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场求解器

场求解器是集成电路和印刷电路板设计师的重要工具,可以用于分析和优化其设计方案的电气性能。

什么是场求解器?

场求解器是用于求解麦克斯韦方程组的电磁仿真软件。它可以求解完整的麦克斯韦方程组(全波求解器),也可以求解部分集合,例如寄生电容或电感提取。

电磁仿真软件有助于仿真电磁场并求解复杂的方程,确保成品的功能性和可靠性。场求解器的一个常见区别是微分求解器和积分求解器,每种求解器都有自己的优势和应用。

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了解优势所在

与使用标准寄生参数提取工具相比,使用场求解器有什么好处?

增强电路性能

在寄生电容计算中获得超高精度,确保集成电路的高性能和可靠性。

提高设计效率

在设计流程的早期快速识别并解决潜在问题,大幅减少开发时间和成本。

确保产品完整性

通过精确仿真电磁相互作用,确保设计在各种工作条件下的完整性和功能性。

微分场求解器

微分场求解器的工作原理是使用有限差分法求解麦克斯韦方程组。这些方法将空间离散为直线网格,然后计算每个点的电场和磁场。这种方法非常适合分析设计中的高频效应和急剧转换,例如印刷电路板上的信号追溯或芯片上的互连。微分求解器的精度取决于用于离散空间的网格单元的大小 - 单元越小,结果越精确,但需要的计算资源也越多。

有限差分法 (FDM) 和有限元法 (FEM)

场的微分形式有两种:有限差分法 (FDM) 和有限元法 (FEM)。有限差分法具有出色的收敛特性。通过适当调整网格分辨率和数值方案,设计师可以用较少的计算工作量得到高精度的场方程解。因此,对于集成电路设计中需要快速周转时间的时间紧要型应用来说,它是一个非常有吸引力的选择。

积分场求解器

另一方面,积分场求解器使用数值积分技术来求解设计中表面或体积的麦克斯韦方程组。积分求解器依靠电磁场源(例如表面电荷密度)的离散化来求解电容。常见的算法包括边界元法 (BEM) 和矩量法 (MoM)。

浮动随机游走 (FRW) 求解器

浮动随机游走 (FRW) 算法通常也与场求解器归为一组,但它们不是正式的场求解器,因为它们通常不求解场。与使用确定性方法求解方程的传统场求解器不同,FRW 算法通过将随机游走合并到仿真中来引入随机元素。这种随机性可以更真实地反映粒子在复杂环境中的运动。FRW 算法的主要缺点之一是耗时。它需要大量的迭代才能获得准确的结果,从而显著增加仿真时间。

微分、积分、浮动三款求解器

从左到右:微分场求解器、积分场求解器和浮动随机游走的表示。使用微分场求解器(有限差分法 FDM 和有限元法 FEM)时,芯片用直线网格表示。使用积分场求解器(边界元法 BEM 和矩量法 MoM),只有边界被离散化。使用浮动随机游走(不是正式的场求解器,因为它不求解场),仿真两个导体之间的粒子随机路径。

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