ANSYS电磁兼容仿真设计软件
用途：用于电子系统电磁兼容分析，包括PCB信号完整性、电源完整性和电磁辐射协同仿真，数模混合电路的噪声分析和抑制，以及机箱系统屏蔽效能和电磁泄漏仿真，确保系统的电磁干扰和电磁兼容性能满足要求。
一、购置理由
1现代电子系统设计面临越来越恶劣的电磁工作环境，一方面电子系统包括了电源模块、信号处理、计算机控制、传感与机电控制、光电系统及天线与微波电路等部分，系统内部相互不发生干扰，正常工作，本身就非常困难；另一方面，在隐身、电子对抗、静放电，雷击和电磁脉冲干扰等恶劣电磁环境下，设备还需要有足够的抗干扰能力，为电路正常工作留有足够的设计裕量。为了确保xx系统的工作可靠性，设备必须通过相关的电磁兼容标准，如国军标GJB151A，GJB152A。
长期以来，设备的电磁兼容设计和仿真一直缺乏必要的仿真设计手段，只能依赖于设备后期试验测试，不仅测量成本高昂，而且，如果EMI测量超标，后续的查找问题和修正问题基本上依赖于经验和猜测。而解决电磁兼容问题，也只能靠经验进行猜想和诊断，采取的措施也只能通过不断的试验进行验证，这已经成为制约我们产品进度的重要原因。。
2目前我所数字电路设计的经验和手段已经有很大改善，我们在复杂PCB布线、高速仿真方面取得了很多的成果和经验，并且已经开
始高速通道设计的预研。在相关PCB布线工具的帮助下，将复杂的多电源系统PCB布通，确保集成电路之间的正确连接已经基本上没有问题。但是随着应用深入，也存在一些困难，特别在模拟数字转换、高速计算与传输PCB和系统的设计中，我们不仅要保证电路板的正常工作，还要提高关键性的技术指标，例如数模转换电路的有效位数、信号传输系统的速率和误码率等，此外，还要满足整个卫星电子系统的电磁兼容/电磁干扰要求，为此，我们迫切需要建立的仿真功能包括：
●高速通道中，连接器，电缆等三维全波精确和建模仿真，
这些结构的寄生效应对于信号的传输性能有至关重要的影
响；
●有效的PCB电源完整性分析工具，对PCB上的电源、地等
直流网络的信号质量进行仿真
●为提高仿真精度，需要SPICE模型，IBIS模型和S参数模
型的混合仿真
●需要同时进行时域和频域仿真和设计，观察时域的眼图、
误码率，调整预加重和均衡电路的频域参数，使得信号通道
的物理特性与集成电路和收/发预加重、均衡等相配合，达到
系统性能的最优
●有效的PCB的辐射控制与仿真手段，确保系统EMI性能达
标。
现在EDA市场上已经有一些SI/PI和EMI/EMC仿真设计工具，但存在多方面的局限性。我们的PCB布线工具虽然能解决一定的问题，
但是，由于工具本身主要是以布线功能为主，结合规则约束进行设计的，在解决我们上述问题时存在着明显的局限，主要有：
●主要以等效电路法建模与仿真，仿真的结构有限制，功能
不完备，如不能仿真非理想的电源/地，不能充分考虑信号线
的跨越分割和转换参考平面等，对于EMI/EMC，只能做规则
约束，无法进一步仿真。
●基本上都是以单点工具，也就是说，一个公司的工具只能
满足部分设计功能，在工程应用当中，不可避免地会带来接
口、仿真结果一致性等多方面问题，影响软件工具的使用效
果。
●在高速串行通道的仿真中，由于高速串行通道的信号传输
速率较高，信道中的模型多用S参数建立或由电磁场仿真工
具得到，而S参数的本质是频域的，传统的工具中对于S参
数的仿真功能非常有限，经常仿真不收敛或花费很长时间，
无法在工程实际中准确评估整个信号通道的特性。
●对于PCB的辐射，只能给出原则性的规则约束，而实际设
计中，很多因素相互矛盾，只能依赖经验进行取舍，无法考
虑电缆、机箱等三维结构的影响，不能保证最后的设计效果。
●仿真结构有限制，对于机箱的屏蔽结构，不能仿真任意形
状的屏蔽网结构，限制了设计思想，或者仿真时间过长，精
度不足，缺乏工程实用价值。
国内外众多成功经验证明，电子产品的SI/PI，EMI/EMC仿真和
高速通道性能仿真，需要进行两方面的仿真——即电磁场仿真和电路仿真。电磁场仿真主要是研究结构对系统SI/PI ，EMI/EMC以及高速串行通道的影响，根据机构的物理特性（几何结构和材料特性），通过电磁场计算，提取PCB、连接器、线缆等的寄生效应，生成S参数或Spice等效电路模型，或者直接得到结构的辐射特性和串扰特性，用于设计指导和性能改进。在电磁场仿真的同时，电路仿真也是必不可少的。一方面，电路仿真工具能够将非线性器件和电磁场仿真得到的结构等效电路结合到一起，通过仿真得到信号的波形和频谱，包括时钟线、数据线和电源/地平面的波形、串行通道的眼图和浴盆曲线等，直观地考察系统的SI/PI和传导EMI特性。另一方面，对于辐射干扰来说，EMI辐射的强度不仅与结构相关（通过电磁场仿真进行研究），还与参与辐射的信号频谱强度相关，频谱强度必须通过电路仿真才能得到。
3由于系统电磁兼容设计牵扯到电路设计、结构设计很多细节，出于保密和知识产权保护，无法与通过外包或第三方合作方式解决。通过建立电磁兼容仿真平台进行电磁兼容设计，不仅可以提高设计可靠性和效率，也可以帮助设计师增加电磁兼容的知识和经验，提高设计能力。以往这种经验和能力仅限在一两设计的文档中，或者个别个设计师个人电脑中，无法更大范围的共享，造成大量知识和经验丢失。
二、技术要求及设备选型情况
1．技术要求
系统电磁兼容仿真软件需要能够同时提供高性能电路仿真和电
磁场仿真的软件供应商，同时，电路和电磁场仿真工具还能集成在一起，实现双向调用，为设计带来极大方便，仿真软件主要功能包括：
●电源完整性设计仿真
仿真多层、任意形状的电源和地层,快速得到整个电源和地结构的谐振频率和谐振状态下的电压分布，用于优化退耦电容和关键性元器件的布局；仿真板上放置去耦电容的作用及布局，不仅可以计算任意的电源/地形状，还可以考虑退耦电容的寄生效应，软件可以通过多种方式定义退耦电容：并联测试RLC 等效电路、串联测试RLC等效电路或S参数文件；软件提供世界主流厂商的贴片电容元件库，可以非常方便地加入用户自定义器件模型。支持埋容层和频变材料特性；能够仿真分割的电源/地平面之间的耦合与隔离；直接得到任意电源/地平面的特性阻抗等参数，用于改进设计。
●信号完整性设计与参数抽取
拥有完备的信号完整性仿真能力，通过电磁场方法直接得到PCB 上信号线的真实传输特性，充分考虑PCB信号线的各种不连续性效应，包括信号的传输与反射、迟延，拐角、过孔效应，过孔耦合、信号线换层或跨越分割的参考平面，信号线与电源/地之间的噪声耦合等各种效应，直接得到信号线真实的S参数特性，并且可以输出S参数模型包括差分S参数模型，同时支持多种Spice等效电路模型输出，用于进一步的时域仿真。具有虚拟时域反射/传输测量功能，能够得到信号的时域传输与反射，耦合与串扰特性，用于信号完整性设计。
●直流压降仿真与可靠性验证
能够仿真供电系统的直流特性，直观地显示整个PCB上电流的流向和电路密度、直流压降等特性，通过设置阈值，能够自动诊断PCB 上的过孔和信号线，进行可靠性验证，标示出电流密度超标的过孔和信号线，避免由于局部电流过大造成的PCB失效，或者由于直流压降过大造成的工作不正常。还能降电流产生的损耗与热仿真工具工具结合仿真系统通风和散热。
●PCB辐射仿真
能够方便地定义电压源和电流源，用于PCB的辐射特性仿真，包括进场和远场特性、得到空间辐射分布、最大辐射场强随频率变化曲线等关键性EMI/EMC数据。辐射计算时，不仅能定义理想信号源，还可以通过文本格式导入信号幅度随频率变化的频变信号源，或者通过与Designer SI 的双向数据交换，直接导入电路仿真得到的真实信号源，精确仿真PCB的真实辐射特性。
●多种参数模型，和多种仿真方法
