電容仿真的案例
干貨 | 基于ANSYS Q3D電容觸摸屏仿真分析介紹
電容式觸摸屏技術(shù)是利用人體的電流感應(yīng)進行工作的。電容式觸摸屏是一塊四層復(fù)合玻璃屏，玻璃屏的內(nèi)表面和夾層各涂有一層ITO（氧化銦錫），最外層是一薄層矽土玻璃保護層，夾層ITO涂層作為工作面，四個角上引出四個電極，內(nèi)層ITO為屏蔽層以保證良好的工作環(huán)境。
電容屏在原理上把人體當作一個電容器元件的一個電極使用，當有導(dǎo)體靠近與夾層ITO工作面之間耦合出足夠量容值的電容時，流走的電流就足夠引起電容屏的誤動作。廣泛應(yīng)用于智能手機、平板電腦等智能終端產(chǎn)品中。本文主要介紹如何使用ANSYS Q3D仿真電容式觸摸屏。
1.創(chuàng)建模型
可以使用ANSYS自身的建模功能建立電容屏模型，也可以導(dǎo)入第三方繪圖軟件繪制好的模型。在Q3D中創(chuàng)建好的觸摸屏和手指的三維模型如圖1所示，其橫截面如圖2所示。
圖1 電容觸摸屏仿真模型 圖2電容觸摸屏仿真模型橫截面
2.設(shè)置Nets
設(shè)置好的Nets如圖3和圖4所示。
展開 使用Q3D來仿真電容觸摸屏
來源： ANSYS電磁仿真
作者： liuzixiao925
基于COMSOL軟件電容器數(shù)值仿真 ￥800
<p>電容器是儲存電量和電能(電勢能)的元件。一個導(dǎo)體被另一個導(dǎo)體所包圍，或者由一個導(dǎo)體發(fā)出的電場線全部終止在另一個導(dǎo)體的導(dǎo)體系，稱為電容器。用字母C表示。定義1：電容器，顧名思義，是‘裝電的容器’，是一種容納電荷的器件。英文名稱：capacitor。電容器是電子設(shè)備中大量使用的電子元件之一，廣泛應(yīng)用于電路中的隔直通交，耦合，旁路，濾波，調(diào)諧回路， 能量轉(zhuǎn)換，控制等方面。定義2：電容器，任何兩個彼此絕緣且相隔很近的導(dǎo)體(包括導(dǎo)線)間都構(gòu)成一個電容器。</p><p>本案例基于COMSOL軟件的固體力學(xué)模塊、電學(xué)模塊以及流體模塊仿真了電容器內(nèi)PDMS材料結(jié)構(gòu)的位移和變形以及電容器的電勢的分布變化，幾何模型如圖1所示。仿真結(jié)果如圖2所示。
展開 AnsysWB直流母線電容DC Link電-熱耦合仿真 ￥30
DC-Link 薄膜電容是電動汽車電驅(qū)系統(tǒng)中的一個重要組成部分，在反復(fù)充放電的過程中會導(dǎo)致電容發(fā)熱，影響其使用壽命。
本文基于ANSYS 仿真軟件對某型號DC-Link 薄膜電容器進行溫度場分析，結(jié)果表明，在
高溫環(huán)境中，電容器芯子中心處為溫度最高點，而配備散熱器后，最高溫度點轉(zhuǎn)移至遠離散熱器的外殼處，散熱器能顯著降低芯子溫度。
1.基于某款實際電容產(chǎn)品簡化的3D模型
2.環(huán)境溫度85℃、帶TIM散熱膠及鋁合金散熱冷板
3.考慮直流輸入電流及紋波電流，芯包損耗發(fā)熱的電-熱耦合工況
4.電流、發(fā)熱量等數(shù)據(jù)為假設(shè)值，實際仿真以真實數(shù)據(jù)為準
5.模型可以為真實的DC Link熱仿真工作提供極具價值的參考。
展開 
