Продукты Genesys - Empower

Модуль Genesys Empower является недорогим средством повышения точности проектирования изделий, изготавливаемых по технологии поверхностного монтажа, стандартных фильтров и активных схем, а также моделирования схем замещения в среде Genesys.

Empower – это модуль трехмерного электромагнитного моделирования планарных устройств, который повышает точность планарных схем и моделей меньшего размера с прямоугольными топологическими элементами (например, платы ВЧ-устройств с контактными площадками для поверхностного монтажа и межкомпонентными соединениями). Это сокращает количество переделок платы и расширяет возможности моделирования схем. Хотя более широкий ряд проектов более производительных и эффективных можно рассчитать с помощью модуля Momentum GX, модуль Empower является проверенным временем средством для решения более мелких задач, которое предлагается по доступной цене.

• В нем имеется удобный интерфейс пользователя и обеспечивается интеграция, которая позволяет выполнять совместное моделирование схем, сканирование, а также анализ методом Монте-Карло при использовании средств линейного и нелинейного моделирования, моделирования по алгоритму Spice и моделирования высокочастотных систем
• За последнее десятилетие он был апробирован на практике почти 1000 разработчиков
• Текущим владельцам модуля Empower также рекомендуем изучить возможности модуля Momentum GX

Краткий обзор продукта

Модуль Genesys Empower является недорогим средством повышения точности проектирования изделий, изготавливаемых по технологии поверхностного монтажа, стандартных фильтров, активных схем, а также моделирования схем замещения в среде Genesys.

В модуле Empower используется проверенный временем метод прямых, а также обеспечивается возможность многоуровневого электромагнитного моделирования; многоуровневой декомпозиции на базе многомодовой матрицы рассеяния и совместного электромагнитного моделирования схем.

В модуле Empower используется метод прямых (MOL) для моделирования структуры монолитных интегральных схем и монолитных интегральных схем СВЧ-диапазона с повышенной точностью по сравнению с моделированием методами цепей.  Метод прямых обеспечивает превосходные показатели сходимости и цифрового согласования, которые создают прочную основу для оптимизации и улучшения кода.

Функциональные возможности продукта

• Автоматическая обработка элементов с сосредоточенными параметрами
• Гибкие параметры топологии
• Обобщенные S-параметры
• Функция просмотра в 3D с графиками динамического чередования фаз
• Метод прямых
• Методы настройки в реальном времени
• Автоматическое обнаружение и расчет с симметрией
• Большие задачи и декомпозиция
• Точный расчет потерь
• «Коробочные» режимы и влияние корпуса
• Точность, определенная в результате стендовых испытаний
• «Щелевой» режим для щелевых и копланарных схем
• Вычленение портов и эталонные платы

Автоматическая обработка элементов с сосредоточенными параметрами

Модуль Empower устанавливает внутренние порты по месту размещения каждого элемента с сосредоточенными параметрами в схеме, рассчитывает S-параметры n-порта, а затем в модуле Genesys выполняется расчет АЧХ с переустановленными элементами с сосредоточенными параметрами. Весь процесс выполняется в среде Genesys автоматически. Точность обеспечивается за счет того, что все сигнальные металлические участки присутствуют в корпусе, а их связь моделируется. Так как в схеме часто имеется много элементов с сосредоточенными параметрами, то это позволяет сократить затраты труда без ущерба точности.

список функциональных возможностей продукта

Гибкие параметры топологии

Электромагнитное моделирование поддерживает нестандартные формы металлических элементов и более сложную структуру слоев подложки (например, подвешенная или обращенная подложка, а также закрытая микрополосковая линия).

список функциональных возможностей продукта

Обобщенные S-параметры

S-параметры обычно нормализованы к постоянному полному сопротивлению (например, 50 или 75 Ом). С точки зрения измерений это является обязательным требованием. Модуль Empower также обеспечивает возможность нормализовать S-параметры к полному сопротивлению моделируемой линии. Этот метод устраняет значительную часть погрешности, связанной с принятием предположения об ограниченном количестве ячеек моделирования по всей ширине передающих линий. Это также выполняется автоматически в Genesys, который создает и читает файлы, необходимые для поддержки обобщенных S-параметров.