针对现代电路和PCB特点，提供并支持多种器件模型，包括IBIS，Spice， S参数，AMI模型等。对于高速通道常用的频域S参数模型，软件不仅支持卷积法仿真，还支持状态空间法仿真，从而确保了仿真的因果性，降低了对S参数文件数据的要求，同时又保证了求解的速度和精度，同时，可以实现了模型自动语法检查和复用，对于同一个参数模型文件，只需进行一次模型的导入，再次仿真直接调用状态空间模型，从而大大提高运行效率。
●多种种眼图算法
现代设计的高速通道仿真，需要快速得到串行通道的误码率。软件能够读入Spice网表模型和子电路、电磁场仿真模型、测量或输入的S参数模型、文本格式的数据波形、文本格式的码流文件等，进行线性和非线性电路的时域瞬态仿真，具备收敛算法和自动时间步长功能，确保仿真的速度和精确性。具有瞬态眼图、快速眼图和眼图验证三种眼图算法，能够相互验证，支持串扰眼图，确保仿真的正确性和理论基础，得到信号波形、误码率、统计眼图、浴盆曲线、等高线眼图等结果，从而实现高速通道的快速准确仿真。
●系统/整机的EMI/EMC设计仿真
通过精确的三维结构的电磁场仿真，得到电磁场强度分布和辐射特性，谐振模式等；从而可以准确的研究评估电子设备/系统的EMI/EMC，比如：设备的电磁泄漏，机箱机柜屏蔽效应设计，天线布局和互耦效应，辐射强度等。
●高速关键路径/复杂的三维高速结构的EMI/EMC/SI设计仿真
对于高速关键路径，如：子电路板/背板的高速信号线、过孔，电缆、封装、连接器等，可以仿真得到S参数等，分析信号的传输，反射，匹配特性，计算辐射和色散、模式转换和材料频变效应等对信号传输的影响，并进一步设计和优化。
●与第三方工具流畅的接口
可以方便导入各种PCB和结构设计数据，加以仿真。
2. 设备调研及选型情况
针对电磁兼容仿真平台，我们对多家厂商的产品也进行了调研，包括美国ANSYS和Cadence公司。
美国ANSYS公司是全球最大的CAE仿真软件提供商，其产品涉及领域跨电磁，流体，结构和热等多个领域。其中电磁仿真软件覆盖射频微波、PCB SI/PI/EMC、芯片设计验证、机电系统等领域。ANSYS 公司具备完备的系统电磁兼容仿真平台，包括：高速设计环境和仿真平台Designer SI(包含瞬态非线性电路仿真和快速眼图、眼图验证和瞬态眼图)，专门针对PCB整版全波仿真的SIwave，高频结构仿真工具HFSS，用于机箱屏蔽设计和系统EMI/EMC仿真，优化和参数扫描模块Optimetrics，以及和EDA工具的接口Ansoftlinks for EDA，多处理器模块等，构成基本软件平台。针对不同类型的结构，利用针对性的电磁场进行仿真合抽取，并组装到电路仿真工具Designer SI 中进行瞬态仿真，得到模型、频谱和眼图，仿真的频谱还可以用于PCB的辐射分析，并进一步仿真PCB经机箱屏蔽后的辐射强度，从而全面、精确、快速地实现系统SI/PI 和EMI/EMC设计。
美国Cadence公司的主要产品是全定制IC设计仿真，数模混合IC设计仿真，封装和SiP设计仿真软件提供商，PCB仿真软件是其中很小的一部分。Cadence 能够同时提供从芯片到封装、再到PCB设计仿真的全流程工具，其PCB仿真工具Allegro SI/SQPI与PCB布板工具Allegro结合紧密，使用简单，仿真速度快。仿真得到的结果可以直接转化为设计约束，反标回PCB设计，作为布局布线的设计规则。但是，Cadence公司没有电磁场仿真工具，只有时域而没有频域分析
能力。无论SI还是PI仿真，都基于电路法的时域分析。仿真精度差，对器件有源模型依赖度高。Cadence的信号完整性和电源完整性相对独立，无法反映二者之间的相互作用。缺少电磁场仿真功能。
Cadence工具的特点：
●PCB仿真工具Allegro SI/SQPI与PCB布板工具Allegro结合
紧密，时域信号完整性仿真简单易用。
●适合几百兆以内的高速信号完整性分析，但是缺乏电磁场仿真
功能，频域仿真功能较弱。
●Cadence的信号完整性和电源完整性相对独立,没有协同设计
能力，其电磁兼容仿真只是做设计规则检查，并不能仿真实
际电路布局布线影响EMI效果。
三、设备描述
1、美国ANSYS公司是全球最大的CAE仿真软件提供商，其产品涉及领域跨电磁，流体，结构和热等多个领域。其中电磁仿真软件覆盖射频微波、PCB SI/PI/EMC、芯片设计验证、机电系统等领域。其中的PCB 寄生参数提取和SI/PI/EMI分析工具SIwave，高频结构仿真工具HFSS作为电磁场仿真的标准工具，是高速通道设计和系统电磁兼容设计仿真的必备软件。电磁场工具之间和不同的电磁场仿真模型之间也可以互相调用，能够大大简化和加快EMI/EMC问题的仿真和定位，给出设计指导，这是其他任何厂商所不具备的。 ANSYS的电磁仿真设计软件方案，已经在国内的中兴、华为、中电14所、航天一院12所，14所，航天4院17所，航天5院501所，502所，504
所，513所， Nokia中国研发中心和Rockwell、Marvell，HP、Motorola、LG、Sumsung等得到了成功应用，这些单位，既有军工研究所，还有商业企业和著名的跨国公司。
2、所选产品的详细说明
ANSYS的电磁仿真环境，由ANSYS工具与第三方EDA工具的接口AnsoftLinks，PCB电磁场仿真工具SIwave，三维高频结构全波电磁场仿真工具HFSS，信号完整性电路仿真分析工具Designer SI，电磁兼容自动优化模块PI Advisor组成。
软件模块描述
DesignerSI：ANSYS高速电路、系统仿真工具。
DesignerSI将电路设计，PCB版图和三维电磁场仿真工具无缝地集成到同一个环境的设计工具, 将高速设计所需的电路/系统时频域仿真技术和电磁场模型提取无缝地集成到一个自动化的设计环境中,在电路设计中全面考虑PCB、线缆等的影响，,为系统协同设计与验证提供了一套最完整的系统级解决方案。DesignerSI独有的"按需求解"的技术,它使你能够根据需要选择求解器,从而实现对设计过程的变量扫描，得到满足EMI相关标准的PCB布线，电缆选型和排布方式，开孔位置和大小等规则，从而指到电路和电气设计。DesignerSI提供了多种仿真技术，包括频域和时域系统仿真器、线性电路仿真器、谐波平衡仿真器、包络仿真器、瞬态仿真器、矩量法多层平面结构电磁场仿真器等，方便对高速电路和EMI问题进行时域和频域的仿真分析。
SIwave：PCB高速电路和电磁兼容仿真优化工具。
SIwave基于快速有限元法的PCB电磁场全波仿真算法，彻底突破了PCB 布线工具和加工工艺的种种限制，能够提取实际三维结构、包括非理想的电源/地平面在内的全波通道参数，精确仿真信号线的真实工作特性，精确度可以达到50GHz以上。此外，SIwave还可以仿真分析整个PCB的全波效应，对于真实复杂的PCB设计，包括多层、任意形状的电源和信号线, 可快速仿真整个电源和地结构的谐振频率，用来考察PCB板上关键器件的位置和关键网络的布线路径中潜藏辐射干扰源，并模拟放置去耦电容后对谐振的作用及影响；可以通过在电源和地等直流网络上设置端口，可以考察电源供电阻抗，了解电源分配系统（PDS）性能，并模拟放置去耦电容后对电源阻抗的影响；考察信号线和电源或地之间的耦合，了解同步开关噪声，仿真PCB电源完整性；可以添加独立源和频率变化的受控源做扫频分析，模拟数字电源或者数字信号对于敏感信号和敏感位置以及整个PCB的影响，从而评估电路中的干扰分布；可以做近场和远场的辐射分析，考察PCB的辐射特性。SIwave的DC直流分析，可以仿真走线和平面甚至过孔上的电流分布密度和直流压降。SIwave的仿真结果可以二维或三维图形显示，并可输出Spice等效电路模型用于时域仿真和系统的频域分析。SIwave支持Windows，Linux和Solaries操作系统，支持多CPU的64位超线程计算机系统。
电磁兼容自动优化模块PI-Advisor