一種比較符合實際的耦合電容模型分享
AC耦合電容是高速電路中出現(xiàn)概率很高的一種器件，也是SI仿真中值得研究的基本仿真模型之一。耦合電容的仿真模型，每個人都有自己不同的見解和看法，今天僅介紹一種我自己認為還比較符合耦合電容阻抗的一個HFSS模型。
通常的耦合電容仿真模型是差分線+電容封裝pad（0402或者0201）+RLC邊界（也有人用perfect E），如下圖，這種模型在速率小于10Gbps時，是沒有任何問題的，如果速率更高比如25Gbps，那么這種簡化的模型就存在一點問題，如果去實際測試TDR，你會發(fā)現(xiàn)仿真和實測阻抗數(shù)據(jù)會有4~5ohm的差異，這么大的差異就得去分析定位原因了。
通常PCB上的器件都會通過SMT進行表貼，手動焊接除外。在SMT之前會在PCB開窗的焊盤上刷上一層厚度均勻的錫膏，厚度為0.1mm（3.937mil），在過回流焊時，錫膏受到熱應(yīng)力的作用，會從均勻的矩形膨脹成半橢圓形，膨脹后的高度大概在0.12mm~0.14mm之間，當速率達到25Gbps后，這個錫膏的影響就必須考慮了。
另外，多層的MLCC陶瓷電容，我們是很難知道其背部的電極大小和數(shù)量信息的，這個時候只能根據(jù)實際測試的TDR值來反推一個簡化的block模型，我通常設(shè)定為一塊屬性為solder的長方體，尺寸參數(shù)化，根據(jù)實測數(shù)據(jù)來選定一個合適的值，下面為參考模型：
根據(jù)此模型做了一塊實驗PCB，仿真和實測TDR結(jié)果對比如下：從對比數(shù)據(jù)可以看出，該模型準確性還是可以的，跟實際的測試結(jié)果值相差最大1.25ohm（dx=dy=0)，其他幾種情況阻抗差異都在1ohm之內(nèi)。
展開 【ANSYS 培訓(xùn)視頻分享】在去耦電容優(yōu)化中如何考慮直流偏置與溫度的影響
在去耦電容優(yōu)化中如何考慮直流偏置與溫度的影響
（圖為視頻截圖）
視頻簡介：
去耦電容的優(yōu)化對電源完整性和電磁輻射的控制有巨大影響，而傳統(tǒng)的電容優(yōu)化仿真無法考慮電容直流偏置以及環(huán)境溫度對電容性能的影響的，因此在多電壓系統(tǒng)和高溫環(huán)境下無法準確評估系統(tǒng)的最終性能。
ANSYS SIWAVE中內(nèi)置的新電容模型，突破了傳統(tǒng)S參數(shù)模型的局限，結(jié)合SIWAVE本身的直流仿真結(jié)果和ANSYS ICEPAK的熱仿真結(jié)果，能夠自動展現(xiàn)對電容真實性能隨直流偏置和溫度變化的影響，從而幫助用戶在復(fù)雜場景下找到最佳的電容優(yōu)化策略。本流程除了可以結(jié)合ANSYS ICEPAK仿真的溫度分布，還支持由用戶指定電容的不同溫度狀態(tài)，從而在設(shè)計初期就實現(xiàn)快速評估。
觀看該視頻的兩種方法：
1. 點擊此處觀看。
2. 已綁定微信端的用戶，可點擊ANSYS公眾號菜單欄中的資訊中心>培訓(xùn)視頻查找觀看。
如果想要查看更多視頻：
1. 綁定微信號，關(guān)注ANSYS官方公眾號（ANSYS-China），點擊菜單欄中的資訊中心>培訓(xùn)視頻，按照提示的信息輸入即可，以后可免注冊觀看所有的視頻。
2.
