Компания Sonnet по достоинству оценила все преимущества данной технологии и разработала специальный вычислитель, который позволяет распараллеливать вычисления на нескольких процессорных ядрах. При расчете одной частотной точки матрица решения распределяется между несколькими ядрами в виде независимых процессов, называемых "потоками вычислений". После завершения расчета данные из каждого потока быстро и эффективно комбинируются, что дает снижение суммарного времени анализа, пропорциональное количеству задействованных ядер.
В новой версии вариант вычислителя Desktop Solver Engine поддерживает параллельные вычисления на 6 ядрах (против 3 ранее), что позволило достичь почти двукратного прироста производительности. Вычислитель High Performance Solver в новой версии поддерживает распараллеливание потоков на 32 ядрах (против 12 ранее), что позволяет выполнять очень быстрый анализ. Для решения сложных задач, требующих для анализа больших временных и вычислительных ресурсов, компания Sonnet разработала специальную программно-аппаратную платформу emCluster, которая обеспечивает распараллеливание вычислений на нескольких компьютерах и дает прирост производительности в 100 и более раз.
Помимо многопоточности расчетов, значительно усовершенствованы алгоритмы построения сеток разбиения, нацеленные на достижение максимальной производительности вычислителя. Сетки на массивах переходных отверстий теперь строятся более аккуратно, что позволяет обеспечить ускорение анализа топологий и межсоединений современных кремниевых ВЧ БИС. Патентованная технология построения конформной сетки обеспечивает высокую скорость моделирования многослойных структур с толстыми металлическими слоями. Примененные здесь алгоритмы тщательно настроены для распознавания отдельных частей схемы, где требуется более измельченная сетка. Например, пакет Sonnet автоматически формирует правильную сетку на краях микрополосковых линий, позволяющую учесть эффект краевых токов и существенно повысить точность полученных результатов. Многослойная модель толстых проводящих слоев используется для правильного представления проникновения полей и токов в глубь проводника, когда толщина скин-слоя становится соизмеримой с толщиной металлизации. Это позволяет точно рассчитывать добротность планарных катушек, выполненных на кристаллах кремния.
Разработанная компанией Sonnet оригинальная адаптивная технология ABS (Adaptive Band Synthesis) позволяет быстрее выполнять моделирование в широких диапазонах частот без потери точности за счет сокращения числа точек анализа. Сотни точек графика частотной характеристики могут быть получены по итогам всего анализа всего в нескольких частотных точках. От пользователя требуется лишь задать интересующий его диапазон частот, после чего адаптивный алгоритм ABS сформирует частотные характеристики с прецизионным частотным шагом за минимально возможное время моделирования. Алгоритм анализирует проект и определяет минимально допустимое число запусков EM анализа, которое не приведет к потере точности, запускает моделирования и по его результатам формирует зависимости S-, Y- и Z- параметров во всем диапазоне частот. Технология позволяет выполнять моделирование в сотни раз быстрее по сравнению с обычными методами последовательного пере-
бора частотных точек. www.sonnetsoftware.com
6
4.2.6. AWR Design Environment.
Американская компания Applied Wave Research (AWR) в 1994 г. начала разработку новой системы проектирования высокочастотных и сверхвысокочастотных радиоэлектронных устройств. Исходной предпосылкой ее создания было то, что большинство известных программ были разработаны в 70-х и 80-х гг. XX века, и к настоящему времени они претерпели лишь незначительные изменения. Кроме того, эти программы разрабатывались для компьютерных систем на базе ОС Unix, и поэтому, будучи перенесенными на персональный компьютер (ПК), они работают достаточно медленно и трудны в использовании, С появлением новой версии каждой такой программы ее ядро оставалось прежним, модификация же, как правило, сводилась к добавлению вспомогательных процедур для решения узких задач проектирования, а также к разработке пользовательского интерфейса, пытающегося догнать возможности очередной версии Windows.