电磁兼容自动优化工具，用于PCB或SiP设计前和设计后的电源
完整性优化策略，可以在PCB设计前，根据信号工作的频率和噪声要求，选取合适的电容类型和数量；在PCB设计后期，评估去耦电容的效果，并根据性能、成本、电容种类等指标自动优化PCB上的退耦电容，达到抑制噪声的目的。
HFSS三维高频结构电磁场仿真器
计算任意三维无源结构的高频电磁场仿真软件。它应用切向矢量有限元法求解射频、微波器件的电磁场分布，计算由于材料和辐射带来的损耗。可直接得到特征阻抗、传播系数、S参数及电磁场、辐射场、天线方向图等结果。可进行器件级和系统级EMI/EMC以及系统天线布局评估，研究机箱/机柜的屏蔽效应和汽车、卫星、飞机、舰船等各种平台系统天线间的互耦影响，计算无线系统中数字和射频信号之间的相互干扰。
AnsoftLinks接口软件
AnsoftLinks是 Ansoft工具和其他CAD、EDA设计工具的接口。通过AnsoftLinks，可以分析包括Protel，PowerPCB，BoardStation，ExpeditionPCB，Allegro和CR-5000在内的多种PCB格式数据；也可以导入AutoCAD，Pro/E，STEP，IGES，ACIS等机械结构设计文件。
软件模块特点：
功能完备：我们的电子设备涵盖了高速数字电路、数模混合电路、微波射频电路，和电源与控制系统等多个专业部门。这些部分通过PCB，线缆，连接器实现互联，装配在一起。ANSYS电磁兼容仿真平
台能够满足高速数字电路、数模混合电路、微波射频电路，和电源与控制系统的仿真能力，具备PCB、电路、线缆连接器、电源、机箱的建模和仿真能力。而且这些工具可以相互调用，协同仿真，满足系统的需要。
集成化：电磁兼容的三要素包含了辐射源、辐射路径和被干扰体。单纯的从一个要素入手，比如降低辐射源，或者保护被干扰体，都不是最合理的办法。ANSYS电磁兼容设计的关键之一是前期的合理指标分配，在辐射源、辐射路径和被干扰体之间找到平衡，合理分配各个子系统的电磁辐射指标，以及线缆孔缝的电磁泄露或隔离度。从而在设计后期，减小设计的电磁兼容压力，避免问题在最后一刻爆发带来的风险的设计延迟。ANSYS的电磁兼容仿真设计软件还可以与ANSYS 公司的结构、流体和热仿真工具集成在统一环境下，相互调用，实现多物理场耦合仿真。
流程和标准化：电磁兼容仿真尽管可以减小设计反复次数，但是一次仿真，需搜集模型或者自建模型和仿真，也需要花费大量时间和精力。随着设备系列化以及设计任务的增加，建立电磁兼容设计流程势在必行。依靠规范固定的电磁兼容设计流程，不仅可以将复杂的系统电磁兼容建模仿真工作简单化，降低对设计师对仿真的畏难情绪，还可以降低每次建模仿真的工作量，复用以前的仿真结果，极大提高设计仿真效率。ANSYS基于电磁兼容仿真平台，提供一套完备的EMI 设计仿真流程。
ANSYS电磁兼容仿真设计平台
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设计早期对电磁兼容性(EMC)问题的考虑 随着产品复杂性与密集度的提高以及设计周期的不断缩短,在设计周期的后期解决电磁兼容性(EMC)问题变得越来越不切合实际。在较高的频率下,您通常用来计算EMC的经验法则不再适用,而且您还可能容易误用这些经验法则。结果,70%～90%的新设计都没有通过第一次EMC测试,从而使后期重设计成本很高,如果制造商延误产品发货日期,损失的销售费用就更大。为了以低得多的成本确定并解决问题,设计师应该考虑在设计过程中及早采用协作式的、基于概念分析的EMC 仿真。 较高的时钟速率会加大满足电磁兼容性需求的难度。在千兆赫兹领域,机壳谐振次数增加会增强电磁辐射,使得孔径与缝隙都成了问题;专用集成电路(ASIC)散热片也会加大电磁辐射。此外,管理机构正在制定规章来保证越来越高的频率下的顺应性。再则,当工程师打算把辐射器设计到系统中时,对集成无线功能(如Wi-Fi、蓝牙、WiMax、UWB)这一趋势提出了进一步的挑战。 传统的电磁兼容设计方法 正常情况下,电气硬件设计人员与机械设计人员在考虑电磁兼容问题时各自为政,彼此之间根本不沟通或很少沟通。她们在设计期间经常使用经验法则,希望这些法则足以满足其设计的器件要求。在设计达到较高频率从而在测试中导致失败时,这些电磁兼容设计规则有不少变得陈旧过时。 在设计阶段之后,设计师制造原型并对其进行电磁兼容性测试。当设计中考虑电磁兼容性太晚时,这一过程往往会出现种种EMC问题。
对设计进行昂贵的修复通常就是唯一可行的选择。当设计从系统概念设计转入具体设计再到验证阶段时,设计修改常常会增加一个数量级以上。所以,对设计作出一次修改,在概念设计阶段只耗费100美元,到了测试阶段可能要耗费几十万美元以上,更不用提对面市时间的负面影响了。 电磁兼容仿真的挑战 为了在实验室中一次通过电磁兼容性测试并保证在预算内按时交货,把电磁兼容设计作为产品生产周期不可分割的一部分就是非常必要的。设计师可借助麦克斯韦(Maxwell)方程的3D解法就能达到这一目的。麦克斯韦方程就是对电磁相互作用的简明数学表达。但就是,电磁兼容仿真就是计算电磁学的其它领域中并不常见的难题。 典型的EMC问题与机壳有关,而机壳对EMC影响要比对EMC性能十分重要的插槽、孔与缆线等要大。精确建模要求模型包含大大小小的细节。这一要求导致很大的纵横比(最大特征尺寸与最小特征尺寸之比),从而又要求用精细栅格来解析最精细的细节。压缩模型技术可使您在仿真中包含大大小小的结构,而无需过多的仿真次数。 另一个难题就是您必须在一个很宽的频率范围内完成EMC的特性化。在每一采样频率下计算电磁场所需的时间可能就是令人望而却步的。诸如传输线方法(TLM)等的时域方法可在时域内采用宽带激励来计算电磁场,从而能在一个仿真过程中得出整个频段的数据。空间被划分为在正交传输线交点处建模的单元。电压脉冲就是在每一单元被发射与散射。您可以每隔一定的时间,根据传输线上的电压与电流计算出电场与磁场。
ANSYS电磁兼容仿真设计软件 用途：用于电子系统电磁兼容分析，包括PCB信号完整性、电源完整性和电磁辐射协同仿真，数模混合电路的噪声分析和抑制，以及机箱系统屏蔽效能和电磁泄漏仿真，确保系统的电磁干扰和电磁兼容性能满足要求。 一、购置理由 1现代电子系统设计面临越来越恶劣的电磁工作环境，一方面电子系统包括了电源模块、信号处理、计算机控制、传感与机电控制、光电系统及天线与微波电路等部分，系统内部相互不发生干扰，正常工作，本身就非常困难；另一方面，在隐身、电子对抗、静放电，雷击和电磁脉冲干扰等恶劣电磁环境下，设备还需要有足够的抗干扰能力，为电路正常工作留有足够的设计裕量。为了确保xx系统的工作可靠性，设备必须通过相关的电磁兼容标准，如国军标GJB151A，GJB152A。 长期以来，设备的电磁兼容设计和仿真一直缺乏必要的仿真设计手段，只能依赖于设备后期试验测试，不仅测量成本高昂，而且，如果EMI测量超标，后续的查找问题和修正问题基本上依赖于经验和猜测。而解决电磁兼容问题，也只能靠经验进行猜想和诊断，采取的措施也只能通过不断的试验进行验证，这已经成为制约我们产品进度的重要原因。。 2目前我所数字电路设计的经验和手段已经有很大改善，我们在复杂PCB布线、高速仿真方面取得了很多的成果和经验，并且已经开