展開 TRCX：TSP（觸摸屏）分析
TRCX提供了一種方便且高度靈活的算法來生成自適應(yīng)網(wǎng)格，該算法適用于分析TSP的電光特性，包括電位分布和電容計算。仿真區(qū)域根據(jù)生成的網(wǎng)格被劃分為單元區(qū)域，然后由分布式計算系統(tǒng)自動合并。
增程式電機控制器高效熱分析與研究
將IGBT功率模塊、散熱器、薄膜電容層疊式布局，散熱器處于中間位置，IGBT功率模塊固定在散熱器的上表面，其與散熱器接觸面縫隙涂抹導(dǎo)熱硅脂，薄膜電容設(shè)置在散熱器的底面，并與散熱器中間通過鋪設(shè)一層導(dǎo)熱墊實現(xiàn)無縫接觸。這樣就實現(xiàn)了一塊散熱器上下兩面同時對IGBT模塊底面和薄膜電容上表面間的冷卻散熱。
圖3為本文設(shè)計的散熱器結(jié)構(gòu)。散熱器本體由散熱器殼體和底板組成，散熱器殼體內(nèi)部分布有均勻排列的散熱PIN針，散熱底板通過攪拌摩擦焊的工藝固定在散熱器殼體的下表面，散熱底板兩端設(shè)有兩個圓孔分別作為散熱器的進水口和出水口。散熱器通過螺栓壓在箱體內(nèi)部進出水口上表面，連接部位通過O形圈實現(xiàn)平面密封，從而實現(xiàn)散熱器與箱體內(nèi)的水路貫通。圖4為控制器的冷卻系統(tǒng)散熱水道模型。
2控制器熱仿真與分析
本文設(shè)計的增程式二合一電機系統(tǒng)的額定功率為40kW，峰值功率為60kW，考核電容的溫升是額定工況下熱量累計的效果，而考核IGBT溫升則是在峰值工況下芯片的瞬時溫升最高。因此，為了研究該散熱器的冷卻性能，需要在額定工況下對電容進行熱仿真分析，在峰值工況下對IGBT內(nèi)部芯片進行熱仿真分析，仿真邊界條件:冷卻液為乙二醇與水1∶1的混合液，環(huán)境溫度105℃，入水口溫度為65℃，流量為8L/min。
仿真工況為額定工況，芯子紋波電流為69A(rms)，直流輸入有效值為117A，圖5為電容溫度分布。由圖5可見，電容輸入端銅排溫度最高為109.2℃，芯子最高溫度為99.6℃，小于使用過程中薄膜電容芯子耐溫105℃，可滿足長期使用需求。
控制器IGBT模塊仿真工況為峰值工況，圖6為IGBT內(nèi)部芯片溫度分布。
展開 Ansys發(fā)布HFSS網(wǎng)格融合功能，賦能整系統(tǒng)設(shè)計重新定義產(chǎn)品研發(fā)
全新突破性技術(shù)幫助工程師改進高端產(chǎn)品應(yīng)用設(shè)計，從自動駕駛到5G通信等場景
主要亮點
Ansys HFSS Mesh Fusion推出后，將幫助工程師完成超乎想象大規(guī)模問題的網(wǎng)格剖分和求解
HFSS Mesh Fusion助力復(fù)雜電磁系統(tǒng)實現(xiàn)快速全耦合仿真，從而降低研發(fā)成本，促進新一代產(chǎn)品開發(fā)，同時不影響設(shè)計質(zhì)量和精度
Ansys推出HFSS Mesh Fusion，幫助工程團隊完成比以往更大規(guī)模設(shè)計的網(wǎng)格剖分和求解，推動復(fù)雜電磁系統(tǒng)實現(xiàn)快速全耦合仿真，從而減少研發(fā)費用，加快前沿產(chǎn)品的研發(fā)，同時不影響設(shè)計質(zhì)量和精度。
仿真電容傳感器陣列的觸屏電視面板的電磁干擾室輻射
現(xiàn)代電子產(chǎn)品與過去相比，精密程度進一步提高，具有更高密度、更低電壓裕量和更先進的工藝。為了實現(xiàn)創(chuàng)新，工程師必須在實現(xiàn)更小外形尺寸的同時提升功能，保持甚至降低功耗。隨著這些設(shè)計的難度不斷增大，工程師必須解決組件之間以及整個系統(tǒng)之間的復(fù)雜相互作用，這對于科技前沿的人工智能機器學(xué)習、自動駕駛汽車、5G通信、高性能計算和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)等應(yīng)用都至關(guān)重要。