Компания AWR начала разработку своих продуктов с создания принципиально новой среды проектирования, которая опиралась бы на аппаратную платформу ПК, операционные системы Windows 95 и NT. а также использовала методы объектно-ориентированного программирования. Первый продукт компании выпущен в начале 1998 г. - это система трехмерного электромагнитного моделирования многослойных структур EMSight, затем была разработана программа анализа нелинейных схем и систем VoltaireXL. Следующий продукт, носящий название Microwave Office, органично объединил в себе пакеты анализа СВЧ устройств EMSight и VoltaireXL.Office (MWO) представляет собой полностью интегрированный пакет программ, предназначенный для разработки устройств СВЧ. Набор программ включает модуль VoltaireLS для линейного моделирования схем в частотной области, модуль VoltaireXL для нелинейного моделирования схем со значительной нелинейностью методом гармонического баланса и слабо нелинейных схем методом рядов Вольтерра, и модуль EMSight для трехмерного электромагнитного моделирования многослойных структур, а также разработанный позже модуль Aristan для проектирования печатных конструкций и топологии ИС. Последний продукт VSS (Visual System Simulator), выпушенный в начале 2002 г., позволят выполнять моделирование систем связи на основании библиотек, состоящих более чем из 700 элементов устройств аналогово-цифровой обработки сигналов (эта программа перенесена из системы ACOLADE). MWO2002 работает под управлением Windows 98/Ме и Windows NT/2000/VP.Office обеспечивает беспрецедентную высокую производительность и имеет весьма легко осваиваемый интуитивно понятный интерфейс. Этот пакет переводит технологию проектирования интегральных схем на современный уровень и дает возможность инженерам моделировать линейные и нелинейные схемы различной сложности одновременно с использованием результатов многомодового анализа электромагнитного поведения отдельных частей проекта (ЕМ-анализа), а также с учетом наличия цифро-аналогового функционального устройства обработки сигналов.
В настоящее время пакет Microwave Office включает одночастотный и многочастотный методы гармонического баланса для анализа нелинейных схем, анализа схем с малой нелинейностью методом на основе рядов Вольтера, различные методы анализа шумов, в том числе и фазовых, анализ устойчивости усилительных схем и анализ генераторов.
Многие из возможностей пакета Microwave Office недоступны в существующих системах моделирования. Например, метод рядов Вольтера, являющийся самым быстрым методом анализа интермодуляционных искажений (IM) в схемах со слабой нелинейностью, позволяет увеличить скорость анализа в 10 .100 раз по сравнению с методом гармонического баланса. Более того, анализ на основе рядов Вольтера легко интегрируется с методом линейного анализа, что позволяет производить оптимизацию коэффициента шума и таких линейных характеристик, как коэффициент передачи и КСВ одновременно с уровнем интермодуляционных искажений.
Реализация многочастотного метода гармонического баланса, использованная в пакете, является и настоящее время самой быстрой, благодаря использованию моделей, специально предназначенных для моделирования СВЧ устройств, современной технологии моделирования и программирования. Высокая скорость анализа является следствием объектно-ориентированного подхода к программированию, а также того, что система уравнений формируется непосредственно из схемного представления без промежуточного преобразования в файл списка соединений. В результате инженеры получили возможность настраивать и оптимизировать схемы с помощью инструмента Tuner, не имеющего аналога в других программах.
Для проектирования схем имеется обширная библиотека моделей сосредоточенных и распределенных, линейных и нелинейных, идеальных и неидеальных элементов. Сюда входят полосковые, микрополосковые и копланарные линии передачи, а также многие другие распространенные элементы. Имеется функция поиска нужных элементов и их моделей в Интернете. В случаях, когда правильная модель используемого устройства отсутствует или эффект близкого расположения элементов уменьшает точность модели, пользователи могут обратиться к модулю полного электромагнитного анализа EM-Sight. Он включает в себя собственный графический редактор и механизм моделирования топологических структур методом моментов. Он позволяет производить расчет характеристик антенн в дальней зоне, а также получать их эквивалентную схему замещения в формате SPICE.
Пакет включает в себя также специальный редактор топологий Aristan для схемотехнических модулей, позволяющий синтезировать топологию СВЧ устройства непосредственно по его принципиальной схеме, видоизменять ее и отслеживать изменения характеристик.
1
Microwave Office
Microwave Office® представляет собой универсальное программное решение для разработки всех видов радиочастотных и СВЧ устройств, начиная от сложных СВЧ сборок и кончая интегральными СВЧ микросхемами. Высоко ценимая за интуитивный пользовательский интерфейс, уникальная архитектура Microwave Office способна безукоризненно интегрировать собственные высокоэффективные и новаторские программные средства со специализированными программами компаний-партнеров, способствуя тем самым быстрейшему завершению стадии разработки любого высокочастотного продукта.
