浅谈PCB电磁场求解方法及仿真软件

，TLM和FI能够仿真的电尺寸最大，其次是FD，再者为FEM，最后是MoM和BEM。若对于金属凸结构而言，MLFMM则是能够仿真电尺寸最大的全波算法。

时域算法的固有优势在于它非常适用于超宽带仿真。电磁兼容本身就是一个超宽带问题，如国军标GJB151A RE102涉及频段为10kHz直至40GHz六个量级的极宽频带。另外，对于瞬态电磁效应的仿真，如强电磁脉冲照射下线缆线束上所感应起来的瞬态冲击电压的仿真，采用时域算法是自然、高效、准确的。

3、2D求解器

2D求解器是最简单和效率最高的，只适合简单应用。例如，2D静态求解器可以提取片上互连线横截面的电容参数。2D准静态求解器可以提取均匀多导体传输线横截面上单位长度低频RLGC参数。2D全波求解器可以提取均匀多导体传输线横截面上的全频RLGC参数。典型的2D全波计算方法有：2D边界元法、2D有限差分法、2D有限元法。

4、2.5D求解器

2.5D的概念是20世纪80年代Rautio在美国雪城大学攻读博士期间提出的，当时他在Roger教授手下做GE电子实验室支助下做平面MOM算法的研究。在那个年代，人们只有2D电流（XY方向）和3D电磁场的概念。GE电子实验室的人比较关注电流，称其为2D，而Roger教授关注是电磁场，并称之为3D的。Rautio和这两个团队都有合作，当时，他正在读一本关于分形理论的书，书里清晰定义了分维度的概念，于是，Rautio得到启发，提出2.5D的概念，这也是分形维度理论第一次被用到电磁场领域。

"2.5D solver"的意思是，这个solver使用的是全波公式，公式中包含多层介质中的6个电磁场分量（XYZ方向电场E和XYZ方磁场H），以及2个传导电流分量（如X和Y方向）。其利用多层介质的全波格林函数，采用矩量法的步骤，将一个3D问题缩减为金属表面问题。这样就不需要对整个三维空间划分网格，只需要在金属表面划分网格即可。此外，2.5D意味着传输线的金属厚度被忽略，这种做法对线宽大于金属厚度的平面电路结构（PCB应用）可以很好地近似，甚至可以说半解格林函数的精度在计算多层介质结构方面比一般3D solver还要高。

考虑了金属厚度并包含Z方向传导电流的2.5D solver称作为3D平面算法。这里的3D的意思是这个solver可以用作多层介质的公司来求解一些3D结构，比如传输线或者过孔。但是Bondwire是不可以用这种方法来做的，全波意味着辐射被考虑在公式里面，或者说，置换电流分量被考虑在Maxwell方程组里面。

2.5D TEM求解器适合用于结构中以TEM模式为主的情况，即在电磁场传播方向没有电场和磁场分量，工作频率比较低的电源平面对结构符合这一情况。但是，3D效应，共平面设置或缺少参考平面的设计都会降低这种方法的精度。

2.5DBEM/MOM求解器是一种全波求解器，它基于边界元法或矩量法公式，利用层状介质格林函数来求解，通常假设介质层数无穷大的平面。但是，对于封装和封装-电路板连接处存在的3D边缘效应，3D几何结构和有限大介质层精度不高。代表软件Ansys Designer，MicroWave Office，IE3D,  Feko，Sonnet。

5、3D求解器

3D准静态求解器适合芯片-封装-电路板系统中出现大多数3D结构，但对低频有效，高频结果误差较大，如果结构较大，计算时间会很长，消耗内存也比较大。

3D全波求解器是最能准确模型实际情况的求解器。它可以模拟RF、SI、PI、EMI等所涵盖的所有效应，典型的3D全波求解器有：边界元法（Si9000）、有限差分法（CST、Keysight EMpro/FDTD）和有限元法(Ansys HFSS、Keysight Empro/ FEM)。

基于以上计算方法和行业的代表商业软件有：

Ansys Siwave

是专门最大封装和PCB的信号完整性和电源完整性分析平台，使用电路和全波电磁场的混合求解器，可以完成直流分析，交流分析和电磁辐射分析。SIWAVE

使用优化后的三维电磁场有限元求解技术，适合精确快速分析大规模复杂电源，地平面的PCB和封装设计。

Cadence Sigrity

Cadence Sigrity采用多种混合算法，包括电磁场（EM）求解器，传输线(TLM)求解器，电路(SPICE)求解器, 如板间主电磁场采用FEM有限元法（POWER SI）或FDTD时域有限差分法（SPEED2000）,传输线采用矩量法，非理想回路和过孔采用局部三维等效法，板边辐射采用边界元法等。

随着系统数据率进入了Gbp