仿真軟件比較與分析

仿真軟件比較與分析

0幾種常用仿真軟件的比較分析模擬軟件是一種專門用于模擬的計(jì)算機(jī)軟件。它與模擬硬件類似于模擬技術(shù)工具。仿真軟件是從20世紀(jì)50年代中期開始發(fā)展起來的。它的發(fā)展與仿真應(yīng)用、算法、計(jì)算機(jī)和建模等技術(shù)的發(fā)展相輔相成。仿真軟件的目標(biāo)是不斷改善面向問題、面向用戶的模塊描述能力和對模型實(shí)驗(yàn)的功能。不同技術(shù)水平的用戶通過仿真軟件能在不同的程度上采用他們表達(dá)問題的習(xí)慣語言,方便地與計(jì)算機(jī)對話,完成建?；蚍抡鎸?shí)驗(yàn)。本文對目前常用的幾種仿真軟件進(jìn)行了比較分析,主要包括如下三種常用仿真軟件:TannerPro、HFSS、ANSYS。綜合比較了各軟件的模塊關(guān)系及各模塊主要用途,設(shè)計(jì)流程及分析步驟,軟件操作界面等,對各仿真軟件的優(yōu)缺點(diǎn)、仿真用途等方面做了一定的分析。1.1電路設(shè)計(jì)的工具軟件TannerPro軟件是由TannerResearch公司開發(fā)的基于Windows平臺(tái)下的用于集成電路設(shè)計(jì)的工具軟件。該軟件功能十分強(qiáng)大,易學(xué)易用,包含以下幾種工具:S-Edit(編輯電路圖),T-Spice(電路分析與模擬),W-Edit(顯示T-Spice模擬結(jié)果),L-Edit(編輯布局圖,自動(dòng)布局布線,DRC,電路轉(zhuǎn)化)與LVS(版圖和電路圖對比),從電路設(shè)計(jì)、分析模擬到電路布局一應(yīng)俱全。1.2l-嘴唇設(shè)計(jì)S-Edit模塊:可以在Core模塊中繼續(xù)尋找更低一級的模塊,直至到MOS晶體管。T-Spice模塊:是電路仿真與分析的工具,文件內(nèi)容除了有元件與節(jié)點(diǎn)的描述外,還必須加上其他的設(shè)定。有包含文件(includefile)、端點(diǎn)電壓源設(shè)置、分析設(shè)定、輸出設(shè)置。L-Edit模塊:是一個(gè)布局圖的編輯環(huán)境功能包括設(shè)計(jì)導(dǎo)航、分析圖層、截面觀察、設(shè)計(jì)規(guī)則檢查、轉(zhuǎn)化等。LVS模塊:是用來比較布局圖與電路圖所描述的電路是否相同的工具,也就是說比較S-Edit繪制的電路圖與L-Edit繪制的布局圖是否一致。1.3布局圖設(shè)計(jì)準(zhǔn)備TannerPro軟件的設(shè)計(jì)流程如下圖1所示,將要設(shè)計(jì)的電路先以S-Edit編輯出電路圖,再將該電路圖輸出成SPICE文件。接著利用T-Spice將電路圖模擬并輸出成SPICE文件,如果模擬結(jié)果有錯(cuò)誤,N回S-Edit檢查電路圖,如果T-Spice模擬結(jié)果無誤,則以L-Edit進(jìn)行布局圖設(shè)計(jì)。用L-Edit進(jìn)行布局圖設(shè)計(jì)后要以DRC功能做設(shè)計(jì)規(guī)則檢查,若違反設(shè)計(jì)規(guī)則,再將布局圖進(jìn)行修改直到設(shè)計(jì)規(guī)則檢查無誤為止。將驗(yàn)證過的布局圖轉(zhuǎn)化成SPICE文件,再利用T-Spice模擬,若有錯(cuò)誤,再回到L-Edit修改布局圖。最后利用LVS將電路圖輸出地SPICE文件與布局圖轉(zhuǎn)化的SPICE文件進(jìn)行對比,若對比結(jié)果不相等,則回去修改L-Edit或S-Edit的圖:直到驗(yàn)證無誤后,將L-Edit設(shè)計(jì)好的布局圖輸出成GDSII文件類型,再交由工廠去制作半導(dǎo)體過程中需要的光罩。