Возможности программного продукта Microwave Office: Интерактивный ввод принципиальных схем и топологических описаний Моделирование линейных и нелинейных схем Электромагнитное моделирование Синтез, оптимизация и статистический анализ выхода годных
Проверка соответствия схемы ее топологическому описанию; контроль топологии на удовлетворение технологическим ограничениям. Использование многочисленных специализированных библиотек моделей для продукции ведущих фабрик по изготовлению микросхем.
Материалы взяты с сайта http://www.eurointech.ru/index.sema?a=pages&id=250
Программа Microwave Office в настоящей момент является самым современным пакетом проектирования планарных СВЧ устройств, включающим средства разработки и моделирования линейных и нелинейных схем, 2.5D электромагнитного анализа планарных структур, топологический редактор, обширные наборы библиотек элементов с сосредоточенными и распределенными параметрами.
Счетное ядро программы может работать как в частотной, так и временной областях, и позволяет выполнять следующие виды анализа схем:
-одночастотный и многочастотный методы гармонического баланса для анализа нелинейных схем;
-анализ на основе рядов Вольтерра;
-анализ смесителей (также называемый конверсионно-матричным анализом);
-высокоскоростной метод линейного анализа;
-высокоскоростной метод анализа шумов,
-анализ переходных процессов
Вто время, как существующие реализации метода гармонического баланса построены на базе кода, разработанного для схемотехнического анализа низкочастотных аналоговых схем, пакет Microwave Office был разработан исключительно для высокочастотных и сверхвысокочастотных приложений. Это делает его значительно быстрее всех существующих продуктов.
Например, стало возможным, используя метод гармонического баланса, настраивать несложные нелинейные схемы фактически в реальном времени.
Многие из возможностей пакета Microwave Office просто недоступны в существующих системах моделирования. Например, применение метода анализа на основе рядов Вольтерра, являющихся самым быстрым методом анализа интермодуляционных искажений (IM) в приближенно-линейных схемах позволяет увеличить скорость анализа в 10 - 100 раз по сравнению с методом гармонического баланса. Более того, анализ на основе рядов Вольтерра легко интегрируется с методом линейного анализа, что позволяет оптимизировать коэффициент шума и такие линейные характеристики, как коэффициент передачи, КСВ входов, одновременно с уровнем интермодуляционных составляющих.
2
Для анализа интермодуляционных искажений в смесителях пакет Microwave Office использует изменяющиеся во времени ряды Вольтерра. По мнению разработчиков программы, это единственный точный и реальный способ решить эту задачу.
Однако, многочастотный метод гармонического баланса не сдает своих позиций и Microwave Office поддерживает его, но в отличие от других продуктов предлагает более быстрое решение за счет использования самой современной технологии моделирования.
Линейный, нелинейный и шумовой методы анализа реализуются в пакете Microwave Office чрезвычайно эффективно. Высокая скорость здесь является следствием объектно-ориентированного подхода, а также следствием того, что система уравнений формируется непосредственно из схематического представления без дополнительного преобразования списка соединений схемы в файл.
Врезультате, пользователи имеют возможность настраивать и оптимизировать параметры схем в режиме реального времени. Это — одна из наиболее примечательных способностей продукта Microwave Office. Простым щелчком мыши вы можете изменить, например, длину шлейфа, а затем наблюдать изменение характеристик схемы на диаграмме Смита или прямоугольных графиках в зависимости от того, как вы двигаете мышью.
Вверсии Microwave Office компания AWR реализовала вычислительное ядро, интегрирующее собственную математику и алгоритмы HSPICE компании Synopsys, соглашение о партнерстве с которой было подписано в ноябре 2002 года. В результате взаимодействия двух компаний стала возможной разработка новых моделей,
библиотек элементов и измерений, использующих анализ во временной области. Доступные ранее только для анализа в частотной области EM модели микрополосковых и щелевых линий теперь можно будет использовать как стандартные SPICE элементы. Аналогичным образом стали поддерживаться элементы описанные матрицами S- параметров.
