06PCB不连续性

HFSS——HighFrequencyStructureSimulator,AnsoftHFSSHFSSEDAHFSSHFSSHFSS01.HFSS——HFSSHFSSHFSSHFSS…02.HFSS——RadarCrossSection—RCSHFSSRCSHFSSHFSSRCSHFSSRCSRCSRCSRCSRCSHFSSRCS…EDA（II）－不连续性西安电子科技大学Ansoft培训中心目录第一章序言第二章创建项目第三章构造模型第四章后处理Ansoft高级培训班教材-1-第一章序言随着现代电子信息科学向着小型化、集约化方向发展，很多的电子元器件集成在PCB板上完成一项或几项特定的功能。这些元器件之间的信号依靠PCB板上的微带连接线传递，而且在实际结构中不可避免地会出现拐角等不连续性，这些导线之间的距离也比较接近。大量的科研实际中发现脉冲信号在经过这些传输线传递后会出现变形，这些形变有时会影响到信息传递的准确性。另外，由于线间距离较近，线间的相互耦合会引起不同线路间信息的干扰，也会加大误码率。因此，深入地研究PCB板上立体布线的这些效应对于实际科研具有非常重要的意义。AnsoftHFSS软件是一个很好的分析此类问题的软件。我们知道，脉冲信号具有很宽的频谱，正是其射频分量在微带线上传输时具有的分布参数效应会引起拐角反射、线间耦合等情况的出现，从而影响了信号特性的变化。我们可以利用AnsoftHFSS这一有限元方法分析的工具研究PCB板上立体布线的这些射频特性，得出其宽带频谱内的频域特性的变化，从而研究其引起的时域特性变化。这一手册着重研究微带连接线不连续性的射频特性。关于非连续性的研究这本手册的后边部分描述将引导你如何使用软件去建立、求解和分析一个具有非连续性的微带线。本例假设使用者已经学习过并理解指南中的“TheGettingStarted”的内容。备注：如果你对该内容不熟悉，请翻看指南中“Usingthe3DSolidModeler”部分。当布线通过直流馈电和接地系统时，你将遇到信号完整性问题。下面的图解详细的描述了你要创建和研究的无源器件。谐振对信号在微带线上传输的影响。非理想平板的工作特性Ansoft高级培训班教材-2-第二章创建项目本章中你的目标是：√保存一个新项目。√把一个新的HFSS设计加到已建的项目√为项目选择一种求解方式√设置设计使用的长度单位时间：完成这章的内容总共大约要5分钟。一.打开HFSS并保存一个新项目1.双击桌面上的HFSS9图标，这样就可以启动HFSS。启动后的程序工作环境如图：图2－1HFSS工作界面1．打开File选项(alt+F),单击Saveas。2．找到合适的目录，键入项目名hf_msvia。图2－2保存HFSS项目Ansoft高级培训班教材-3-二.加入一个新的HFSS设计1．在Project菜单，点击insertHFSSDesign选项。(或直接点击图标。)一个新的工程被加入到hf_msvia项目中，默认名为HFSSModeln。图2－3加入新的HFSS设计2．为设计重命名。在项目树中选中HFSSModel1,单击鼠标右键，再点击Rename项，将设计重命名为hf_msvia。图2－4更改设计名Ansoft高级培训班教材-4-三.选择一种求解方式1．在HFSS菜单上，点击SolutionType选项.2．选择源激励方式，在SolutionType对话框中选中DrivenMode项。图2－5选择求解类型图2－6选择源激励方式四.设置设计使用的长度单位1.在3DModeler菜单上，点击Units选项.2.选择长度单位，在SetModelUnits对话框中选中mm项。图2－5选择长度单位图2－6选择mm作为长度单位Ansoft高级培训班教材-5-第三章构造模型本章中你的目标是：√建立物理模型。√设置模型材料参数√设置边界条件和激励源√设置求解条件时间：完成这章的内容总共大约要25分钟。