如下圖是Tanner數(shù)字ASIC設(shè)計(jì)流程圖:2HFSS2.1微波工程問題仿真的應(yīng)用AnsoftHFSS全稱HighFrequencyStructureSimulator,高頻結(jié)構(gòu)仿真器)是美國Ansoft公司推出的基于電磁場有限元方法的分析微波工程問題的三維電磁仿真軟件,可以對任意的三維模型進(jìn)行全波分析求解,先進(jìn)的材料類型,邊界條件及求解技術(shù),使其以無以倫比的仿真精度和可靠性,快捷的仿真速度,方便易用的操作界面,穩(wěn)定成熟的自適應(yīng)網(wǎng)格剖分技術(shù)使其成為高頻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的首選工具和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于航空、航天、電子、半導(dǎo)體、計(jì)算機(jī)、通信等多個(gè)領(lǐng)域。以研究目標(biāo)特性和系統(tǒng)/部件的電磁兼容/電磁干擾特性,從而降低設(shè)計(jì)成本,減少設(shè)計(jì)周期。2.2基于幾何模型的mems器件參數(shù)分析DESIGNER模塊:在DESIGNERTM里結(jié)合二維版圖,工藝流程,和材料特性,CoventorWareTM可以生成三維模型,進(jìn)行網(wǎng)格的自動(dòng)劃分。ANALYZER模塊:針對客戶所關(guān)心的問題,分析人員可以調(diào)用ANALYZERTM里專門針對MEMS器件分析開發(fā)的多個(gè)求解器,對MEMS器件的三維模型進(jìn)行結(jié)構(gòu)力學(xué)、靜電學(xué)、阻尼、電磁學(xué)、多物理場耦合、微流體等物理問題的詳細(xì)分析。ANALYZERTM還可對邊界條件、材料特性、三維模型幾何形狀等進(jìn)行參數(shù)分析,研究這些參數(shù)對器件性能的影響。INTEGRATOR模塊:利用INTEGRATORTM,設(shè)計(jì)人員可以從三維分析結(jié)果提取MEMS器件宏模型,反饋回ARCHITECTTM里進(jìn)行系統(tǒng)性能的驗(yàn)證,從而完成MEMS的設(shè)計(jì)。支持的格式包括:Verilog-A(Cadence),MAST(Architect),MATLAB,用戶也可以利用INTEGRATORTM建立自己MEMS產(chǎn)品涉及到的宏模型庫,為新產(chǎn)品的開發(fā)提供技術(shù)儲(chǔ)備。2.3窗口監(jiān)控界面AnsoftHFSS的操作界面如下圖2所示,主要包括:菜單欄(Menubar):繪圖、3D模型、HFSS、工具和幫助等下拉式菜單組成。工具欄(Toolbar):對應(yīng)菜單中常用的各種命令,可以快速方便的執(zhí)行各種命令。工商管理理(ProjectManage):窗口顯示所打開的HFSS工程的詳細(xì)信息,包括邊界、激勵(lì)、剖分操作、分析、參數(shù)優(yōu)化、結(jié)果等。狀態(tài)欄(Statusbar):位于HFSS界面底部,顯示當(dāng)前執(zhí)行命令的信息。屬性窗口(Propertieswindow):顯示在工程樹、歷史樹和3D模型窗口中所選條目的特性或?qū)傩?。進(jìn)度窗口(Progresswindow):監(jiān)視運(yùn)行進(jìn)度,以圖像方式表示進(jìn)度完成比例。信息管理(MessageManage):窗口顯示工程設(shè)置的錯(cuò)誤信息和分析進(jìn)度信息。