一、引言

本章節(jié)開始介紹EM的基本概念、內(nèi)容以及實(shí)現(xiàn)具體步驟，并介紹如何在ADS中創(chuàng)建一個(gè)Layout，然后執(zhí)行Momentum仿真過程。

二、基本概念

1.EM介紹

EM全稱Electromagnetic，即electro（電）magnetic（磁）。ADS為設(shè)計(jì)和評(píng)估現(xiàn)代通信系統(tǒng)產(chǎn)品提供了電磁仿真工具（EM）。EM包括Momentum simulator（動(dòng)量仿真器）和FEM（Finite Element Method）simulator（有限元仿真器），并且提供了統(tǒng)一的接口。

2.Momentum介紹

Momentum(動(dòng)量仿真器)是一個(gè)完整的3D平面電磁工具集，用于預(yù)測(cè)高頻電路板、天線、集成電路和模塊的性能。它識(shí)別了元件之間的寄生耦合，超越了簡(jiǎn)單的分析和驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)了無(wú)源分布式電路的自動(dòng)化設(shè)計(jì)。它還可以可視化電流流和遠(yuǎn)場(chǎng)輻射的3D顯示。動(dòng)量模擬器附帶以下功能列表:

• 計(jì)算s參數(shù)一般平面電路，包括微帶，槽線，帶狀線，共面波導(dǎo)，和其他拓?fù)?/li>
• 過孔和空橋連接層之間的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，因此您可以模擬多層RF/微波印刷電路板，混合電路，多芯片模塊和集成電路
• 與ADS一起安裝，并在桌面、遠(yuǎn)程服務(wù)器或分布式計(jì)算集群上本地運(yùn)行
• 最先進(jìn)的網(wǎng)格劃分和解決技術(shù)提供了突破性的能力，速度和準(zhǔn)確性
• 無(wú)縫電磁/電路協(xié)同仿真與協(xié)同優(yōu)化

3.FEM介紹

FEM是一種功能強(qiáng)大的有限元仿真器，可以解決廣泛的應(yīng)用問題。它使您能夠模擬任意3D形狀，例如鍵合線和有限介電基板。它是一個(gè)3D電磁模擬器，具有完整的3D電磁場(chǎng)求解器，以及全自動(dòng)網(wǎng)格劃分和收斂功能。有限元仿真器具備以下特征：

• 廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景：導(dǎo)體、電阻器、各向同性電介質(zhì)、各向同性線性磁性材料的建模。
• 無(wú)限數(shù)量的端口，支持多i /O設(shè)計(jì)仿真的應(yīng)用。
• 電場(chǎng)和磁場(chǎng)建模，使電磁場(chǎng)在設(shè)計(jì)中可視化。
• 吸收邊界條件(自由空間)，實(shí)現(xiàn)天線建模。
• 全波、EM精度，首通設(shè)計(jì)成功。
• 天線參數(shù)(增益、指向性、極化等)，以便更好地了解天線設(shè)計(jì)。
• 與ADS一起安裝并在本地運(yùn)行

4.Substrate介紹

Substrate（基板），可以理解為硬件中的疊層設(shè)計(jì)，其定義了物理設(shè)計(jì)的橫截面。這是3D視圖和/或EM仿真的先決條件。例如，多層電路板的基板由多層金屬走線、絕緣材料、接地面以及連接走線和圍繞電路板的空氣的過孔組成?；寰庉嬈魇鼓軌蛑付▽傩?#xff0c;例如基板中的層數(shù)、選擇材料、指定每層的高度等。您可以保存基板定義并與其他電路一起使用。
基板包含了以下幾個(gè)可選的項(xiàng)目組成：

• 基板層:這一層定義了電介質(zhì)、地平面、覆蓋物、空氣或其他層狀材料。
• 界面層:這是基板層之間的導(dǎo)電層。典型的導(dǎo)電層是在布局窗口中的布局層上繪制的幾何圖形。通過將布局層映射到接口層，您可以在基板內(nèi)定位繪制電路的布局層。

另一種查看基板的方法是:基板提供了設(shè)計(jì)的側(cè)視圖(為了便于說(shuō)明，不按比例)，而布局窗口中在布局層上繪制的幾何圖形提供了設(shè)計(jì)的俯視圖。它們一起給出你的設(shè)計(jì)的三維圖像。基板的頂部和底部或一端有蓋(接口)或無(wú)限厚的基板層，如下圖所示:

三、創(chuàng)建Layout并進(jìn)行Momentum仿真

下面將介紹如何在ADS中建立一個(gè)Layout，并在Layout中添加微帶線，進(jìn)行Substrate設(shè)置。最后進(jìn)行Momentum仿真的操作過程。

1.創(chuàng)建Layout

1）首先創(chuàng)建一個(gè)Workspace，此處命名為MyFirstLayout_wrk。注意，選中Set up layout technology immediately after creating the library。然后點(diǎn)擊Create Workspace。