一.建立物理模型1．画长方体。在Draw菜单中，点击Box选项（或直接点击图标）；图3－1通过菜单加入一个Box2．输入参数。按下Tab键切换到参数设置区（在工作区的右下角），设置长方体的基坐标为(x=-10mm,y=-20mm,z=-0.45mm);按下Enter键后输入三边长度：x方向40mm,y方向20mm,z方向0.9mm。注意：在设置时不要在绘图区中点击鼠标。图3－2输入长方体的几何尺寸小技巧：按下alt键后，旋转鼠标，视图随之旋转；按下shift键后，移动鼠标，视图随之平移；Ansoft高级培训班教材-6-3．设置长方体属性如上设置完几何尺寸后，HFSS系统会自动弹出长方体属性对话框。对话框的Command页里有我们刚才设置的几何尺寸，并且其数值可以自由更改。因此在我们也可以先随意用鼠标建立一个长方体模型后，然后在其属性对话框输入其尺寸要求即可。单击Attribute页，在Attribute页我们可以为长方体设置名称、材料、颜色、透明度等参数。这里，我们把这个长方体命名为PCB，将其透明度设为0.8。材料在下文统一设置。设置完毕后，同时按下ctrl和D键(ctrl+D)，将视图调整一下。图3－3设置长方体的各项属性Ansoft高级培训班教材-7-图3－4绘出pcb板后的视窗4．重复以上步骤绘出bot_gnd，top_gnd，trace1等长方体。参数如下：名称:bot_gnd坐标基点:X=-10.0mm,Y=-20.0mm,Z=-0.35mm三边长度:X方向:20.0mm,Y方向:40.0mm,Z方向:0.1mm透明度：0.8名称:top_gnd坐标基点:X=-10.0mm,Y=-20.0mm,Z=0.25mm三边长度:X方向:20.0mm,Y方向:40.0mm,Z方向:0.1mm透明度：0.8名称:trace1坐标基点:X=-0.5mm,Y=-20.0mm,Z=0.45mm三边长度:X方向:1.0mm,Y方向:20.0mm,Z方向:0.1mm透明度：0.8图3－5绘出bot_gnd，top_gnd，trace1后的视窗5．画圆柱体。在Draw菜单中，点击Cylinder选项（或直接点击图标）；图3－6通过菜单加入一个Cylinder6．输入圆柱体参数。按下Tab键切换到参数设置区（在工作区的右下角），圆柱体坐标基点圆心坐标:X=0mm,Y=0mm,Z=0.45mm;高:0.1mm,半径:0.5mm;圆柱轴向为z轴.Ansoft高级培训班教材-8-所以dx:0.5mm,dy:0mm,dz:0.1mm图3－7输入圆柱体的几何尺寸7．设置圆柱体属性如上设置完几何尺寸后，HFSS系统会自动弹出圆柱体属性对话框。对话框的Command页里有我们刚才设置的几何尺寸，并且其数值可以自由更改。因此在我们也可以先随意用鼠标建立一个圆柱体模型后，然后在其属性对话框输入其尺寸要求即可。单击Attribute页，在Attribute页我们可以为圆柱体设置名称、材料、颜色、透明度等参数。这里，我们把这个圆柱体命名为pad，将其透明度设为0.8。材料在下文统一设置。设置完毕后，同时按下ctrl和D键(ctrl+D)，将视图调整一下。图3－8设置圆柱体的各项属性Ansoft高级培训班教材-9-图3－9绘出pad后的视窗8.重复以上画圆柱体的步骤绘出keepout参数如下：名称:keepout圆柱体坐标基点圆心坐标:X=0mm,Y=0mm,Z=－0.45mm;高:0.9mm,半径:1mm;圆柱轴向为z轴.所以dx:1.0mm,dy:0mm,dz:0.9mm图3－10绘出keepout后的视窗9.将trace1和pad组合起来；先选中trace1,再选中pad;注意：组合后保留第一个被选中的物体名称在3DModeler菜单上，进入Boolean子菜单，点击Unite选项.(或直接点击图标。)