3D模型窗口(3DModelerWindow):是創(chuàng)建幾何模型的區(qū)域,包括模型視圖區(qū)域和歷史樹(記錄創(chuàng)建模型的過程)。3工會(huì)3.1模擬分析軟件環(huán)境ANSYS是由美國ANSYS公司開發(fā)的、功能強(qiáng)大的有限元工程設(shè)計(jì)分析及優(yōu)化軟件包。該軟件具有能實(shí)現(xiàn)多場及多場耦合分析的功能,實(shí)現(xiàn)前后處理、分析求解及多場分析統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫的大型有限元軟件。同時(shí),ANSYS是最早采用并行計(jì)算技術(shù)的有限元軟件,它支持從微機(jī)、工作站、大型機(jī)直至巨型機(jī)等所有硬件平臺(tái),并可與大多數(shù)的CAD軟件集成并有交換數(shù)據(jù)的接口,ANSYS模擬分析問題的最小尺寸可在微米量級。該軟件主要分析功能包括以下幾個(gè)方面:(1)結(jié)構(gòu)分析包括線性、非線性結(jié)構(gòu)靜力分析,結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析(包括模態(tài)和瞬態(tài)),斷裂力學(xué)分析,復(fù)合材料分析,疲勞及壽命估算分析,超彈性材料的分析等。(2)熱分析包括穩(wěn)態(tài)溫度場分析,瞬態(tài)溫度場分析,相變分析,輻射分析等。(3)高度非線性結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析包括接觸分析,金屬成形分析,整車碰撞分析,焊接模擬分析,多動(dòng)力學(xué)分析等。(4)流體動(dòng)力學(xué)分析包括層流分析,湍流分析,管流分析,牛頓流與非牛頓流分析,內(nèi)流與外流分析等。(5)電磁場分析包括電路分析,靜磁場分析,變磁場分析,高頻電磁場分析等。(6)聲學(xué)分析包括水下結(jié)構(gòu)的動(dòng)力分析,聲波分析,聲波在固體介質(zhì)中的傳播分析,聲波在容器內(nèi)的流體介質(zhì)中傳播分析等。3.2計(jì)算機(jī)軟件分析前處理模塊:實(shí)體建模,網(wǎng)格劃分,加載。前處理模塊提供了一個(gè)強(qiáng)大的實(shí)體建模及網(wǎng)格劃分工具,用戶可以方便地構(gòu)造有限元模型。分析計(jì)算模塊:分析計(jì)算模塊包括結(jié)構(gòu)分析(可進(jìn)行線性分析、非線性分析和高度非線性分析)、流體動(dòng)力學(xué)分析、電磁場分析、聲場分析、壓電分析以及多物理場的耦合分析,可模擬多種物理介質(zhì)的相互作用,具有靈敏度分析及優(yōu)化分析能力。后處理模塊:通用后處理模塊:顯示計(jì)算結(jié)果(等直線,剃度,矢量,透明,動(dòng)畫效果等),輸出計(jì)算結(jié)果(圖表,曲線);時(shí)間歷程響應(yīng)檢查在一個(gè)時(shí)間段或子步歷程中結(jié)果。3.3材料屬性分析ANSYS操作界面如下圖3所示,該軟件分析過程中有3個(gè)主要的分析步驟:(1)創(chuàng)建有限元模型,包括創(chuàng)建或讀入幾何模型、定義材料屬性、劃分單元。(2)施加載荷進(jìn)行求解,包括施加載荷及載荷選項(xiàng)、求解。(3)查看結(jié)果,包括察看分析結(jié)果、檢驗(yàn)結(jié)果(分析是否正確)。4仿真實(shí)驗(yàn)軟件的功能仿真軟件是專門用于仿真的計(jì)算機(jī)軟件,是不斷改善面向問題、面向用戶的模塊描述能力和對模型實(shí)驗(yàn)的功能。不同技術(shù)水平的用戶通過