(zhǎng)的1/10時(shí)，就需要采用電磁場(chǎng)理論來(lái)分析了。對(duì)于上面的那塊板子，當(dāng)板上有300MHz的信號(hào)時(shí)，就需要場(chǎng)理論來(lái)析了。

　　圖1. ADS電路仿真

　　電磁場(chǎng)求解器分類(lèi)

　　電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，對(duì)于不同的結(jié)構(gòu)和要求，可能會(huì)用到不同的電磁場(chǎng)求解器。電磁場(chǎng)求解器（Field Solver）以維度來(lái)分：2D、2.5D、3D；逼近類(lèi)型來(lái)分：靜態(tài)、準(zhǔn)靜態(tài)、TEM波和全波。

　　1.準(zhǔn)靜電磁算法

　　它需要三維結(jié)構(gòu)模型。所謂“準(zhǔn)靜”就是指系統(tǒng)一定支持靜電場(chǎng)和穩(wěn)恒電流存在，表現(xiàn)為靜電場(chǎng)和靜磁場(chǎng)的場(chǎng)型，更精確地講，磁通變化率或位移電流很小，故在麥克斯韋方程組中分別可以忽略B和D對(duì)時(shí)間的偏導(dǎo)項(xiàng)，對(duì)應(yīng)的麥克斯韋方程分別被稱之為準(zhǔn)靜電和準(zhǔn)靜磁。由此推導(dǎo)出的算法就被稱之為準(zhǔn)靜電算法和準(zhǔn)靜磁算法。這類(lèi)算法主要用于工頻或低頻電力系統(tǒng)或電機(jī)設(shè)備中的EMC仿真。如：變流器母線與機(jī)柜間分布參數(shù)的提取便可采用準(zhǔn)靜電磁算法完成。對(duì)于高壓絕緣裝置顯然可采用準(zhǔn)靜電近似，而大電流設(shè)備，如變流器、電機(jī)、變壓器等，采用準(zhǔn)靜磁算法是較可取的。

　　2.全波電磁算法

　　簡(jiǎn)單地講就是求解麥克斯韋方程完整形式的算法。全波算法又分時(shí)域和頻域算法。有限差分法（FD）、有限積分法（FI）、傳輸線矩陣法（TLM）、有限元法（FEM）、邊界元法（BEM）、矩量法（MoM）和多層快速多極子法（MLFMM）均屬于全波算法。所有的全波算法均需要對(duì)仿真區(qū)域進(jìn)行體網(wǎng)格或面網(wǎng)格分割。前三種方法（FD、FI和TLM法）主要是時(shí)域顯式算法，且稀疏矩陣，仿真時(shí)間與內(nèi)存均正比于網(wǎng)格數(shù)一次方；后四種方法（FEM、BEM、MoM和MLFMM）均為頻域隱式算法。FEM也為稀疏矩陣，仿真時(shí)間和內(nèi)存正比于網(wǎng)格數(shù)的平方；而B(niǎo)EM和MoM由于是密集矩陣，所以時(shí)間與內(nèi)存正比是網(wǎng)格數(shù)的三次方。FD、FI、TLM和FEM適用于任意結(jié)構(gòu)任意介質(zhì)，BEM和MoM適用于任意結(jié)構(gòu)但須均勻非旋介質(zhì)分布，而MLFMM則主要適用于金屬凸結(jié)構(gòu)，盡管MLFMM具有超線性的網(wǎng)格收斂性，即大家熟知的NlogN計(jì)算量。

　　全波算法又稱低頻或精確算法，它是求解電磁兼容問(wèn)題的精確方法。對(duì)于給定的計(jì)算機(jī)硬件資源，此類(lèi)方法所能仿真的電尺寸有其上限。一般來(lái)說(shuō)，在沒(méi)有任何限制條件下，即任意結(jié)構(gòu)任意材料下，TLM和FI能夠仿真的電尺寸最大，其次是FD，再者為FEM，最后是MoM和BEM。若對(duì)于金屬凸結(jié)構(gòu)而言，MLFMM則是能夠仿真電尺寸最大的全波算法。