Ansys 在HFSS 2021 R1版本中推出HFSS Mesh Fusion，幫助工程師將集成電路（IC）、封裝、連接器、印刷電路板、天線和平臺整合在統(tǒng)一的Ansys HFSS設(shè)計中，以預(yù)測電磁相互作用。HFSS Mesh Fusion通過在組件級應(yīng)用最佳網(wǎng)格剖分技術(shù)，并可跨核心、集群或在Ansys? Cloud?中運行，突破了以前的障礙。隨后，創(chuàng)新型求解器技術(shù)將提取全耦合、無損、全波的電磁矩陣。
展開 Ansys發(fā)布HFSS網(wǎng)格融合功能，賦能整系統(tǒng)設(shè)計重新定義產(chǎn)品研發(fā)
全新突破性技術(shù)幫助工程師改進高端產(chǎn)品應(yīng)用設(shè)計，從自動駕駛到5G通信等場景
主要亮點
Ansys HFSS Mesh Fusion推出后，將幫助工程師完成超乎想象大規(guī)模問題的網(wǎng)格剖分和求解
HFSS Mesh Fusion助力復(fù)雜電磁系統(tǒng)實現(xiàn)快速全耦合仿真，從而降低研發(fā)成本，促進新一代產(chǎn)品開發(fā)，同時不影響設(shè)計質(zhì)量和精度
Ansys推出HFSS Mesh Fusion，幫助工程團隊完成比以往更大規(guī)模設(shè)計的網(wǎng)格剖分和求解，推動復(fù)雜電磁系統(tǒng)實現(xiàn)快速全耦合仿真，從而減少研發(fā)費用，加快前沿產(chǎn)品的研發(fā)，同時不影響設(shè)計質(zhì)量和精度。
仿真電容傳感器陣列的觸屏電視面板的電磁干擾室輻射
現(xiàn)代電子產(chǎn)品與過去相比，精密程度進一步提高，具有更高密度、更低電壓裕量和更先進的工藝。為了實現(xiàn)創(chuàng)新，工程師必須在實現(xiàn)更小外形尺寸的同時提升功能，保持甚至降低功耗。隨著這些設(shè)計的難度不斷增大，工程師必須解決組件之間以及整個系統(tǒng)之間的復(fù)雜相互作用，這對于科技前沿的人工智能機器學(xué)習、自動駕駛汽車、5G通信、高性能計算和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)等應(yīng)用都至關(guān)重要。
Ansys 在HFSS 2021 R1版本中推出HFSS Mesh Fusion，幫助工程師將集成電路（IC）、封裝、連接器、印刷電路板、天線和平臺整合在統(tǒng)一的Ansys HFSS設(shè)計中，以預(yù)測電磁相互作用。HFSS Mesh Fusion通過在組件級應(yīng)用最佳網(wǎng)格剖分技術(shù)，并可跨核心、集群或在Ansys? Cloud?中運行，突破了以前的障礙。隨后，創(chuàng)新型求解器技術(shù)將提取全耦合、無損、全波的電磁矩陣。
展開 電機控制器技術(shù)及趨勢-新能源
電機控制器熱設(shè)計
整車實際運行環(huán)境復(fù)雜，工況比較惡劣，對熱設(shè)計提出很高要求：
仿真試驗需要多層次：
系統(tǒng)級（主要側(cè)重于控制器系統(tǒng)級的熱包括水道設(shè)計合理性以及控制級內(nèi)部環(huán)溫仿真，系統(tǒng)級仿真包括模塊級的模型）
模塊級（關(guān)鍵部件模型電容，銅牌的仿真，通過密度、熱流密度從而仿真電容的溫度）
單板級 （仿真單板環(huán)境溫度、單板上關(guān)鍵零件散熱，目的是為了精確單板某個關(guān)鍵器件的散熱，比如單板放了一些關(guān)鍵電阻。若前期做了單板的仿真，可以更快做設(shè)計上面的精確設(shè)計）
芯片級（IGBT、主功率模塊仿真，IGBT是模塊控制器核心，如何發(fā)揮IGBT最大能力，取決于IGBT芯片級仿真的準確度）
試驗需滿足高精度：進行多輪次試驗試驗仿真閉環(huán)，散熱器偏差±3℃
