如何使用HPC技术实现电磁场全波模型的瞬态仿真

当今的电子产品许多数字接口是共用的，在设计优化接口时，工程师需确保完整系统中的每个独立接口可以实现与该接口单独运行时相同的性能，因此设备对电磁抗扰要求越来越高。

现有物理方法可解决单独接口的相互作用，但是目前最新的电子产品中通常包含许多不同的功能特性，因此几乎不可能提前知道哪个功能特性有可能产生不利的相互作用。工程师们选择使用仿真软件可以在前期设计解决此类问题，有效避免了后期重新设计，延误产品发布等事故发生。

如何确保电磁合规性标准

随着无线通信信道（例如WiFi、蓝牙等）的需求迅猛增加，供应商对数据传输速度以及封装密度的要求日益提高，在这种条件下，需同时满足电磁干扰/合规性标准（避免共存接口之间相互干扰）是非常有难度的。

在过去的设计中，通常是采用电磁仿真器提取单独功能的S参数模型，以解决这些问题，这样做的难度很高。这种方法的精确度有限，原因是S参数模型的激励通常采用通用信号，因此全波仿真预测的电磁辐射可能与实际电路存在巨大偏差。

因此工程师通过采用基于ANSYS HFSS有限元模型电磁(EM)求解器的工作流程，建立相关结构模型并计算频域中的EM场，从而解决了这个难题使其能充分结合全波频域与电路仿真，进而在构建物理原型之前能够满足合规标准以及电磁共存的要求。

全波模型的仿真工作流程

与HPC计算资源结合

改进后的EM仿真方法与大规模高性能计算(HPC)充分结合，能够实现完整PCB的全波精确度仿真。

其原理是通过电路仿真结果可以反向输入到全波模型，以重现现实环境中的电磁场。此方法已经在现有机顶盒数字高速传输信道上得到验证。

他们利用ANSYS HFSS将S参数模型转换成类似SPICE的模型，并且链接到HFSS电路环境。根据相关结构、端口类型、宽带S参数建模扫频、网格设置以及收敛标准来定义适当的机顶盒类型与尺寸，使HFSS模型保持在可控的规模。瞬态仿真生成的眼图和磁场与时域中的物理测量结果良好匹配。下一步是让激励回归HFSS，以便重新计算EM场，这样工程师能够关注更重要的磁场。

采用默认设计、屏蔽和掩埋布线的平均磁场

评估合理的解决方案

工程师研究使用多种功能与物理布局方法，试图寻求最安全合理的解决方案。他们将单元接口的转换速率从5%提高到8%，从而进一步降低辐射电磁场；还实施了扩频时钟方法，在各种谐波上评估了在不同的谐波位置放置共模滤波器的效果。

在三个不同位置采用共模滤波的时钟眼图

结果表明，针对此设计方案而言，当靠近信号源放置滤波器时，共模滤波方案更有效率。

工程师利用HPC资源配合ANSYS仿真软件得到了高精确度结果，能够解决接口电磁共存问题，以及在原型构建之前评估众多解决措施的相对效果。同时有效降低了成本，电子产品供应商能够凭借更低的研发风险和更短的设计周期投入市场并创造收入。