始高速通道设计的预研。在相关PCB布线工具的帮助下，将复杂的多电源系统PCB布通，确保集成电路之间的正确连接已经基本上没有问题。但是随着应用深入，也存在一些困难，特别在模拟数字转换、高速计算与传输PCB和系统的设计中，我们不仅要保证电路板的正常工作，还要提高关键性的技术指标，例如数模转换电路的有效位数、信号传输系统的速率和误码率等，此外，还要满足整个卫星电子系统的电磁兼容/电磁干扰要求，为此，我们迫切需要建立的仿真功能包括： ●高速通道中，连接器，电缆等三维全波精确和建模仿真， 这些结构的寄生效应对于信号的传输性能有至关重要的影 响； ●有效的PCB电源完整性分析工具，对PCB上的电源、地等 直流网络的信号质量进行仿真 ●为提高仿真精度，需要SPICE模型，IBIS模型和S参数模 型的混合仿真 ●需要同时进行时域和频域仿真和设计，观察时域的眼图、 误码率，调整预加重和均衡电路的频域参数，使得信号通道 的物理特性与集成电路和收/发预加重、均衡等相配合，达到 系统性能的最优 ●有效的PCB的辐射控制与仿真手段，确保系统EMI性能达 标。 现在EDA市场上已经有一些SI/PI和EMI/EMC仿真设计工具，但存在多方面的局限性。我们的PCB布线工具虽然能解决一定的问题，
一简述ANSYS软件的发展史。 1970年，Doctor John Swanson博士洞察到计算机模拟工程应该商品化，于是创立了ANSYS公司，总部位于美国宾夕法尼亚州的匹兹堡。30年来，ANSYS 公司致力于设计分析软件的开发，不断吸取新的计算方法和技术，领导着世界有限元技术的发展，并为全球工业广泛接受，其50000多用户遍及世界。 ANSYS软件的第一个版本仅提供了热分析及线性结构分析功能，像当时的大多数程序一样，它只是一个批处理程序，且只能在大型计算机上运行。 20世纪70年代初。ANSYS软件中融入了新的技术以及用户的要求，从而使程序发生了很大的变化，非线性、子结构以及更多的单元类型被加入到子程序。70年代末交互方式的加入是该软件最为显著的变化，它大大的简化了模型生成和结果评价。在进行分析之前，可用交互式图形来验证模型的几何形状、材料及边界条件；在分析完成以后，计算结果的图形显示，立即可用于分析检验。 今天软件的功能更加强大，使用更加便利。ANSYS提供的虚拟样机设计法，使用户减少了昂贵费时的物理样机，在一个连续的、相互协作的工程设计中，分析用于整个产品的开发过程。ANSYS分析模拟工具易于使用、支持多种工作平台、并在异种异构平台上数据百分百兼容、提供了多种耦合的分析功能。 ANSYS公司对软件的质量非常重视，新版的必须通过7000道标准考题。业界典范的质保体系，自动化规范化的质量测试使ANSYS公司于1995年5月在设计分析软件中第一个通过了ISO9001的质量体系认证。 ANSYS公司于1996年2月在北京开设了第一个驻华办事机构，短短几年的时间里发展到北京、上海、成都等多个办事处。ANSYS软件与中国压力容器标准化技术委员会合作，在1996年开发了符合中国JB4732-95国家标准的中国压力容器版。作为ANSYS集团用户的铁路机车车辆总公司，在其机车提速的研制中，ANSYS软件已经开始发挥作用。 二节点﹑单元﹑单元类型的基本概念。 节点：几何模型通过划分网格，转化为有限元模型，节点构成了网格的分布和形状，是构成有限元模型的基本元素。 单元：有限元模型的组成元素，主要有点、线、面、体。 单元类型：根据实体模型划分网格时所要确定的单元的形状，是单元属性的一部分，单元类型决定了单元的自由度，包括线单元（梁、杆、弹簧单元）、壳单元（用于薄板或曲面模型）、二维实体单元、三维实体单元、线性单元、二次单元和P–单元。 三用ANSYS软件进行分析的一般过程。 1建立有限元模型 （1）指定工作文件名和工作标题。 该项工作并不是必须要求做的，但是做对多个工程问题进行分析时推荐使用工作文件名和工作标题。
ANSYS复合材料仿真分析及其在航空领域的应用 复合材料，是由两种或两种以上性质不同的材料组成。主要组分是增强材料和基体材料。复合材料不仅保持了增强材料和基体材料本身的优点，而且通过各相组分性能的互补和关联，获得优异的性能。复合材料具有比强度大、比刚度高、抗疲劳性能好、各向异性、以及材料性能可设计的特点，应用于航空领域中，可以获得显著的减重效益，并改善结构性能。目前，复合材料技术已成为影响飞机发展的关键技术之一，逐渐应用于飞机等结构的主承力构件中，西方先进战斗机上复合材料使用量已达结构总重量的25%以上。飞机结构中，复合材料最常见的结构形式有板壳、实体、夹层、杆梁等结构。板壳结构如机翼蒙皮，实体结构如结构连接件，夹层结构如某些薄翼型和楔型结构，杆梁结构如梁、肋、壁板。此外，采用缠绕工艺制造的筒身结构也可视为层合结构的一种形式。一.复合材料设计分析与有限元方法复合材料层合结构的设计，就是对铺层层数、铺层厚度及铺层角的设计。采用传统的等代设计（等刚度、等强度）、准网络设计等设计方法，复合材料的优异性能难以充分发挥。在复合材料结构分析中，已经广泛采用有限元数值仿真分析，其基本原理在本质上与各向同性材料相同，只是离散方法和本构矩阵不同。复合材 料有限元法中的离散化是双重的，包括了对结构的离散和每一铺层的离散。这样的离散可以使铺层的力学性能、铺层方向、铺层形式直接体现在刚度矩阵中。有限元分析软件，均把增强材料和基体复合在一起，讨论结构的宏观力学行为，因此可以忽略复合材料的多相性导致的微观力学行为，以每一铺层为分析单元。二.ANSYS复合材料仿真技术及其在航空领域应用复合材料具有各向异性、耦合效应、层间剪切等特殊性质，因此复合材料结构的精确仿真，已成为现代航空结构的迫切需求。许多CAE程序都可以进行复合材料的分析，但是大多程序并没有提供完备的功能，使复合材料的精确仿真难以完成。如有些程序不提供非线性分析能力，有些不提供层间剪切应力的求解能力，有些不提供考虑材料失效破坏继续计算能力等等。ANSYS作为一款著名的商业化大型通用有限元软件，广泛应用于航空航天领域，为飞机结构中的复合材料层合结构分析提供了完整精确的解决方案。1.复合材料的有限元模型建立针对飞机结构中的复合材料层合板、梁、实体以及加筋板等结构类型，ANSYS提供一种特殊的复合材料单元———层单元，以模拟各种复合材料，铺层数可达250层以上，并提供一系列技术模拟各种复杂层合结构。复合材料层单元支持非线性、振动特性、热应力、疲劳断裂等各种结构和热的分析功能和算法。2.复合材料的层合结构定义：■铺层结构：ANSYS对于每一铺层可先定义材料性质、铺层角、铺层厚度，然后通过由下到上的顺序逐层叠加组合为复合材料层合结构；也可以通过直接输入材料本构矩阵来定义复合材料性质。■板壳和梁单元截面形状：ANSYS利用截面形状工具可定义矩形、I型、槽型等各种形式；还可以定义各种函数曲线以模拟变厚度截面。3.特殊层合结构的模拟：?变厚度板壳铺层切断：将切断的某铺层厚度定义为零，即可模拟铺层切断前后的板壳实际形状。（图1上）?不同铺层板壳的节点协调：ANSYS板壳层单元的节点均可偏置到任意位置，使不同铺层数板壳的节点在中面或顶面、底面对齐。（图1下）?蜂窝/泡沫夹层结构：ANSYS通过板壳层单元来模拟夹层结构的特性，夹层面板和芯子可以是不同材料。（图2）?板－梁－实体组合结构：ANSYS将实体、板壳与梁等不同类型单元通过MPC技术相联系，各类单元的节点不需要重合并协调，便于飞机等复杂结构模型的处理。4.复合材料有限元模型的检查：复合材料结构模型建立后，可以将板壳和梁单元显示为实际形状，还可以通过图形显示和列表直观地观察铺层厚度、铺层角度和铺层组合形式，方便模型的检查及校对。（图3）5.复合材料层合结构分析ANSYS层单元支持各种静强度刚度、非线性、稳定性、疲劳断裂和振动特性等结构分析。完成分析后，可以图形显示或输出每个铺层及层间的应力和应变等结果（虽然一个单元包含许多铺层），根据这些结果可以判断结构是否失效破坏和满足设计要求。6.复合材料失效准则ANSYS已经预定义了三种复合材料破坏准则来评价复合材料结构安全性，包括最大应变/应力失效准则，蔡－吴（Tsai-Wu）准则。每种强度准则均可定义与温度相关，考虑不同温度下的材料性能。另外，用户也可自定义最多达六种的
