Ansys agregó recientemente los productos Nuhertz FilterSolutions a su cartera, lo que permite a su base de clientes crear filtros de RF muy rápidamente. Este nuevo producto ayuda a los ingenieros a diseñar, sintetizar y optimizar. RFmicroondas y filtros digitales para reducir los costos de desarrollo, acelerar el tiempo de comercialización y optimizar el rendimiento del producto.
El proceso de trabajo de Nuhertz FilterSolutions inicia la entrada de las especificaciones de rendimiento del filtro. La herramienta utiliza esta especificación para sintetizar tanto el diseño de filtro ideal como la realización del diseño de filtro físico. También configura automáticamente el análisis y la optimización de filtros en Ansys HFSS, un software de simulador electromagnético (EM) de alta frecuencia 3D.
El diseño de filtros siempre ha sido una tarea muy compleja y difícil, que generalmente requiere a alguien con experiencia y una formación sólida. Esto es cierto, por ejemplo, para diseños de filtros de microondas y ondas milimétricas de alto rendimiento que requieren experiencia para sintetizar el diseño del filtro. Además, los filtros de RF y microondas pueden estar sujetos a acoplamiento cruzado electromagnético (EM), que a menudo es la fuente de imprecisiones en los enfoques de modelado de circuitos tradicionales. Sin embargo, incluso el software EM puede resultar inadecuado para la optimización de filtros de alto orden. Este objetivo se puede lograr mediante la producción de primeros prototipos de diseño precisos con mayor rapidez.
Los diseños de filtros imprecisos inevitablemente requieren pasos de ajuste largos y costosos que deben realizarse directamente en el banco. La situación suele empeorar cuando las tolerancias de los componentes no se consideran adecuadamente. Un buen enfoque basado en CAE puede proporcionar diseños sin afinaciones que son independientes de las tolerancias de fabricación y de los componentes.
Shawn Carpenter, gerente de productos de Nuhertz FilterSolutions en Ansys, dijo: “Tomar este producto Nuhertz FilterSolutions y usarlo como interfaz de nuestro software ANSYS HFSS, una suite de simulación electromagnética, proporciona herramientas que nos permiten diseñar, sintetizar, probar virtualmente, ajustar y optimizar nuestros filtros para cumplir con las tolerancias de fabricación”.
Especialmente útil para los usuarios novatos es la interfaz FilterQuick (consulte la Figura 1). Esto permite que incluso los usuarios no expertos diseñen y sinteticen filtros rápidamente, con todos los controles disponibles en un solo panel. Luego, el diseño se puede enviar a HFSS para su verificación.
Figura 1: Interfaz FilterQuick
Nuhertz FilterSolutions es una herramienta de modelado y simulación cuyas principales ventajas se pueden resumir en las siguientes:
- Automatice el diseño de filtros y sintetice la construcción de filtros candidatos
- Creación de prototipos virtuales de filtros con simulación física precisa
- Ayuda a evaluar el rendimiento, las tolerancias del proceso y los efectos relacionados, como pérdida eléctrica, calentamiento, deformación mecánica y tensión.
“Nuestra nueva herramienta se puede utilizar sin múltiples etapas de prototipo cuando se está bajo presión de tiempo, como una empresa comercial, o en algún tipo de investigación financiada bajo presión para llegar a un diseño de filtro. Ayuda cuando desea un diseño de filtro validado que pueda construye rápidamente”, dijo Carpenter.
diseño de filtro
Hay muchas categorías de filtros que se pueden diseñar y sintetizar con las nuevas herramientas, que incluyen:
- Filtros de RF y Microondas: Estos filtros son muy comunes y ampliamente utilizados en aplicaciones electrónicas para pasar o bloquear algunos componentes de la señal dentro del espectro de RF. También se utiliza en transmisores y receptores de radiofrecuencia para mejorar la selectividad y la sensibilidad mediante la eliminación de frecuencias no deseadas y para la conversión en ADC y DAC. Para los filtros planos, la herramienta FilterSolutions de Nuhertz proporciona una lista de geometrías asociadas con el tipo de filtro seleccionado y predice inmediatamente la respuesta del filtro a medida que el usuario selecciona cada filtro. Las geometrías planas generadas por la herramienta se pueden exportar a Ansys HFSS para obtener predicciones de alta fidelidad y optimizar el rendimiento del filtro. La Figura 2 muestra la forma del filtro de paso bajo Ansys HFSS.
- Filtros agrupados y pasivos: Los filtros agrupados, que son combinaciones de capacitor-inductor (LC) sintonizadas para resonar en una frecuencia o banda de frecuencia específica, suprimen los armónicos y reducen la distorsión que afecta los sistemas de potencia. Esta herramienta proporciona una síntesis esquemática de LC que coincide con las especificaciones del filtro y permite a los diseñadores ajustar y optimizar cada elemento.
- Filtros de dispersión: la línea de transmisión planar y la síntesis de filtros de dispersión permiten a los diseñadores sintetizar rápidamente microstrips, striplines, striplines suspendidos, striplines asimétricos y componentes agrupados en superficies en interconexiones de líneas de transmisión planas.
- Filtros activos: esta herramienta le permite sintetizar filtros activos, generalmente basados en opamps.La lista de redes del filtro activo se puede exportar en formato SPICE
- Filtros de condensadores conmutados: normalmente se utilizan en circuitos integrados donde están disponibles condensadores y MOSFET, son más baratos y menos voluminosos que las resistencias y los inductores. Los filtros de esta clase emulan el comportamiento de los filtros. circuito. La herramienta proporciona una amplia biblioteca de realizaciones de filtros digitales de tapa conmutada, incluidas realizaciones de IIR y FIR de transformación Z y análisis de sensibilidad de Monte Carlo.
- Filtros digitales: sintetice los filtros digitales FIR e IIR comúnmente utilizados en procesadores integrados y procesadores de señales digitales (DSP) para proporcionar arquitecturas de filtro y coeficientes para la implementación. El módulo de síntesis de filtro digital también puede exportar el código C del filtro generado, listo para su inclusión en un sistema DSP.
- Zmatch: a partir de una definición de carga compleja, este módulo sintetiza una red coincidente para la máxima transferencia de potencia. Se incluyen modos de coincidencia de frecuencia discreta y de banda ancha, lo que proporciona redes de coincidencia óptimas en realizaciones centralizadas, distribuidas e híbridas.
Figura 2: geometría del filtro de paso bajo Ansys HFSS generada por Ansys Nuhertz FilterSolutions
También se han agregado nuevos paquetes al paquete académico de Ansys. Por lo tanto, ahora está disponible en instituciones educativas y de investigación. También disponible en Ansys Education Bundle que incluye software HFSS.
“Hay muchas situaciones hoy en día que requieren representaciones digitales de filtros, y el paquete Nuhertz FilterSolutions realmente tiene la capacidad de sintetizar subrutinas de software o código que se puede usar en procesadores de señales digitales”, dice Carpenter. . “La herramienta en realidad crea el código C para un filtro IIR o FIR a través de las muchas topologías que existen para realizar este filtro. Los filtros se crean utilizando componentes activos como amplificadores operacionales y transistores de etapa de ganancia individuales. Podemos y tenemos la capacidad de sintetizarlos”.