图3－11通过菜单进行组合操作Ansoft高级培训班教材-10-图3－12trace1和pad组合后的视窗10．画长方形在Draw菜单中，点击Rectangle选项（或直接点击图标）；图3－13通过菜单加入一个Rectangle11.设置长方形属性。先随意画一个长方形，HFSS系统会自动弹出长方形属性对话框,将轴线改为y向后点击确定图3－14改变一个长方形的轴线Ansoft高级培训班教材-11-注意：因为本长方形轴线为y轴，而HFSS系统默认为z轴；如按以前的方法设置将dy设为0;会出现如下错误。为了方便起见，按以上操作设置长方形属性。图3－15将dy设为0系统提示的错误信息12．在操作历史树中,点击Rectangle1前+号将其展开；选中CreatRect单击鼠标右键，点击Properties项（或直接在command窗口修改）。图3－16从操作历史树选中CreatRect图3－17在command窗口的属性表13．在长方形属性对话框中设置其各项属性。基点坐标:X=-0.5mm,Y=-20.0,mmZ=0.35mmX方向边长:1.0mm,Z方向边长:0.1mm,Ansoft高级培训班教材-12-图3－18设置长方形属性的各项属性14.在操作历史树中,选中Rectangle1在attribute窗口把此长方形命名为port1,将其透明度设为0.8图3－18设置长方形名称和透明度图3－19绘出port1后的视窗15．复制trace1,port1；在操作历史树中利用ctrl键同时选中trace1,port1，单击鼠标右键；进入edit选项，再进入duplicate子选项，选择aroundAxis。（或直接点击图标）Ansoft高级培训班教材-13-图3－20从操作历史树选中duplicate操作，aroundAxis方式此时出现轴向选择对话框，我们将轴线设为x轴，旋转角度180deg；我们只需复制一份，连同原来的共2份，所以total设为2.图3－21轴向选择对话框设置复制的物体被自动命名为port1_1,trace1_1;我们将其分别命名为port2,trace2。图3－22trace1，port1被复制后的视窗16．重复画圆柱体的步骤，绘出via，keepout等圆柱体；参数如下：Ansoft高级培训班教材-14-名称:via坐标基点:X=0.0mm,Y=0.0mm,Z=-0.45mm轴向：z轴半径：0.5mm;高度：0.9mm透明度：0.8名称:keepout坐标基点:X=0.0mm,Y=0.0mm,Z=-0.45mm轴向：z轴半径：1.0mm;高度：0.9mm透明度：0.8图3－23绘出via，keepout后的视窗17.从top_gnd,bot_gnd中挖去keepout。在操作历史树中利用ctrl键同时选中top_gnd,bot_gnd；在3DModeler菜单上，点击Boolean选项,再选择Subtract项。（或直接点击图标）此时出现subtract对话框，利用-,-操作；将被裁减的top_gnd,bot_gnd移至左侧，把keepout移到右侧。点击OK返回。图3－24通过菜单进行subtract操作图3－25subtract对话框Ansoft高级培训班教材-15-图3－26从top_gnd,bot_gnd中挖去keepout后的视窗18．重复画圆柱体和长方体的步骤，绘出gnd_via，air_box模型。参数如下：名称:gnd_via坐标基点:X=-5.0mm,Y=-10.0mm,Z=-0.25mm轴向：z轴半径：0.5mm;高度：0.5mm透明度：0.8图3－26绘出gnd_via后的视窗名称:air_box坐标基点:X=-15.0mm,Y=-25.0mm,Z=-5.0mm三边长度:X方向:30.0mm,Y方向:50.0mm,Z方向:10.0mm透明度：0.8同时按下ctrl和D键(ctrl+D)，将视图调整一下。Ansoft高级培训班教材-16-图3－