список функциональных возможностей продукта

Функция просмотра в 3D с графиками динамического чередования фаз

Модуль Empower включает функцию просмотра цветного трехмерного изображения, которая помогает наглядно представить плотность тока (напряжения в режиме щелевой линии) в схеме. Функция просмотра выполняет обработку как величины, так и угла токов, и отображает их в виде статических и динамических графиков. Эти графики помогают понять, каким образом можно доработать схемы, чтобы улучшить их характеристики. В большинстве средств электромагнитного моделирования предусмотрено какое-либо средство просмотра, но функция просмотра Empower обеспечивает динамические представления данных с точной информацией о фазе. Справа показан график просмотра токов вдоль меандровой линии. Щелкните здесь, чтобы просмотреть более крупное анимированное представление (372 КБ). Здесь отображается величина токов вдоль меандровой линии на одной частоте.

список функциональных возможностей продукта

Метод прямых

Модуль электромагнитного моделирования требует большого объема вычислений и выполнение расчетов происходит медленнее, чем при моделировании методами теории цепей. В основе Empower лежит метод прямых (MoL). Метод прямых удобен для анализа числовых параметров. Это позволяет использовать ряд методов оптимизации машинного кода программы для увеличения скорости выполнения.

список функциональных возможностей продукта

Методы настройки в реальном времени

Автоматическое конфигурирование элементов с сосредоточенными параметрами, автоматическое обнаружение и расчет с симметрией, и декомпозиция на базе многомодовой матрицы рассеяния позволяют быстрее и проще выполнить оптимизацию и настройку. Например, простым и мощным методом расчета структур фильтров с переходными отверстиями (наподобие показанного справа) является прогон Empower без переходных отверстий. Структура фильтра является нерезонансной и выполняется расчет лишь нескольких частот. Переходные отверстия заменяются Genesys, и могут отображаться сотни точек по частоте, в результате чего обеспечивается высокая детализация сканирования. Может использоваться декомпозиция, которая позволяет оптимизировать и настраивать спиральные катушки индуктивности и меандровые линии так же быстро, как при моделировании методами теории цепей.

список функциональных возможностей продукта

Автоматическое обнаружение и расчет с симметрией

Двукратное уменьшение объема задачи фактически сокращает время выполнения и требуемую память в 4 раза. Большинство средств электромагнитного моделирования позволяют разделить некоторые симметричные схемы на две секции, выполнить моделирование и снова объединить цепи. Модуль Empower автоматически обнаруживает симметрию и производит расчет всех симметричных схем. Он даже обнаруживает двухзеркальную симметрию, обеспечивая 16-кратное сокращение времени и требуемой памяти. Не нужно предпринимать какие-либо специальные шаги – весь процесс выполняется автоматически. Если металлический сегмент установлен слегка несимметрично, модуль Empower даже указывает его местоположение.

список функциональных возможностей продукта

Большие задачи и декомпозиция

Поддержка многомодовых режимов часто позволяет разбить большие схемы на более мелкие секции, тем самым давая возможность выполнить электромагнитное моделирование тех схем, которые в противном случае были бы слишком большими. При этом обеспечивается сохранение связи несмежных линий в таких схемах, как фильтры, спиральные катушки индуктивности и меандровые линии.

список функциональных возможностей продукта

Точный расчет потерь

Модуль Empower с высокой точностью выполняет расчет потерь в металле и диэлектрике, а также потери на излучение. Средства моделирования методами теории цепей не позволяют прогнозировать потери на излучение, а некоторые средства электромагнитного моделирования не очень хорошо справляются с прогнозированием потерь в отношении количества ячеек моделирования в передающей линии. Модуль Empower обеспечивает точное прогнозирование потерь в структурах как схем в закрытом исполнении, так и корпусов с открытыми крышками или крышками, допускающими потери.

