Solwer pól

Solvery pól są niezbędnymi narzędziami dla projektantów układów scalonych i płytek drukowanych umożliwiającymi analizę i optymalizację parametrów elektrycznych projektów.

Czym jest solwer pól?

Solwer pól to oprogramowanie do symulacji elektromagnetycznej, które rozwiązuje równania Maxwella. Może rozwiązać pełne równania Maxwella (solwer pełnofalowy) lub ich częściowy zbiór, np. ekstrahowania pojemności lub indukcyjności pasożytniczej.

Oprogramowanie do symulacji elektromagnetycznej pomaga symulować pola elektromagnetyczne i rozwiązywać złożone równania, aby zagwarantować funkcjonalność i niezawodność produktu końcowego. Solwery pól dzielą się m.in. na solwery różniczkowe i całkowe, a każdy z nich ma swoje mocne strony i zastosowania.

Powiązane produkty: Calibre xACT 3D Parasitic Extraction, Symulacja pól elektromagnetycznych w oprogramowaniu Simcenter, zaawansowane solwery HyperLynx

Team of computer engineers at a desk selecting printed circuit boards, with programming displayed on a computer screen in a high-tech lab setting.

Poznaj korzyści

Jakie są korzyści z używania solwera pól w porównaniu ze standardowym narzędziem do ekstrahowania składowej pasożytniczej?

Zwiększenie wydajność układów

Dzięki bardzo dokładnym obliczeniom pojemności pasożytniczej można zapewnić optymalną wydajność i niezawodność układów scalonych.

Poprawa wydajności projektowania

Możliwość szybkiego identyfikowania i rozwiązywania potencjalnych problemów na wczesnym etapie procesu projektowania znacznie skraca czas i zmniejsza koszty procesu rozwoju.

Zapewnienie integralności produktu

Dokładna symulacja oddziaływań elektromagnetycznych pomaga zapewnić integralność i funkcjonalność projektów w szerokim zakresie warunków roboczych.

Różniczkowe solwery pól

Działanie różniczkowych solwerów pól polega na rozwiązywaniu równań Maxwella metodami różnic skończonych. Metody te dyskretyzują przestrzeń w postaci prostoliniowej siatki, w której pola elektryczne i magnetyczne są obliczane w każdym punkcie. Takie podejście doskonale nadaje się do analizy efektów o wysokiej częstotliwości i nagłych przejść w projekcie, takich jak ścieżki sygnału na płytce drukowanej lub wzajemnych połączeń w układzie scalonym. Dokładność solwera różnicowego zależy od wielkości komórek siatki używanej do dyskretyzacji przestrzeni: mniejsze komórki umożliwiają uzyskanie dokładniejszych wyników, ale wymagają więcej zasobów obliczeniowych.

Metody różnic skończonych (MRS) i elementów skończonych (MES)

Różniczkowa postać pola ma dwie różne odmiany: metody różnic skończonych (MRS) i metody elementów skończonych (MES). Metoda różnic skończonych odznacza się doskonałymi właściwościami konwergencji. Dzięki odpowiedniemu dostrojeniu rozdzielczości siatki i schematów numerycznych projektanci mogą uzyskać bardzo dokładne rozwiązania równań pól przy minimalnych nakładach mocy obliczeniowych. Jest to bardzo atrakcyjna opcja przy projektowaniu układów scalonych, w odniesieniu do których krótki czas realizacji ma kluczowe znaczenie.

Całkowe solwery pól

Całkowe solwery pola wykorzystują z kolei techniki całkowania numerycznego do rozwiązywania równań Maxwella na powierzchniach lub objętościach w projekcie. Używają dyskretyzacji źródeł pola elektromagnetycznego, takich jak gęstość ładunków powierzchniowych, do obliczania pojemności. Powszechnie używane algorytmy łączą metodę elementów granicznych (MEG) i metodę momentów (MM).

Solwery zmiennego błądzenia losowego (FRW)

Algorytm zmiennego błądzenia losowego (FRW, ang. Floating Random Walk) jest również zaliczany do solwerów pól, chociaż w gruncie rzeczy nie rozwiązuje żadnych równań pól. W przeciwieństwie do tradycyjnych solwerów pól, które używają metod deterministycznych do rozwiązywania równań, algorytm FRW wprowadza element stochastyczny poprzez włączenie do symulacji błądzenia losowego. Ta losowość pozwala na bardziej realistyczne odwzorowanie ruchu cząstek w złożonych środowiskach. Jedną z głównych wad algorytmu FRW jest jego czasochłonność z uwagi na dużą liczbę iteracji wymaganej do uzyskania dokładnych wyników, co może znacznie wydłużyć czas symulacji.

Trzy solwery: różniczkowy, całkowy i zmiennego błądzenia losowego

Od lewej do prawej: Reprezentacje różniczkowych solwerów pola, całkowych solwerów pola i solwerów zmiennego błądzenia losowego. W przypadku solwerów pola różniczkowego (metoda różnic skończonych i metoda elementów skończonych) układ jest reprezentowany przez siatkę prostoliniową. W przypadku solwerów pól całkowych (metoda elementów granicznych i metoda momentów) dyskretyzacji ulega wyłącznie granica. W przypadku algorytmu błądzenia losowego, który nominalnie nie jest solwerem pól, ponieważ nie rozwiązuje równań pól, symulacja dotyczy losowych ścieżek cząstek między dwoma przewodnikami.