操作 | SIwave with HFSS Region作用及操作方法

SI工程师日常需要频繁用到ANSYS SIwave及HFSS等仿真工具来评估优化高速信号性能，确保高速信号通道的信号完整性。

SIwave针对封装、PCB场景进行电磁场分析，具有操作简单、仿真速度快等优点。它可以完成基于封装和PCB的S参数、Crosstalk、DC压降、PDN系统PI、EMI/EMC等参数指标的分析工作。它针对封装及PCB z方向尺寸很小的特点，采用特定算法快速求解，通常z方向满足电小尺寸即叠层厚度小于十分之一波长。

HFSS针对任意三维结构做全波电磁场分析，任意带宽求解精度高，可考虑复杂三维结构细节。它需要精细化剖分网格，故针对扁平、多层叠、多port结构，会存在精度和仿真效率的平衡问题。

“杀鸡是否要用牛刀？”SIwave和HFSS是否可以优势互补？为了解决这样的问题，ANSYS SIwave R19版本开始提供了SIwave with HFSS Regions功能，在SIwave中针对指定区域使用HFSS solver求解，实现整体仿真精度和求解效率的平衡。

PCB走线、电源地平面等扁平结构采用SIwave计算，而典型的如信号过孔、连接器引脚、BGA焊球等z方向不能忽略简化的三维结构，就采用HFSS做三维结构精细化电磁场仿真分析。

如上图结果所示，SIwave with HFSS Region仅小幅增加了仿真时间，却获得了跟HFSS几乎一样的仿真精度。

二、SIwave with HFSS Region操作

1、导入待分析PCB文件，做好层叠、电源地等基本设置。

2、选择所要分析的网络，通过Tools-》Generate port on Selected Nets添加仿真分析端口。

3、在SIwave中使用Region Extent指定HFSS solver求解区域，然后在layout工作区中点击鼠标左键画出相应HFSS仿真区域。

（1）可以在Home菜单栏下点选Draw Rectangular Region Extent；

（2）也可以在layout工作区右键-》Draw Geometry-》Plane Extent（Rectangle）。

参考上图，在过孔区域添加矩形Region Extent。需要注意的是，每个HFSS Region都会生成相应的3D layout模型，然后调用HFSS solver提取S参数，因此在每个矩形区域内，必须能够提供完整的回流路径。截取传输线的位置要有相应的参考地平面，且截面尽量与走线方向垂直。

4、求解设置

• 点击Simulation>>Compute SYZ Parameters

• 修改Simulation name：SYZ Sweep siwave with HFSS region

• 设置扫频范围，可以参考下图

• 选择Interpolating Sweep，设置Relative error为0.1%

• 勾选HFSS（user-defined regions），点击HFSS solver options可以对HFSS region进行求解设置

• 设置保存SNP文件的路径

• 单击Save settings保存设置

• 点击Launch，开始仿真

5、HFSS Region求解设置

• 点击HFSS solver options，弹出配置界面，跟HFSS的设置基本上一致

• 在Adaptive solutions下面设置求解频率：20GHz

• Delta S默认0.02

6、HFSS Region求解设置

• 仿真完成后，在result窗口中即可查看S参数仿真结果

SIwave with HFSS Region功能实现了扁平结构电磁场仿真与三维精细化结构电磁场仿真精度与效率的平衡，给电路板电磁场设计仿真人员带来新的高效解决方案。