ANSYS软件介绍 ANSYS是一种应用广泛的通用有限元工程分析软件。广泛应用于核工业、铁道、石油化工、航空航天、机械制造、能源、汽车交通、国防、军工、电子、土木工程、造船、生物医学、轻工、地矿、水利、日用家电等工业及科学研究。 ANSYS软件含有多种分析能力，包括简单线性静态分析和复杂非线性动态分析。可用来求结构、流体、电力、电磁场及碰撞等问题的解答。它包含了预处理、解题程序以及后处理和优化等模块，将有限元分析、计算机图形学和优化技术相结合，已成为解决现代工程学问题必不可少的有力工具。 ANSYS功能简介 ANSYS是一个通用的有限元分析软件，它具有多种多样的分析能力，从简单的线性静态分析到复杂的非线性动态分析。而且，ANSYS还具有产品的优化设计、估计分析等附加功能。 ANSYS软件能够提供的分析类型如下： 1．结构静力分析 用来求解外载荷引起的位移、应力和力。静力分析很适合求解惯性和阻尼对结构影响不显著的问题。ANSYS程序中的静力分析不仅可以进行线性分析，而且可以进行非线性分析，如塑性、蠕变、膨胀、大变形、大应变及接触问题的分析。 2．结构动力分析 结构动力分析用来求解随时间变化的载荷对结构或部件的影响。与静力分析不同，动力分析要考虑随时间变化的力载荷以及它对阻尼和惯性的影响。ANSYS可进行结构动态分析的类型包括包括瞬时动力分析、模态分析、谐波响应分析及随机振动响应分析。 3．结构非线性分析 结构非线性问题包括分析材料非线性、几何非线性和单元非线性三种。ANSYS程序可以求解静态和瞬态的非线性问题。 4．结构屈曲分析 屈曲分析是用来确定结构失稳的载荷大小与在特定的载荷下结构是否失稳的问题。ANSYS 中的稳定性分析主要分为线性分析和非线性分析两种。 5．热力学分析 ANSYS可处理热传递的3种基本类型：传导、对流和辐射。热传递的3种基本类型均可进行稳态和瞬态、线性和非线性分析。热分析还可以进行模拟材料的固化和熔解过程的分析，以及模拟热与结构应力之间的耦合问题的分析。 6．电磁场分析 主要用于电磁场问题的分析，如电感、电容、磁能量密度、涡流、电场分布、磁力线分布、力、运动效应、电路和能量损失等。 7．声场分析
电磁场与电磁兼容 实验报告 学号： 姓名： 院系： 专业： 教师： 05月20日
半波对称振子天线阵最大辐射方向控制 实验工具 ?Expert MININEC Classic电磁场数值仿真软件 实验目的 根据要求的参数，利用仿真软件设计和分析自由空间或地面上的细、直线天线的电磁场数值，并完成以下要求： ?改变每幅天线馈电电流的相位控制最大增益的方向：要求的最大增益方向是：1. 00 ；2. 400；3. 800 （选择与自己学号后2位数最近的度数） ?根据运行结果指出： 1.增益方向性图； 2.最大增益； 3.最大增益方向。 实验参数 ?频率 f = 300MHz，波长λ = 1m ?四分之一波长单极子天线L=λ，四个半波长对称振子排列在一条直线上，相邻两幅天线的间隔是四分之一波长 实验过程 ?建立几何模型：点—> 线，尺寸，环境，坐标等 半波对称振子放在 YOZ 平面内，相邻振子的间距是四分之一波长。
图1 问题描述图2 –图4 几何模型 图3 图4 ?定义电特性：频率，电压，当前节点 ZENITH(DEG) 对应球坐标系中的θ， AZIMUTH (DEG) 对应球坐标系中的φ 图5 电特性—频率图6 馈电电流相位设置
图7 球坐标参数θ、ψ以及间隔设置 ?选择模式：辐射模式 ?求解项：近场 ?调试、运行 表格中出现“No detected violations ”表明设置正确 图8 选择运行平面图9 调试结果 ?显示结果 3D display 显示所设计天线的图形 天线增益方向性图中给出了最大增益值和最大增益方向、以及半功率增益带宽的计算结果。
期末大作业 题目：简单直流致动器 ANSYS电磁场分析及与ansoft仿真分析结果比较作者姓名：柴飞龙 学科（专业）：机械工程 学号：21225169 所在院系：机械工程学系 提交日期2013 年 1 月
1、 背景简述： ANSYS 软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用软件有限元分析软件，是现代产品设计中的高级CAE 工具之一。而ansoft Maxwell 软件是一款专门分析电磁场的分析软件，如传感器、调节器、电动机、变压器等。 本人在实验室做的课题涉及到电机仿真，用的较多的是ansoft 软件，因为其对电机仿真的功能更强大，电机功能模块更多，界面友好。 现就对一电磁场应用实例，用ANSYS 进行仿真分析，得到的结果与ansoft 得到的结果进行简单核对比较。 2、 问题描述： 简单直流致动器由2个实体圆柱铁芯，中间被空气隙分开的部件组成，线圈中心点处于空气隙中心。衔铁是导磁材料，导磁率为常数（即线性材料，r μ=1000），线圈是可视为均匀材料，空气区为自由空间（1=r μ），匝数为2000，线圈励磁为直流电流：2A 。模型为轴对称。 3、 ANSYS 仿真操作步骤： 第一步：Main menu>preferences
第二步：定义所有物理区的单元类型为PLANE53 Preprocessor>Element type>Add/Edit/Delete 第三步：设置单元行为 模拟模型的轴对称形状，选择Options（选项） 第四步：定义材料 Preprocessor>Material Props> ?定义空气为1号材料(MURX = 1) ?定义衔铁为2号材料(MURX = 1000) ?定义线圈为3号材料(自由空间导磁率，MURX=1)
FLO/EMC电磁兼容仿真分析软件 为什么要重视电磁兼容性（EMC）的分析 众所周知,仅在几年前,EMC问题在整个设计流程中还只是个次要的问题。而今天,EMC设计问题扩展到传统设计流程的各个阶段。市场开拓者们要将大量资金和数周时间花费在屏蔽室,以谋求能顺利通过电磁兼容性测试。 这种现象不是偶然的,我们知道： ·EMI已经成为一个很严重的且在日益恶化的环境污染源 ·越来越多电器设备的投入使用 ·IC时钟频率的越来越高 ·辐射源辐射功率的增大 ·抗干扰性的减弱 ·无线通信的发展 诸如此类的原因导致了我们为了使同一环境中各种设备都能正常工作又互不干扰变得越来越困难,同时这种电磁环境对人类及生物也产生了越来越大的危害,解决电磁兼容性问题也变得越来越紧迫。 拿一个简单的例子,对于一台pc电脑来说,在EMC方面需要满足以下标准： 1．辐射性能方面（Emissions） a. EN 61000-3-2(Harmonics) b. EN 61000-3-3(Voltage Fluctuations and Flicker) c. EN 55022(Conducted Emissions) d. EN 55022(Radiated Emissions) 2．抗干扰性能标准EN55024（Immunity） a. EN 61000-4-2(Electrostatic Discharge) b. EN 61000-4-3(Radiated Electric Field) c. EN 61000-4-4(Fast Transients) d. EN 61000-4-5(High Energy Surges) e. EN 61000-4-6(Conducted RF) f. EN 61000-4-8(Radiated Magnetic Field) g. EN 61000-4-11(Voltage Dips and Interrupts) 而通常来说,整个测试的代价是需要4000美元和3天的时间。 在20世纪90年代前期,国内企业的产品在出口欧美等国市场时,必须出具电磁兼容合格报告才能获得市场准入,但是由于企业往往在产品设计和研发阶段没有考虑相关问题或是不了解国外的电磁兼容技术法规要求而导致不能顺利投放海外市场或花费很大的代价来满足国外相应的电磁兼容性能要求,这与国内的设计模式是分不开的,传统的设计方式遵循的是设计—样品生产—测试的模式,一旦测试不能通过测试标准,就必需按照设计流程重新开始！无疑,这样做的代价是冗长的设计周期和昂贵的设计成本。与此同时,国内缺乏相关技术标准,也缺乏相关的试验手段和条件来检测进口产品的电磁兼容性能。使得我国的电磁兼容技术远远落后于欧美等发达国家。 在90年代后期,国家和相关行业纷纷对产品的设备的电磁兼容性能制订标准规范,并制订了相关的认证实施措施;兴建了大量的电磁兼容实验室,规范国内外产品的电磁兼容性能。 在科学技术日益发展的今天,针对传统设计模式中解决电磁兼容性问题的弊端,国外企业纷纷引入电磁兼容分析软件,利用计算机在设计前期对系统电磁兼容性能进行模拟分析,即所
