仿真算法介绍：矩量法！如何自动建立3D电磁模型？

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仿真算法介绍：矩量法

此处模型抽取使用的电磁仿真工具是HyperLynx Advanced Solvers (HLAS)的全波仿真器。其根本原理是使用矩量法求解麦克斯韦方程组的全波公式。

和有限元算法一样，矩量法同样使用了加权余量法，将线性算子离散为矩阵方程求解。不同的是，有限元法求解的是麦克斯韦方程组的微分形式，而矩量法求解的是麦克斯韦方程组的积分形式。在矩量法中，亥姆霍兹方程中的位函数被表示成多介质层的格林函数和表面电流密度的积分。由此将微分问题转换成了积分问题。同时，仅仅利用表面电流就可以表示全部区域的电磁场，因此在矩量法中Mesh的数量大大减少，仿真时间也相应变快（矩量法是3D电磁算法。但由于在叠层结构中z轴方向的电流密度可以被忽略，在损失很少精度的情况下速度更快，这也被称为2.5D算法）。

尽管都使用了加权余量法，微分和积分的不同造成了有限元法和矩量法本质的不同。若函数在某点可微分，则函数在该点必连续。故在介质变化的边界处，麦克斯韦方程组的微分形式不成立。因此，在有限元仿真软件中我们需要设置复杂的边界条件。工程师需要掌握多达十数种边界条件的设置，这造成了很多不便。相反地，由于矩量法求解积分算子，麦克斯韦方程组恒成立，冗余的边界条件参数设置过程就被规避了。这也是在接下来的过程中，我们可以方便地建立电磁仿真模型的根本原因。

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如何自动建立3D电磁模型

在HyperLynx BoardSim仿真工具中，我们可以利用HyperLynx DRC (HLDRC)的检查规则自动锁定所要抽取的模型区域，然后利用在后台工作的HLAS，提取模型的S参数。

操作方法

1.      选择所要仿真的信号网络。Select->Net by Name for SI Analysis。

2.      为所选择的信号线配置相应的模型，在此不再赘述。

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

4.      设置3D区域抽取规则，如有需要可以调整下图中所示的参数。Automatically created areas -> options。

5.      点击 Create Areas for Selected Nets 调用HLDRC 划取3D区域。

6.      如下图所示，所选择的3D区域会在BoardSim界面中被高亮。

7.      点击编辑修改电磁仿真频率。Manually edit areas -> Edit 确认后点击Solve Highlighted Areas执行算法。

8.      仿真结束后可以点击 View Models按钮查看SP模型参数。同时3D区域和SP模型被储存在项目文件夹中。最后利用电磁仿真器所抽取的SP模型就可以使Power Aware的信号完整性仿真更加精确。

结束语

以上我们从仿真算法的角度认识了电磁仿真工具参数设置上的区别。同时，我们介绍了利用HyperLynx系列工具（HyperLynx SIPI/HyperLynx DRC/HyperLynx Advance Solvers）自动抽取用于Power Aware仿真的3D电磁模型。Mentor验证方案的高度集成化从根本上加速了PCB的设计速度。