器件建模
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時(shí)間：2026-01-05
器件建模的視頻教程
多導(dǎo)體系統(tǒng)及功率器件寄生參數(shù)計(jì)算與電路分析應(yīng)用
多導(dǎo)體系統(tǒng)及功率器件寄生參數(shù)計(jì)算與電路分析應(yīng)用會(huì)議包括 1.基于SimLab PE的導(dǎo)體阻抗參數(shù)計(jì)算； 2.基于PSIM的功率器件電路建模與分析應(yīng)用。點(diǎn)擊參會(huì)
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Sherlock助力快速精準(zhǔn)提升電子產(chǎn)品壽命
電子元器件在受振動(dòng)后會(huì)不會(huì)發(fā)生斷裂失效，會(huì)滿足多少次振動(dòng)循環(huán)？這對于電子工程師而言，都是很難在實(shí)際試驗(yàn)測試前給與明確答案的...... 當(dāng)然，借助ANSYS Mechanical 等有限元軟件，我們可以進(jìn)行準(zhǔn)確的有限元分析和壽命預(yù)測。但系統(tǒng)級別電子器件的建模、材料模型獲取、網(wǎng)格剖分、壽命預(yù)測都會(huì)花費(fèi)大量時(shí)間，這可能會(huì)花上好幾周乃至上月時(shí)間。這在產(chǎn)品迭代很快的電子行業(yè)，顯然是不可接受的。
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器件建模的實(shí)例教程
實(shí)際上即使相同的封裝類型、封裝尺寸，不同的生產(chǎn)商所產(chǎn)出的器件都是不一樣的，而我們用簡單的集中參數(shù)法的一個(gè)塊模型來代替一種封裝類型的器件，其精度不言而喻。不過大體來說，這種建模方式的精度在70%~~90%之間。但并不能說這種建模方式的精度低，我們就盡量少用。實(shí)際上對熱設(shè)計(jì)工程師而言，尤其是做系統(tǒng)級仿真的工程師來說，使用這種器件建模方式往往一種比較理想的方式。
首先，這種建模方式簡單，網(wǎng)格數(shù)比較少。
其次，對于整個(gè)系統(tǒng)來說，器件模型的簡化并不影響整個(gè)系統(tǒng)的熱流場，對于系統(tǒng)設(shè)計(jì)來說，我們重要的設(shè)計(jì)一個(gè)良好的熱流系統(tǒng)，使系統(tǒng)中不存熱點(diǎn)、不存在回流以及整個(gè)系統(tǒng)具有較小的阻力。那么塊模型建模方式是完全可以滿足我們的需求的。
最后，回到器件精度上考慮，實(shí)際上我們所做的系統(tǒng)往往都是比較復(fù)雜的，也就是相對一個(gè)器件來說，這個(gè)器件只是整個(gè)系統(tǒng)的一小部分，其自身的誤差也許在孤立的環(huán)境下非常大，但當(dāng)它融入一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)后，由于環(huán)境之間的互相影響，以及熱流通道的增多，它的相對誤差就會(huì)大幅度降低。就如一個(gè)裸器件的詳細(xì)模型和塊模型分別安裝在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的自然散熱的JEDEC環(huán)境中時(shí)，其誤差可能非常之大，但是你只要給他們分別裝上散熱片，器件溫度誤差就會(huì)縮小，這就是因?yàn)橛绊懫渖岬囊蛩卦龃螅渥陨淼哪Ｐ偷恼`差相對其他環(huán)境因素變小了。
展開 通過該課程你可掌握LED器件光功率和熱功率的計(jì)算；常規(guī)封裝芯片的Icepak參數(shù)化建模和SpaceClaim建模過程；封裝熱測試標(biāo)準(zhǔn)JEDEC JESD 51以及封裝熱模型Delphi和降階模型的提取。
l非線性效應(yīng)是在時(shí)域中建模的。在最簡單的情況下，我們只具有瞬時(shí)非線性（克爾效應(yīng)），而忽略了自陡化。這會(huì)導(dǎo)致自相位調(diào)制（SPM），即隨時(shí)間變化的光功率與隨時(shí)間變化的相位變化成比例：
l也可以引入延遲非線性響應(yīng)，其中某一時(shí)間復(fù)振幅的變化也可以依賴于之前所有時(shí)間的光功率：
其中
是是Dirac delta函數(shù)（表示瞬時(shí)響應(yīng)），
是給定的拉曼響應(yīng)函數(shù)（歸一化所以時(shí)間積分為1），
指定延遲非線性響應(yīng)的相對強(qiáng)度。
描述了自變陡的效應(yīng)，在某些情況下可以省略，以提高計(jì)算速度。當(dāng)忽略非線性響應(yīng)的延遲部分，也可以建立自陡峭模型。
當(dāng)前脈沖