ANSYSt磁兼容仿真设计软件 用途：用于电子系统电磁兼容分析，包括PCB言号完整性、电源完整性和电磁辐射协同仿真，数模混合电路的噪声分析和抑制，以及机箱系统屏蔽效能和电磁泄漏仿真，确保系统的电磁干扰和电磁兼容性能满足要求。 一、购置理由 1 现代电子系统设计面临越来越恶劣的电磁工作环境，一方面电 子系统包括了电源模块、信号处理、计算机控制、传感与机电控制、光电系统及天线与微波电路等部分，系统内部相互不发生干扰，正常工作，本身就非常困难；另一方面，在隐身、电子对抗、静放电，雷击和电磁脉冲干扰等恶劣电磁环境下，设备还需要有足够的抗干扰能力，为电路正常工作留有足够的设计裕量。为了确保xx 系统的工作可靠性，设备必须通过相关的电磁兼容标准，如国军标GJB151A，GJB152A。 长期以来，设备的电磁兼容设计和仿真一直缺乏必要的仿真设计手段，只能依赖于设备后期试验测试，不仅测量成本高昂，而且，如果EMI测量超标，后续的查找问题和修正问题基本上依赖于经验和猜测。而解决电磁兼容问题，也只能靠经验进行猜想和诊断，采取的措施也只能通过不断的试验进行验证，这已经成为制约我们产品进度的重要原因。。 2 目前我所数字电路设计的经验和手段已经有很大改善，我们在复杂PCB布线、高速仿真方面取得了很多的成果和经验，并且已经开始高速通道设计的预研。在相关PCB布线工具的帮助下，将复杂的多电源系统PCB布通，确保集成电路之间的正确连接已经基本上没有问题。但是随着应用深
入，也存在一些困难，特别在模拟数字转换、高速计算与传输PCB和系统的设计中，我们不仅要保证电路板的正常工作，还要提高关键性的技术指标，例如数模转换电路的有效位数、信号传输系统的速率和误码率等，此外，还要满足整个卫星电子系统的电磁兼容/电磁干扰要求，为此，我们迫切需要建立的仿真功能包括：高速通道中，连接器，电缆等三维全波精确和建模仿真，这些结构的寄生效应对于信号的传输性能有至关重要的影响； 有效的PCB电源完整性分析工具，对PCB上的电源、地等直流网络的信号质量进行仿真 为提高仿真精度，需要SPICE模型，IBIS模型和S参数模型的混合仿真 需要同时进行时域和频域仿真和设计，观察时域的眼图、误码率，调整预加重和均衡电路的频域参数，使得信号通道的物理特性 与集成电路和收/发预加重、均衡等相配合，达到系统性能的最优有效的PCB的辐射控制与仿真手段，确保系统EMI性能达标。 现在EDA市场上已经有一些SI/PI和EMI/EMC仿真设计工具，但存在多方面的局限性。我们的PCB布线工具虽然能解决一定的问题， 但是，由于工具本身主要是以布线功能为主，结合规则约束进行设计的，在解决我们上述问题时存在着明显的局限，主要有： 主要以等效电路法建模与仿真，仿真的结构有限制，功能不完备，如不能仿真非理想的电源/地，不能充分考虑信号线的跨越 分割和转换参考平面等，对于EMI/EMC只能做规则约束，无法进一 步仿真。
大系统强电磁脉冲综合仿真解决方案 一、必要性 电磁兼容（EMC）已经成为一个日益严重的环境污染源，这是因为： ●越来越多电器设备的投入使用 ●IC时钟频率的越来越高 ●辐射源辐射功率的增大 ●设备抗干扰性的减弱 ●无线通信的迅速发展 诸如此类的原因使得同一环境中各种设备既能正常工作又互不干扰变得越来越困难，同时这种电磁环境对人类的健康产生了越来越大的危害，系统（汽车、飞机、舰船、导弹、卫星等）中的机箱电磁泄露，设备之间的相互干扰导致彼此的器件的误动作，解决电磁兼容性问题已经刻不容缓。解决电磁兼容性问题不能只靠运气和测试，测试的时间成本和费用成本都非常高，利用电磁分析工具可以高效地解决电磁兼容问题，提高产品竞争力。 EMC问题成为电子设备设计流程中一个非常重要的环节，并且贯穿设计流程的各个阶段。人们往往要将大量资金和时间花费在样机生产和EMC测试的循环流程中。而通常来说，整个测试需要花费很长的时间并要支付高额的测试费用，不利于产品的快速研发。 在90年代后期，国家已经明确制订了电子设备的电磁兼容性标准和规范以及严格的认证措施，规范国内外产品的电磁兼容性能。而传统的设计流程依然遵循经验设计——样机生产——测试的模式，也就是常说的Try and Cut方法，一旦测试不能通过，就必需按照设计流程重新开始！无疑，这样做的代价是冗长的设计周期和高昂的成本。 在科学技术日益发展的今天，针对传统设计模式解决电磁兼容性问题的弊端，利用计算机仿真技术在设计前期对系统电磁兼容性能进行模拟分析，即所谓的design-level analysis，找出影响电磁兼容性能的关键因素，有针对性的加以改进，将很多的设计风险扼杀在萌芽状态，从而能大大缩短设计周期和节省设计成本。
联合ANSYS WORKBENCH和经典界面进行后处理 (2012-12-18 18:58:55) ▼ 标签： ansys 分类：CAE 前面几篇文章已经提到过，ANSYS WORKCENCH主要是为不大懂ANSYS命令和编程的工程师服务的，而经典界面则适用于初学者和研究人员。初学者和研究人员是完全不同的两个层次，为什么ANSYS经典界面却同时适合二者呢？ 实际上，学好ANSYS，关键并非是操作界面，而是要学好有限元。如果初学者直接从WORKBENCH来学习ANSYS，那么对于有限元就毫无收获，可以说一头雾水。而如果从经典界面进去，因为涉及到很多与有限元概念密切相关的操作，对于理解有限元很有好处。只是学到一定程度以后，需要转移到WORKBENCH中进行三维零件的分析和装配体的分析。 而当我们用到一定程度以后，发现WOKRBENCH虽然操作方便，但是的确不容易操作底层。前面的文章已经说明了如何联合二者进行仿真，以充分使用WOKRNBEHCN对于建模的方便性以及经典界面对于底层的操控性。这里再举一个例子，说明如何用WOKRBENCH进行建模，而后在经典界面中进行后处理，目的是为研究人员提供参考。 一个两边固定的梁，上面受到分布载荷作用如下图。 该分布载荷随时间而改变，其载荷的时间历程如下曲线，从0-1秒，载荷增加到1Mpa，而后保持1秒钟，接着减小到0Mpa，终止时间是3秒。 为了便于控制，这里对每个载荷步均采用自定义载荷子步的方式，划分为10个载荷子步，见下面的细节视图。
然后进行瞬态隐式动力学分析，得到该梁的位移和von mises应力。 我们现在要知道该梁上某一个应力最大的点，其应力是如何随时间而改变的。这个任务使用WOKRBENCH很难达到，但是用经典界面则轻而易举，因此我们决定使用经典界面进行后处理。 要使用经典界面后处理，只需要把WORKBENCH中生成的结果文件导入到经典界面中即可。 首先找到WORKBENCH中生成的结果文件如下图所示的路径。该文件叫file.rst， 为了方便，把file.rst拷贝到D盘的根目录下，然后启动ANSYS APDL，即经典界面。 进入经典界面后，直接进入通用后处理，并点击data file opts，以便读入结果文件。