Библиотеки элементов включают свыше 500 моделей сосредоточенных и распределенных элементов, а также свыше 150 тысяч компонентов различных фирм производителей. Сюда входят полосковые, микрополосковые и копланарные, активные и пассивные, различные стандартные подложки (например, компании Rogers), а также многие другие распространенные элементы, используемые для построения высокочастотных схем.
3
В случаях, когда правильная модель используемого устройства отсутствует или эффект близкого расположения элементов подрывает точность модели, пользователи могут обратиться к модулю 2.5D электромагнитного моделирования, использующего метод моментов Галеркина. Если необходимо выполнить полное трехмерное моделирование микрополоскового элемента, то это может быть сделано с помощью внешней программы 3D электродинамического анализа, обмен данными с которой осуществляется через специальный интерфейс EM Socket, использующий COM технологию для интеграции с системами моделирования других фирм. Текущая версия Microwave Office поддерживает совместный анализ с системами Sonnet Suite, Zealand IE3D, Analyst и CST Microwave Studio.
Мощные графические возможности Microwave Office позволяют пользователю наблюдать цветное трехмерное анимационное изображение токов высокой частоты, на котором отображается не только амплитуда, но и направление этих токов, что позволяет получить новое представление о поведении СВЧ структур. Кроме того, имеются широкий набор "традиционного" представления расчетных данных, такие как диаграммы Смита, графики в прямоугольной и полярной системах координат и таблицы данных.
Средства электромагнитного моделирования Microwave Office позволяют выполнять анализ антенн в дальней зоне, в частности построение диаграмм направленности RHCP, LHCP, EPHi и ETheta. Имеется возможность экстракции эквивалентной схемы замещения антенны на сосредоточенных элементах (вывод в виде списка
соединений в формате Spice).
Одним из наиболее мощных модулей программы является редактор топологий, работающий в режиме горячей связи с редактором схем. Каждому элементу на схеме в библиотеке представлен его топологический эквивалент. Большинство таких элементов уже разработаны компанией AWR, но редактор имеет богатые возможности для создания новых, заимствования и изменения уже имеющихся элементов. Таким образом, топология создается автоматически по мере создания схемы. Изменение параметров элементов схемы влечет за собой соответствующее изменение топологии. И наоборот, изменение рисунка в редакторе топологий изменяет параметры планарных элементов на схеме.
4
Вредакторе имеется возможность создания многослойных плат, а также учета различных технологических подслоев. Информация о слоях и способах их отображения содержится в специальных технологических файлах. Помимо плоского послойного отображения топологии, редактор топологий имеет возможность просмотра трехмерного представления проектируемого СВЧ устройства, как в "прозрачном" режиме, так и с наложением различных, в том числе и пользовательских текстур. Имеется настройка на технологию конкретного производителя с помощью специальных технологических библиотек.
Вредакторе топологий присутствует модуль контроля топологических норм Design Rule Checking (DRC), позволяющий отслеживать: минимальную ширину микрополосковых линий; зазоры между двумя межслойными соединениями на разных слоях; перекрытие элементов, расположенных на разных слоях; удаление элементов, расположенных на разных слоях; наличие небольших зазоров между торцами элементов, не выявленных визуально. Удобная система просмотра и устранения выявленных нарушений позволяет значительно повысить эффективность труда разработчиков монолитных СВЧ микросхем (MMIC).
5
4.2.7. Моделировщик антенн MMANA.
Главная особенность программы - это единственный и бесплатный моделировщик метода мометнов (NEC) на русском языке. Основа вычислительного ядра программы MININEC v.3.
Написана MMANA JE3HHT в 2000г на японском. Руccкая и английская версии, а также их развитие и дополнение - by DL2KQ в 2001...2002 г. Что может программа:
Анализировать произвольный набор проводов в качестве антенны. Рассчитывать все мыслимые параметры антенны.
Единый подход к расчету всех антенн обеспечивает корректность и универсальность.
Нарисовать антенну очень просто - мышкой в встроенном редакторе с интуитивно ясным интерфейсом. Крайне полезная возможность автоматической оптимизации по множеству параметров и критериев. Объем программа невелик (около 500 кБ вместе с большой библиотекой антенн).
6
7