軟件存儲(chǔ)一個(gè)當(dāng)前脈沖，它以各種方式相關(guān)：
有多種功能定義起始脈沖，例如，具有給定參數(shù)的高斯脈沖，或具有任意時(shí)間或光譜分布的脈沖。這些功能設(shè)置上述當(dāng)前脈沖。
進(jìn)一步的功能可以讓當(dāng)前脈沖通過一些光學(xué)元件（例如一根光纖）傳播，但也可以模擬各種其他類型的元件，例如光譜濾波器和可飽和吸收器。應(yīng)用此功能后，通常會(huì)修改當(dāng)前脈沖。可以使用后續(xù)函數(shù)調(diào)用來模擬任何光學(xué)元件序列的效果。
該軟件提供了各種傳遞當(dāng)前脈沖特性的功能，如脈沖能量、峰值功率、持續(xù)時(shí)間、帶寬等。
對于模擬鎖模光纖激光器中的脈沖形成，通常會(huì)執(zhí)行以下操作：
定義一個(gè)啟動(dòng)脈沖，這是對激光器諧振腔中某個(gè)位置的穩(wěn)態(tài)預(yù)期脈沖的第一個(gè)粗略估計(jì)——典型地是在輸出耦合鏡之前。
定義一個(gè)函數(shù)，它應(yīng)用脈沖在整個(gè)諧振腔往返過程中所經(jīng)歷的所有效應(yīng)。多次調(diào)用該函數(shù)，并可能在每次往返后保存脈沖，以便以后調(diào)用脈沖參數(shù)的演變。為了在任意次數(shù)的往返后獲得輸出脈沖，可以調(diào)用存儲(chǔ)的內(nèi)部脈沖，并在傳輸中應(yīng)用輸出耦合鏡的作用。
脈沖通過光纖傳播
光纖只是在軟件中許多可能的傳輸脈沖的光學(xué)元件中的一種。也可以定義多段光纖，并通過其中任何一段來傳播脈沖。
展開 建模原理
本節(jié)解釋基礎(chǔ)物理模型的基本概念，以及數(shù)據(jù)是如何組織的。
光纖的基礎(chǔ)方面：步長
縱向
模型總是考慮長度為L的單個(gè)有源光纖。沿光纖的位置具有z坐標(biāo)特點(diǎn)，從0到L變化。用戶定義一些步數(shù)Nz，數(shù)值上光纖由Nz段長為
。軟件計(jì)算位置為
處的光功率和電子能級粒子束，其中指數(shù)j從0到Nz變化。
當(dāng)決定z方向的步數(shù)，應(yīng)當(dāng)考慮以下方面。
為獲取高精度，步長尺寸應(yīng)當(dāng)很小以至于每一個(gè)有關(guān)的光信道在每一步的信號增益或損耗低于0.5dB。比如，一個(gè)信號增益為30dB的光放大器，至少應(yīng)該有60步，為了高精度最好100步。（建議保留一些保護(hù)區(qū)，因?yàn)樵诠饫w的某些部分增益可能更大。）
檢查當(dāng)雙倍步數(shù)時(shí)結(jié)果是否改變。
所需的計(jì)算時(shí)間隨步數(shù)而增加。大多數(shù)情況下，計(jì)算時(shí)間不是嚴(yán)格的方面。但是，值得試一試更小步數(shù)以防需要高橫向分辨率或大數(shù)量光信道。
任何與z相關(guān)的計(jì)算量都將在網(wǎng)格點(diǎn)之間進(jìn)行線性插值。如果這些步長線性特性在某些生成的圖中變得明顯，這表明所選的步長數(shù)目可能太小。
該模型的一個(gè)一般假設(shè)是摻雜濃度在z方向是恒定的。請注意，可以選擇不同的縱向步長來模擬超短脈沖傳播。
橫向：環(huán)和方位角
模型也包括橫向相關(guān)的參雜分布和光強(qiáng)度。用戶定義半徑逐漸增大的一個(gè)或多個(gè)環(huán)。環(huán)的指數(shù)k從1變化到Nr。右圖中顯示3個(gè)環(huán)的例子。
第一個(gè)環(huán)是半徑為r1的圓，第二個(gè)是從r1到r2，第三個(gè)是從r2到r3。與每個(gè)環(huán)一起，用戶定義第一類激光活性離子的摻雜濃度。稍后可以定義所有環(huán)中其他離子的摻雜濃度。
在每個(gè)環(huán)中，假設(shè)參雜濃度是一個(gè)常數(shù)。使用光強(qiáng)度的平均值。這些是由給定的強(qiáng)度分布，用環(huán)內(nèi)多個(gè)值計(jì)算的。為了獲得更精細(xì)的徑向分辨率，可以進(jìn)一步分割一些環(huán)，即使一些環(huán)有相同的參雜濃度。
上圖顯示了一個(gè)摻雜分布的例子，同樣有三個(gè)“環(huán)”，以及一些光信道的模式強(qiáng)度分布。
展開 導(dǎo)致反向傳播波的背反射（例如在折射率不連續(xù)處）無法建模。
波只在激光增益的情況下相互作用，例如通過增益飽和。
只考慮一個(gè)極化方向，即使用標(biāo)量（而不是矢量）模型。
由于內(nèi)存限制，網(wǎng)格點(diǎn)的數(shù)量（見下文）必須受到限制。但是，可以在不保存局部振幅的情況下執(zhí)行子步驟，并且可以這樣對非常大的網(wǎng)格進(jìn)行建模。
對于非常大的網(wǎng)格，計(jì)算時(shí)間可能相當(dāng)長，例如對于具有高數(shù)值孔徑的長光纖。