復(fù)雜工況仿真：額定、過載典型工況仿真、堵轉(zhuǎn)特殊工況仿真、周期性負載、非線性負載確定控制器最大的能力。
二、電控系統(tǒng)效率優(yōu)化技術(shù)
電控系統(tǒng)效率提升1%，對整車經(jīng)濟性以及重量都很有優(yōu)勢，效率優(yōu)化技術(shù)包括載頻動態(tài)調(diào)整、DPWM發(fā)波技術(shù)、過調(diào)制技術(shù)、廣域高效HSM電機。
2.1、載頻動態(tài)調(diào)整技術(shù)
電控系統(tǒng)最主要的損耗來源是逆變器部分，逆變器損耗70%來自開關(guān)部分。
從開關(guān)損耗角度降低，研究了載頻動態(tài)調(diào)整技術(shù)。
展開 
電源完整性仿真與EMC分析
考慮引線與過孔的影響，可以推算出電容加上兩端引線和過孔的阻抗－頻率響應(yīng)曲線，如圖1－10所示：
圖1－11反映了有引線/過孔的電容（綠色曲線）和無引線/過孔電容（紅色曲線）的阻抗－頻率特性的比較，可以看出電容的諧振點有向下漂移的趨勢。
4、電源完整性分析軟件對電容分布參數(shù)的計算：
使用SIWAVE也可以分析出電容的引線及過孔的電感對諧振點的影響，將上面的例子轉(zhuǎn)換成siw文件，加入上述參數(shù)的電容（NPO 1000pf），設(shè)定PORT，得到如圖1－12的阻抗-頻率曲線。
從圖1－12可以看出：SIWAVE計算阻抗時已經(jīng)考慮了引線及過孔的影響，1000pf電容的諧振點已經(jīng)由225MHz向下漂移到150MHz左右。
【仿真電容問題總結(jié)】
1） 電容的建模問題是PI仿真非常重要的一步，電容廠家很多，參數(shù)不一致，影響PI仿真結(jié)果的準確性。一般國內(nèi)的電容廠家的ESL/ESR值很難提供，可以借助于儀器測量得到參數(shù)；
2） 在PCB上完成電容引線時，應(yīng)該以最小ESL為原則，如：加粗引線，加大過孔等，盡量減小分布電感對諧振點的影響；
3） 可以適當采用電容組合；
4） 對高頻段采用小電容要慎重，以防引線/過孔電感造成實際諧振點的向低漂移與產(chǎn)生新的諧振點（反諧振），高頻段應(yīng)該以改進與優(yōu)化PCB設(shè)計為原則。
展開 多熱算過熱？細數(shù)受熱性能劣化二三事
當設(shè)計人員把電解電容器布置在靠近熱組件時，標準的使用壽命公式甚至也不適用，因為電容器上的溫度分布不均勻可能導(dǎo)致性能加速劣化和壓力增大，從而造成破裂。
陶瓷電容器的受熱性能劣化
需要開展受熱性能劣化分析以判斷陶瓷電容器在PCB上的布局位置是否可行
陶瓷電容器的制造商已經(jīng)大幅提高了其產(chǎn)品的電容量，這種改進需要增加陶瓷電容器的介電層數(shù)量，同時減少介電層厚度。但是，電壓無法跟上陶瓷電容器介電層的厚度變化，造成介電層上的電場顯著增強。
加速測試的組合表明，在40 C（104 F）和3.3 VDC條件下運行的各種陶瓷電容器類型（0603/10 uF/6.3 V/X5R）在10年后可能出現(xiàn)2%的故障率。2%看似不大，然而一旦考慮到您在設(shè)計中使用的所有陶瓷電容器，仿真便成為解決這一問題的理想方案。
薄膜電容器的受熱性能劣化
薄膜電容器可能因兩種機制發(fā)生故障，每一種都對溫度敏感：
部分放電
介電材料脆化
遺憾的是，目前沒有任何公式能有效地區(qū)分兩種截然不同的故障機制產(chǎn)生的影響。預(yù)測薄膜電容器使用壽命的典型方法是根據(jù)IEC 60384-16標準的耐久性測試來推斷的，然而仿真能提高壽命預(yù)測的精度。
薄膜電容器的使用壽命是迄今為止對電壓變化最為敏感的。
展開 仿真電路為何會‘卡住’
（轉(zhuǎn)）
引言
仿真 ，模擬電路實際工作的情況，幫助工程師在設(shè)計前期分析電路 ，驗證電路設(shè)計是否符合預(yù)期，不僅可以修正錯誤的設(shè)計思路，也能為新的設(shè)計思想提供原理級別的驗證，避免了由于電氣設(shè)計錯誤造成的成本 、時間和人力的浪費，從而減少研發(fā)成本，提升設(shè)計品質(zhì)，提高在同類產(chǎn)品中的競爭力。