список функциональных возможностей продукта

«Коробочные» режимы и влияние корпуса

Приходилось ли вам когда-либо проектировать усилитель, уделяя особое внимание коэффициенту стабильности, получая в конечном итоге разброс значений несмотря на все принятые меры предосторожности? Приходилось ли вам бороться с плохими характеристиками полос заграждения фильтров? Приходилось ли вам устранять паразитные сигналы, которые не удается уменьшить за счет фильтрации? Распространенной причиной возникновения этих проблем являются «коробочные» режимы.

Закрытый корпус действует аналогично полому резонатору. Это может оказать сильное влияние на поведение схемы. В то время как некоторые средства электромагнитного моделирования предполагают «открытую» среду, модуль Empower имеет встроенные возможности прогнозирования этих эффектов.

На частотах, близких к каждому резонансу, металлические участки тракта сигнала эффективно излучают в полость. Так как это излучение является обратимым, то между металлическими участками тракта сигнала возникает связь. Если расчет схемы выполняется с открытой крышкой или с крышкой, допускающей потери, то явления резонанса уменьшаются. В этом случае модуль Empower точно прогнозирует поверхностные моды, которые ограничивают итоговое подавление в схеме.

список функциональных возможностей продукта

Точность, определенная в результате стендовых испытаний

В руководстве по использованию модуля Empower приводится несколько способов сравнения измеренных характеристик с эталонными показателями точности. Модуль Empower также обеспечивает более высокое качество расчета теоретических задач с известными точными решениями. Контрольная задача была предложена Раутио в работе «Контрольная задача для сверхточной проверки правильности результатов электромагнитного анализа планарных схем», IEEE MTT Trans., ноябрь, 1994 г., стр. 2046-2050. Модуль Empower показывает исключительно высокие результаты при применении этой контрольной задачи. Еще больше повысить точность можно с помощью метода экстраполяции Ричардсона благодаря свойствам монотонной сходимости метода прямых.

список функциональных возможностей продукта

«Щелевой» режим для щелевых и копланарных схем

В типичных схемах мало металлизированных участков и их лучше всего моделировать путем расчета тока в металле. В других схемах (например, щелевых и копланарных) имеется существенная доля металлизированных поверхностей, поэтому их расчет более эффективно выполняется с помощью «щелевого» режима модуля Empower. Вместо расчета тока в металлизированной области выполняется расчет напряжения в неметаллизированных областях. Это существенно сокращает вычислительные затраты, время и требуемую память.

список функциональных возможностей продукта

Вычленение портов и эталонные платы

При подходе линии к боковой стенке корпуса возникает дополнительная емкость от линии к «земле». Модуль Empower автоматически устраняет это явление для нормальных портов. Этот процесс называется «вычленением» (определением остаточного уровня наводок) и выполняется в силу того, что моделируемый объект может использоваться как часть другой схемы при отсутствии стенки. Если вы хотите перенести эталонные платы для прогона в модуле Empower, можно их просто перетащить в нужное место с помощью мыши. Модуль Empower также позволяет отключить функцию вычленения, чтобы произвести расчет схемы в корпусе с боковыми стенками.

список функциональных возможностей продукта

Электронные демонстрации и самоучители

• Empower Walkthrough (Краткий обзор модуля Empower) - март 2003 г.
• Low-Noise Amplifier Design with Genesys (Проектирование малошумящих усилителей с помощью Genesys) - март 2003 г.
• Tuned Combline Filter with Empower Cosimulation (Проектирование настроенных фильтров гребенчатой линии с помощью совместного моделирования в Empower) - март 2003 г.
• Hybrid Coplanar Bandstop Filter with Empower (Проектирование гибридных копланарных режекторных фильтров с помощью модуля Empower). Иллюстрация уникальных возможностей трехмерного проектирования модуля Empower: проволочные выводы, комбинированный «щелевой» режим - март 2003 г.
• Custom Filter Topology with Empower Viewer (Проектирование специальной топологии фильтра с использованием функции просмотра Empower) - март 2003 г.
• M/Filter and Empower Combline Walkthrough (Краткий обзор проектирования гребенчатых линий в модулях M/Filter и Empower) - март 2003 г.
• Edge Coupled Filter Empower Benchmark (Контрольная задача для расчета фильтров с внеосевым выводом в модуле Empower) - март 2003 г.
• Sonnet Integration Demo (Демонстрация интеграции с Sonnet) - август 2004 г.