2）彈框提示創(chuàng)建Layout的類型，此處選中圖示0.0001mm分辨率，點(diǎn)擊Finish完成創(chuàng)建Workspace。

3）在新建的Workspace中，點(diǎn)擊Layout，如圖所示。

4）彈框定義Cell名稱，保持默認(rèn)cell_1，點(diǎn)擊Create Layout。

5）點(diǎn)擊Show advanced展開選項(xiàng)卡，然后點(diǎn)擊Change…。

6）如下圖，按照?qǐng)D示選擇，然后點(diǎn)擊OK。

7）完成設(shè)置后，點(diǎn)擊Create Layout按鈕，即完成了Layout的創(chuàng)建。

8）進(jìn)入到Layout界面，需要進(jìn)行相關(guān)設(shè)置。

9）點(diǎn)擊菜單欄的Preferences…。

10）可以對(duì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。

2.添加Microtrip（微帶線）

1）我們首先在菜單欄上鼠標(biāo)右鍵，彈框選中如圖所示的選項(xiàng)。

2）此時(shí)會(huì)在左側(cè)面板上顯示出Parts、Navigator、Layers選項(xiàng)卡，選中Parts，并找到MLIN，加入5段微帶線到Layout中。

3）可以點(diǎn)擊微帶線，分別對(duì)每段進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，如長(zhǎng)度和寬度，設(shè)置完成后，我們就可以進(jìn)行下一步操作了。

3.添加Substrate

前面介紹基板時(shí)提到，基板是EM仿真的前提。ADS中有如下4種方式可以創(chuàng)建一個(gè)新的Substrate：

• 在ADS主窗口中選擇“File > New > Substrate”，單擊“OK”。
• 從ADS主窗口，選擇庫(kù)視圖選項(xiàng)卡。右鍵單擊任何庫(kù)或單元并選擇New Substrate。
• 在布局窗口中，選擇EM > Substrate。
• 在EM Setup窗口中，在左側(cè)窗格中選擇Substrate。然后單擊New。

1）創(chuàng)建Substrate后，會(huì)彈出編輯窗口，如下圖所示。在該界面可以編輯疊層、設(shè)置每層的材料及尺寸信息等。

2）需要設(shè)置材料信息，點(diǎn)擊菜單欄中的Technology>Material Definitions…

3）彈框出材料定義選項(xiàng)卡，可以看到，針對(duì)Conductors（導(dǎo)體）、Dielectrics（電介質(zhì)）、Semiconductor（半導(dǎo)體）、Surface Roughness（表面粗糙度）進(jìn)行設(shè)置。

4）可以新建、刪除、或者從數(shù)據(jù)中添加。如下圖，針對(duì)電介質(zhì)，我們點(diǎn)擊Add From Database…，選擇Rogers_RO4350（注意，單擊即可選中變成藍(lán)色狀態(tài)，再次點(diǎn)擊選中狀態(tài)可以取消），然后點(diǎn)擊OK。即可添加一種新的電介質(zhì)材料。

5）回到編輯界面，可以看到，當(dāng)選中電介質(zhì)層后，在右側(cè)材料欄目中，可以選中剛剛加入的Rogers_RO4350材料了。導(dǎo)體、半導(dǎo)體可以同樣方式進(jìn)行處理。后續(xù)具體案例具體操作。

4.Momentum仿真

設(shè)置完基板后，我們可以開始配置仿真模型參數(shù)。
1）添加端口：在菜單欄中，選中Insert Pin按鈕，為已放置的微帶線添加兩個(gè)端口P1和P2。

2）添加好端口后，在菜單欄中，選中EM>Simulation Settings…。

3）在彈出的對(duì)話框中，View名稱修改為Momentum_EM，然后Use_template處保持默認(rèn)的None。

4）設(shè)置完成后，點(diǎn)擊Create EM Setup View。

5）此時(shí)，會(huì)再次彈框提示確認(rèn)view name。這里點(diǎn)擊Keep Name and Continue。即保持創(chuàng)建的名稱。

6）彈出的對(duì)話框中，點(diǎn)擊OK。

7）隨后，我們就進(jìn)入了仿真器的操作界面。這里會(huì)看到，Setup Type有兩種：EM Simulation/Model和EM Cosimulation。EM Simulator有三種：Momentum RF（射頻動(dòng)量仿真），Momentum Microware（微波動(dòng)量仿真），FEM（有限元仿真）。此處我們選擇Momentum Microware。

8）在左側(cè)菜單欄，可以看到我們新建的基板和添加的Ports。

9）在Frequency plan這一選項(xiàng)中，我們?cè)O(shè)置開始頻率、截止頻率、點(diǎn)數(shù)等信息。

10）Options頁(yè)面保持默認(rèn)。然后點(diǎn)擊右下角的Simulate按鈕，即可啟動(dòng)仿真。

11）仿真過程等待進(jìn)度條走完。

12）完成后，會(huì)自動(dòng)彈出視圖窗口。如下圖所示。

四、總結(jié)

通過本文章結(jié)束，可以了解ADS中電磁仿真相關(guān)術(shù)語(yǔ)名稱含義，以及包含的兩種仿真器。然后知道了基板設(shè)置是執(zhí)行電磁仿真的前提，并介紹了如何進(jìn)行基板的設(shè)置。最后，在ADS中創(chuàng)建了一個(gè)Layou，并基于此開始一個(gè)Momentum仿真器的配置過程。具體內(nèi)容還需大家深入去實(shí)操，了解各個(gè)模塊中各參數(shù)的具體含義。后面也會(huì)通過實(shí)例講解FEM的實(shí)操過程。
$$\mathbf{E}\mathbf{N}\mathbf{D}!$$