仿真的關(guān)鍵——收斂性、速度和精度
仿真電路必須遵循的規(guī)則：
每個電路里至少要有一個參考地；
每個節(jié)點都要有到地的直流通道，如：兩個電容串聯(lián)后形成的節(jié)點就沒有到地的直流通道，像這種浮動的節(jié)點，可以通過添加一個大的電阻接在此節(jié)點和地之間，或給電容設(shè)一個初始電壓來解決。注：電感即使有設(shè)置初值，但由于在進行直流偏置點分析時是將電感當作一個恒定的電流源來對待的，因此也是沒有到地的直流通道的，如果使用一個大電阻來提供變壓器繞組到地的直流通道，推薦在此電阻兩端并聯(lián)一個小電容來改善時域仿真的收斂性，最好是個具有實際電路中的真實值的電容；不能在仿真電路中形成一個由電壓源、沒有初值的電感或有初值的電容組成的零電阻的環(huán)。如果存在此情況，可給電感賦初值或在此環(huán)路中加一小電阻，最好是實際電路中的阻值，如實際的電感繞組阻值，而不要采用一個不切實際的小的值（可能會導(dǎo)致收斂性問題）。
主要內(nèi)容
仿真器常采用迭代法來進行時域和直流分析。一般來說，迭代法會從一個初始的猜測值開始計算一組等式，從而導(dǎo)出一個更接近最終結(jié)果的 估 算 值 ，此 過 程 不 斷 重 復(fù) 直 到 得 到 一 組 在 允 許 的 誤 差 范 圍 內(nèi) 的 結(jié) 果 。SPICE 類的仿真器常采用牛頓迭代法來計算電路，一般情況下是可以快速收斂的，但是也會在某些情形下出現(xiàn)仿真速度非常慢，甚至最終完全不能收斂的現(xiàn)象。
展開 電容器 | 一文詳解MOM、MIM和MOS及其區(qū)別
MOS電容器的電容值取決于施加在柵極上的直流電壓。變化的電壓會改變柵極的耗盡區(qū)，從而改變介電屬性，進而改變電容。MOS電容器在本地電源去耦應(yīng)用中尤其有用，在這種應(yīng)用中，直流電壓保持恒定。
金屬-氧化物-半導(dǎo)體電容器的優(yōu)勢
與MIM電容器相比，單位面積電容更高
柵極絕緣體（SiO2）更薄
金屬-氧化物-半導(dǎo)體電容器的缺點
電容變化顯著，限制了其工作電壓范圍
下極板的寄生電阻會影響性能
金屬-氧化物-半導(dǎo)體電容器的應(yīng)用
IC
模擬電路
電壓參考電路
可調(diào)濾波器
MOM、MIM和MOS比較
利用仿真提取電容
MOM電容器是一種復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，其體積相當大，由許多超薄 “手指” 結(jié)構(gòu)組成。這些電容器極易受到布局相關(guān)效應(yīng)（LDE）的影響而變形。因此，必須對LDE進行精確建模，以確保計算出MOM電容器的準確模型。在整體布局環(huán)境中對MOM電容器進行建模，使設(shè)計人員能夠預(yù)測它們與電路其余部分之間的電容耦合，這對于敏感應(yīng)用至關(guān)重要。然而，使用傳統(tǒng)的電磁（EM）求解器并不總能實現(xiàn)這種精度水平。因此，設(shè)計人員通常選擇將MOM電容器視為分立組件，并將其模型直接連接到測試臺進行仿真。
制造MIM電容器是一項更大的挑戰(zhàn)，因為在制造過程中需要額外的掩膜層。技術(shù)文件中會引入專用的MIM層，以定義和設(shè)計MIM電容器。在完整布局環(huán)境中對完整的MIM結(jié)構(gòu)進行建模，對于預(yù)測電容精度至關(guān)重要。
MOM和MIM電容器廣泛應(yīng)用于集成電路，尤其是RF和模擬應(yīng)用，而使用仿真軟件對這些電容器進行準確建模，對于確保電容精度和滿足布局方面的匹配要求至關(guān)重要。Ansys RaptorH能夠提取所有無源器件以及任意布線布局（無論是成熟設(shè)計還是正在開發(fā)中的布局）的電磁模型。
展開 