ANSYS 电磁兼容仿真设计软件 用途：用于电子系统电磁兼容分析，包括PCB信号完整性、电源完整性和电磁辐射协同仿真，数模混合电路的噪声分析和抑制，以及 机箱系统屏蔽效能和电磁泄漏仿真，确保系统的电磁干扰和电磁兼容性能满足要求。 一、购置理由 1 现代电子系统设计面临越来越恶劣的电磁工作环境，一方面电子系统包括了电源模块、信号处理、计算机控制、传感与机电控制、光电系统及天线与微波电路等部分，系统内部相互不发生干扰，正常工作，本身就非常困难；另一方面，在隐身、电子对抗、静放电，雷击和 电磁脉冲干扰等恶劣电磁环境下，设备还需要有足够的抗干扰能力，为电路正常工作留有足够的设计裕量。为了确保xx 系统的工作可靠性，设备必须通过相关的电磁兼容标准，如国军标 GJB151A，GJB152A。 长期以来，设备的电磁兼容设计和仿真一直缺乏必要的仿真设计 手段，只能依赖于设备后期试验测试，不仅测量成本高昂，而且，如 果EMI 测量超标，后续的查找问题和修正问题基本上依赖于经验和猜测。而解决电磁兼容问题，也只能靠经验进行猜想和诊断，采取的 措施也只能通过不断的试验进行验证，这已经成为制约我们产品进度的重要原因。 2 目前我所数字电路设计的经验和手段已经有很大改善，我们在复杂PCB布线、高速仿真方面取得了很多的成果和经验，并且已经
开始高速通道设计的预研。在相关PCB 布线工具的帮助下，将复杂 的多电源系统PCB布通，确保集成电路之间的正确连接已经基本上 没有问题。但是随着应用深入，也存在一些困难，特别在模拟数字转换、高速计算与传输PCB和系统的设计中，我们不仅要保证电路板 的正常工作，还要提高关键性的技术指标，例如数模转换电路的有效 位数、信号传输系统的速率和误码率等，此外，还要满足整个卫星电子系统的电磁兼容/电磁干扰要求，为此，我们迫切需要建立的仿真功能包括： ● 高速通道中，连接器，电缆等三维全波精确和建模仿真，这 些结构的寄生效应对于信号的传输性能有至关重要的影响； ● 有效的PCB电源完整性分析工具，对PCB 上的电源、地等 直流网络的信号质量进行仿真 ●为提高仿真精度，需要SPICE 模型，IBIS模型和S 参数模 型的混合仿真 ●需要同时进行时域和频域仿真和设计，观察时域的眼图、 误码率，调整预加重和均衡电路的频域参数，使得信号通道 的物理特性与集成电路和收/发预加重、均衡等相配合，达到 系统性能的最优 ● 有效的PCB的辐射控制与仿真手段，确保系统EMI性能 达标。 现在EDA 市场上已经有一些SI/PI 和EMI/EMC 仿真设计工具，但存在多方面的局限性。我们的PCB 布线工具虽然能解决一定的问
ANSYS产品简介 关键字: ANSYS 技术特色: 完整的单场分析方案：安世亚太汇集了世界最强的各物理场分析技术。包括以强大的结构非线性著称的机械模块Mechanical；以强大的碰撞、冲击、爆炸、穿甲模拟能力著称的显式模块AUTODYN；以求解快速著称的流体动力学分析模块CFX；以特大电大尺寸分析能力著称的电磁场分析模块FEKO。 独特的多场耦合分析：ANSYS软件不但具有强大的单场分析模块，还可以求解多物理场间的耦合问题；耦合场的关键在于各场分析数据的无缝传递。不是统一数据库，甚至不是同一家公司产品，分析数据的传递无法达到无缝的要求。因此，不是任意两个软件之间都能进行多场耦合分析。“Multiphysics”是ANSYS公司的独有词汇。 高效的并行计算：并行计算使得超大规模计算的效率数十倍提高，对求解规模没有任何限制，计算时间可完全满足设计流程的要求。ANSYS是当今世界唯一一家可以求解一亿自由度问题的CAE公司。 高质量/高可靠性：质量是ANSYS强大生命力的保证，我们的质量保证人员和开发人员的比例是1:1。严格的质量管理使ANSYS在众多的CAE软件中率先通过了ISO9001质量认证体系，也是唯一一家通过ISO9001:2000版质量认证体系的CAE软件。 先进的协同研发平台：PERA根据现代企业对研发环境的要求，在基于J2EE的基础层上，通过对流程、技术及数据三个子平台的集成，整合了研发相关的所有工具，形成一个基于网络的、分布式企业级协同研发平台。该平台将设计模型管理、研发技术管理、研发流程管理、多学科优化、多物理场仿真、仿真数据管理及智力资产管理融于一身，并充分利用企业分布式硬件资源和网格计算资源，支持企业的任何研发活动。
ANSYS 2011中国用户大会优秀论文 基于Ansoft电磁兼容软件的电路SI、PI及EMI仿真 关铭张杨钧 北京控制与电子技术研究所 100038 [ 摘要 ] 为了有效地利用仿真软件对高速电路设计中的信号完整性（SI）、电源完整性（PI）及电磁完整性（EMI）进行协同设计和分析。本文对已设计完成的电路板，利用Ansoft电磁兼容软件 完成仿真分析，分析仿真结果对器件选型及电路优化有着重要意义。 [ 关键词]信号完整性、电源完整性、电磁完整性 SI、PI and EMI Simulation Based on Ansoft EMC Software Guan Ming, Zhang Yangjun Beijing Control and Electronic Technology Institute 100038 [ Abstract ] In order to effectively use the simulation software of the circuit design of high speed signal integrity (SI), power supply integrity (PI) and electromagnetic integrity (EMI) for collaborative design and analysis of a problem. In this paper, with the use of Ansoft Emc software, a PCB which has already been designed is simulated. The result of the analysis has important significance on the selection of the instruments and circuit optimization. [ Keyword ] SI, PI, EMI 1前言 随着半导体工艺向高速度、高密度发展，时钟频率日益提高，电路设计中信号完整性（SI）、电源完整性（PI）及电磁完整性（EMI）问题显得更为严重。 SI保证数字电路的正常工作和芯片或系统间的正常通信；PI保证电子系统拥有可靠的系统供电和噪声控制；EMI保证PCB板级电路系统不干扰其他系统或者被其他系统干扰。SI、PI和EMI在设计过程中，必须同时保证，缺一不可。 随着电磁仿真软件的发展，其已具有提取寄生和耦合参数，进行时域和频域的电路和系统仿真的能力。利用电磁和电路仿真软件，对印制电路板（PCB）进行SI、PI和EMI仿真分析，可以有效控制设计成本和设计周期。本文对已设