Публикации и примечания

Указания по применению

• Using Genesys to Design Power Amplifiers (Использование Genesys для проектирования усилителей мощности), август 2003 г.
• Understanding Reference Planes for Device Packages (Понимание эталонных плат для корпусов устройств), декабрь 2002 г.
• Choosing a Grid for Empower Simulation (Выбор сетки для моделирования в модуле Empower), февраль 2001 г.
• Low Noise Amplifier for 1900 MHZ Applications (Малошумящий усилитель для устройств, работающих в диапазоне 1900 МГц), февраль 2001 г.

Статьи

• 2001-2002 CAD Benchmark (Контрольные задачи САПР в 2001-2002 гг.), Microwave Engineering Europe, март 2002 г. Исходные технические условия контрольной задачи, наряду с представленными компанией Eagleware результатами моделирования
• Exploiting Filter Symmetry (Использование симметрии фильтров), Рэнди Рея, Microwave Journal, май 2001 г.
• High-Q Resonators on FR4 (Резонаторы с высокой добротностью на FR4), Рэндал Рея, Applied Microwave & Wireless, октябрь 1999 г.
• Designing a Low-Noise VCO on FR4 (Проектирование малошумящего генератора, управляемого напряжением, на FR4), Рэндал Рея, RF Design, сентябрь 1999 г.
• Integrated Software for Electromagnetic Simulation (Интегрированное программное обеспечение для электромагнитного моделирования), Роб Лефевр, Microwave Journal, ноябрь 1998 г., стр. 136-140.

Публикации по теме

• CAD Techniques Applied to LTCC Technology (Применение методов САПР при разработке устройств на основе низкотемпературной керамики), Рэнди Рея, MTT/IMS 2000, июнь 2000 г.
• Non-Resonant Electromagnetic Simulation of Some Resonant Planar Circuits (Моделирование нерезонансных составляющих сигнала некоторых резонансных планарных схем) (презентация), Юрий Шлепнев, апрель 2000 г. Также имеется: первоначальный доклад в формате PDF
• Advanced Design Techniques From Synthesis Through Test: A 900 MHz VCO (Усовершенствованные методы проектирования от синтеза до испытания: генератор 900 МГц, управляемый напряжением, Рэндал Рея, Международный симпозиум и выставка по устройствам в диапазоне СВЧ IEEE MTT-S 1999 года, материалы семинаров по продукции и ее применению. (Также имеется образец файла MTT3.SCH для Genesys/EM V6.5B.)
• Extension of the Method of Lines for Planar 3D Structures (Расширение метода прямых для трехмерного анализа планарных структур), Юрий Шлепнев, материалы 15-го Ежегодного обозрения достижений в области прикладного компьютерного электромагнитного моделирования (ACES '99), Монтерей, штат Калифорния, 1999 г.
• A New EM Simulator of Passive MIC Elements (Новое средство электромагнитного моделирования пассивных элементов монолитных ИС, Юрий Шлепнев, материалы 4-й Международной конференции по антеннам, системам и средствам радиосвязи (ICARSM'99), Воронеж, 1999 г.
• A new generalized de-embedding method for numerical electromagnetic analysis (Новый обобщенный метод вычленения для численного электромагнитного анализа), Юрий Шлепнев, материалы 14-го Ежегодного обозрения достижений в области прикладного компьютерного электромагнитного моделирования (ACES '98), Монтерей, штат Калифорния, 1998 г.
• Электродинамика волноводных структур осесимметричных интегральных схем СВЧ-диапазона, А.Б. Миронов, Н.И. Платанов и Ю.О. Шлепнев, Радиотехника и электроника, №2, 1990 г, стр. 281-286.