光束傳播仿真不能直接與激光和放大器模型、反向傳播波和超短脈沖傳播相結(jié)合。然而，當(dāng)然可以交換數(shù)據(jù)，例如，使用來自光束傳播仿真的光束分布作為光纖放大器模型的輸入。
使用的算法
光束傳播仿真有很多不同的算法。RP Fiber Power采用分步傅立葉算法。這里，光場沿Z方向向前傳播，如下所示：
首先，將場轉(zhuǎn)化為空間傅立葉域。在這里，考慮衍射效應(yīng)的相位因子被應(yīng)用。（假設(shè)一個(gè)平均折射率的波矢量）然后，場被轉(zhuǎn)換回空間域。
之后，在空間域中應(yīng)用相位因子，考慮到折射率的不均勻性（例如，光纖纖芯的折射率增加）。l最后，將激光增益（或吸收）應(yīng)用于具有激光活性離子的情況，如果光纖是非線性的，則應(yīng)用非線性變化。所有這些都是在空間域中完成的。
只要z步長足夠小，這種方法的精度就很好，因?yàn)閷?shí)際上衍射和空間相位變化的影響在空間中是連續(xù)分布的。對于折射率對比度較小的光纖和其他波導(dǎo)，z步長可以相對較大，在許多情況下，遠(yuǎn)大于波長。有關(guān)所需步長大小的更多詳細(xì)信息如下。
所使用的算法自然地暗示了周期性邊界條件：波碰到數(shù)值網(wǎng)格的邊緣時(shí)，可以在對面重新進(jìn)入網(wǎng)格。然而，這種行為可以改變（見下文）。
請注意，對于銳利折射率跳躍（階躍折射率分布），數(shù)值誤差可能會(huì)增加。因此，將階躍函數(shù)替換為高階超高斯函數(shù)是有益的，它提供了一個(gè)稍微平滑的折射率過渡（在幾個(gè)數(shù)值網(wǎng)格點(diǎn)內(nèi)）。這可能更現(xiàn)實(shí)，因?yàn)檎嬲墓饫w通常具有平滑的過渡。
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器件建模的最新內(nèi)容
內(nèi)容簡介：本報(bào)告聚焦電力電子變換系統(tǒng)全流程設(shè)計(jì)痛點(diǎn)，深度剖析傳統(tǒng)設(shè)計(jì)模式在效率、精度與迭代周期上的局限，圍繞功率器件精準(zhǔn)建模與電路仿真、機(jī)械應(yīng)力與多物理場熱力學(xué)仿真、電磁場耦合聯(lián)合仿真等前沿?cái)?shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)，系統(tǒng)探究電力電子系統(tǒng)正向高效智能化設(shè)計(jì)路徑。
VirtualLab Fusion技術(shù)能夠通過應(yīng)用我們獨(dú)特的物理光學(xué)方法對這些器件進(jìn)行詳細(xì)的建模，其中包括所有感興趣的影響因素（如相干性、偏振和衍射）。
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3月27日 | PIN 仿真與參數(shù)提取
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該模型充分依托 OAS 的幾何光學(xué)與波動(dòng)光學(xué)跨尺度仿真能力，從器件建模到性能驗(yàn)證實(shí)現(xiàn)全流程數(shù)字化設(shè)計(jì)。
案例設(shè)置與操作
模型構(gòu)建
借助 OAS 的實(shí)體建模功能，導(dǎo)入波導(dǎo)系統(tǒng)核心參數(shù)，耦入光柵采用方波結(jié)構(gòu)，EPE 元件定義為梯形截面，耦出光柵采用閃耀結(jié)構(gòu)；同時(shí)調(diào)用 OAS 內(nèi)置光源庫，設(shè)置兩路高斯光束光源，模擬實(shí)際應(yīng)用中的信號入射條件。
它里面有好多封裝好的電源IC底層數(shù)模邏輯控制模塊，還有專門針對電源應(yīng)用的器件建模、分析模組。再加上MATLAB那些工具，能做很復(fù)雜的建模和數(shù)理分析。不過呢，這軟件仿真速度有點(diǎn)慢。但它精度高，要是做那種有復(fù)雜數(shù)字控制和邏輯功能的電源系統(tǒng)仿真，選它就對了。
Pspice：
這是美國加州大學(xué)弄出來的電路分析仿真軟件，能模擬各種電源電路。
圖2-3 DSP器件建模布局和翹曲模擬示意圖
建模示意圖和實(shí)物圖如下圖所示。
VirtualLab Fusion技術(shù)能夠通過應(yīng)用我們獨(dú)特的物理光學(xué)方法對這些器件進(jìn)行詳細(xì)的建模，其中包括所有感興趣的影響因素（如相干性、偏振和衍射）。我們通過建立一個(gè)簡單的“HoloLens 1”型（1D-1D出瞳放大器）布局模型來演示這種能力，該設(shè)備能夠在32°×18°的視場下引導(dǎo)光傳輸。
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