ANSYS软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件。由世界上最大的有限元分析软件公司之一的美国ANSYS开发，它能与多数CAD软件接口，实现数据的共享和交换，如Pro/Engineer, NASTRAN, Alogor, I－DEAS, AutoCAD等，是现代产品设计中的高级CAD工具之一。软件主要包括三个部分：前处理模块，分析计算模块和后处理模块。前处理模块提供了一个强大的实体建模及网格划分工具，用户可以方便地构造有限元模型；分析计算模块包括结构分析（可进行线性分析、非线性分析和高度非线性分析）、流体动力学分析、电磁场分析、声场分析、压电分析以及多物理场的耦合分析，可模拟多种物理介质的相互作用，具有灵敏度分析及优化分析能力；后处理模块可将计算结果以彩色等值线显示、梯度显示、矢量显示、粒子流迹显示、立体切片显示、透明及半透明显示（可看到结构内部）等图形方式显示出来，也可将计算结果以图表、曲线形式显示或输出。软件提供了100种以上的单元类型，用来模拟工程中的各种结构和材料。该软件有多种不同版本，可以运行在从个人机到大型机的多种计算机设备上，如PC，SGI，HP， SUN，DEC，IBM，CRAY 等。目前版本为ANSYS5.4版，其微机版本要求的操作系统为Windows 95或Windows NT,也可运行于UNIX系统下。微机版的基本硬件要求为：显示分辨率为1024×768，显示内存为2M 以上，硬盘大于350 M，推荐使用17英寸显示器。 前处理模块PREP7 双击实用菜单中的“Preprocessor”，进入ANSYS的前处理模块。这个模块主要有两部分内容：实体建模和网格划分。 ●实体建模 ANSYS程序提供了两种实体建模方法：自顶向下与自底向上。自顶向下进行实体建模时，用户定义一个模型的最高级图元，如球、棱柱，称为基元，程序则自动定义相关的面、线及关键点。用户利用这些高级图元直接构造几何模型，如二维的圆和矩形以及三维的块、球、锥和柱。无论使用自顶向下还是自底向上方法建模，用户均能使用布尔运算来组合数据集，从而“雕塑出”一个实体模型。ANS YS程序提供了完整的布尔运算，诸如相加、相减、相交、分割、粘结和重叠。在创建复杂实体模型时，对线、面、体、基元的布尔操作能减少相当可观的建模工作量。ANSYS程序还提供了拖拉、延伸、旋转、移动、延伸和拷贝实体模型图元的功能。附加的功能还包括圆弧构造、切线构造、通过拖拉与旋转生成面和体、线与面的自动相交运算、自动倒角生成、用于网格划分的硬点的建立、移动、拷贝和删除。自底向上进行实体建模时，用户从最低级的图元向上构造模型，即：用户首先定义关键点，然后依次是相关的线、面、体。 ●网格划分 ANSYS程序提供了使用便捷、高质量的对CAD模型进行网格划分的功能。包括四种网格划分方法：延伸划分、映像划分、自由划分和自适应划分。延伸网格划分可将一个二维网格延伸成一个三维网格。映像网格划分允许用户将几何模型分解成简单的几部分，然后选择合适的单元属性和网格控制，生成映像网格。ANSYS程序的自由网格划分器功能是十分强大的，可对复杂模型直接划分，避免了用户对各个部分分别划分然后进行组装时各部分网格不匹配带来的麻烦。自适应网格划分是在生成了具有边界条件的实体模型以后，用户指示程序自动地生成有限元网格，分析、估计网格的离散误差，然后重新定义网格大小，再次分析计算、估计网格的离散误差，直至误差低于用户定义的值或达到用户定义的求解次数。 求解模块SOLUTION 前处理阶段完成建模以后，用户可以在求解阶段获得分析结果。 点击快捷工具区的SAVE_DB将前处理模块生成的模型存盘，退出Preprocessor，点击实
桥梁结构仿真分析 学院： 姓名： 学号： 指导教师：
一、下承式钢管混凝土拱桥，跨径90m 。主梁截面布置如下图所示，C50混凝土，吊杆为54根直径7mm 钢丝；钢管混凝土拱圈截面如图所示，直径1m 、壁厚14mm 、内填C50混凝土。吊杆下设置壁厚40cm 的混凝土横梁。设计荷载公路I 级，4车道。按照杆系结构计算结构在移动荷载作用下的弯矩和剪力包络图。 立面布置（单位：m ） 拱圈截面布置 主梁截面布置（单位：cm ） 1、计算模型 1）采用单梁模型； 2）拱圈采用共节点分离模型，单拱轴，钢管、拱轴混凝土和吊杆弹性模量取2倍的各自模量，面积不变； 3）吊杆不考虑初应变。 MA TLAB 求解弯矩和剪力包络图（纵桥向最不利加载）。 2、计算结果 102030405060708090 -2 -1.5 -1 -0.5 00.5 1x 10 4 x (m) M (k N m ) 图1-1 主梁弯矩包络图
图1-2 主梁剪力包络图 3、ANSYS 命令流 FINISH /CLEAR /TITLE,Concrete-Filled Tube Arch Bridge /PREP7 ET,1,82 !辅助单元类型 CYL4,0.5,0.5,0.5,,0.486 !建立一个环面 SMRTSIZE,5 !网格划分 AMESH,ALL SECWRITE,STEEL_TUBE,SECT,,1 !截面存盘（文件名：STEEL_TUBE ；文件拓展名：SECT ；单元类型属性：1） SECTYPE,1,BEAM,MESH, !截面类型和ID 定义 SECOFFSET,CENT,,, !截面偏移，CENT 偏移到质心 SECREAD,'STEEL_TUBE','SECT',,MESH !读入截面 ASEL,ALL !选择所有面 ACLEAR,ALL ADELE,ALL,,,1 !将图形及面、线、点全部删除（只保留截面文件） CYL4,0.5,0.5,0.486 !建立一个圆面 SMRTSIZE,5 AMESH,ALL SECWRITE,CONCRETE,SECT,,1 SECTYPE,2,BEAM,MESH, SECOFFSET,CENT,,, SECREAD,'CONCRETE','SECT',,MESH ASEL,ALL ACLEAR,ALL ADELE,ALL,,,1 K,1,-9 K,2,-9,-0.2 K,3,-7,-0.5 K,4,-6.5,-1.8 K,5,-5,-1.8 K,6,-4.5,-0.5 K,7,-4,-0.25 K,8,4,-0.25 K,9,4.5,-0.25 K,10,5,-1.8 K,11,6.5,-1.8 K,12,7,-0.5 K,13,9,-0.2 K,14,9 A,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14 SMRTSIZE,5 AMESH,ALL SECWRITE,ZL,SECT,,1 SECTYPE,3,BEAM,MESH, SECOFFSET,CENT,,,
某零件铸造过程热分析FINISH /FILNAME,Exercise14 ! 定义隐式热分析文件名 /PREP7 ! 进入前处理器 ET,1,SOLID70 ! 选择单元 MP,KXX,1,0.025 MP,DENS,1,0.054 MP,C,1,0.28 ! 定义砂模热性能 MPTEMP,,,,,,,, MPTEMP,1,0 MPTEMP,2,2643 MPTEMP,3,2750 MPTEMP,4,2875 MPDATA,KXX,2,,1.44 MPDATA,KXX,2,,1.54 MPDATA,KXX,2,,1.22 MPDATA,KXX,2,,1.22 MPTEMP,,,,,,,, MPTEMP,1,0 MPTEMP,2,2643 MPTEMP,3,2750 MPTEMP,4,2875 MPDATA,ENTH,2,,0 MPDATA,ENTH,2,,128.1 MPDATA,ENTH,2,,163.8 MPDATA,ENTH,2,,174.2 ! 定义铸钢的热性能 CYLIND,6,2,0,3,-15,15, wpoff,4 CYLIND,0.5,0,0,3,0,360, VSBV, 1, 2 WPA VE,0,0,0 CSYS,0 CYLIND,8,0,-2,5,-15,15, FLST,2,2,6,ORDE,2 FITEM,2,1 FITEM,2,3 VOVLAP,P51X VSEL,S,,,2
图一 V ATT,1,1,1,, ! 附砂模材料属性VSEL,S,,,3 V ATT,2,1,1,, ! 附铸钢材料属性VSEL,ALL ! 选择所有的体ESIZE,0.35,0, ! 定义单元划分尺寸MSHAPE,1,3D ! 设置自由划分单元类型VMESH,ALL ! 划分单元 图二 /SOLU