Einleitung in die ADS-Software
Die ADS-Software erweist sich als ein essentielles Werkzeug für Designer, Ingenieure und Unternehmen, die eine rasche Entwicklung und Produktion von hochqualitativen Komponenten und Systemen anstreben.
Die Software ermöglicht einen reibungslosen Entwurf und die Simulation von Teilen, unabhängig von ihrer Komplexität. Darüber hinaus zeichnet sie sich durch eine intuitive Bedienoberfläche aus, die eine schnelle Einarbeitung und Anpassung erlaubt.
ADS hat die Gestaltung von Schaltungen und Systemen in der Elektronik-, Automobil- und anderen Branchen grundlegend verändert. Diese einzigartige Lösung mit ihren sofort einsatzbereiten Features und Funktionen wird von vielen Akteuren schnell adaptiert.
Im Folgenden werden wir die ADS-Software genauer untersuchen und ihre vielfältigen Einsatzmöglichkeiten beleuchten.
Was ist ADS?
Das Advanced Design System (ADS) ist eine führende Software für den Entwurf, die Simulation und die Automatisierung elektronischer Schaltungen. Sie wurde von PathWave Design, einem Teil von Keysight Technologies, entwickelt.
ADS bietet eine integrierte Plattform für das Design elektronischer HF-Systeme wie drahtlose Netzwerke, Mobiltelefone, Satellitenkommunikation, Pager, Hochgeschwindigkeits-Datenverbindungen und Radarsysteme. Die erste Version, die 1985 unter dem Namen „Microwave Design System (MDS)“ erschien, markierte den Beginn dieser Entwicklung. Im Jahr 2016 wurde ADS mit signifikanten Verbesserungen hinsichtlich Geschwindigkeit, Leistungsfähigkeit und Designflexibilität neu aufgelegt.
Designer können ADS in jeder Phase ihres Designprozesses nutzen, von der Erfassung der Schaltpläne über die Überprüfung der Designregeln und das Layout bis hin zur Simulation elektromagnetischer Felder und der Schaltungssimulation sowohl im Zeit- als auch im Frequenzbereich. Dadurch wird eine einfache Charakterisierung und Optimierung von HF-Designs ermöglicht, ohne dass zwischen verschiedenen Werkzeugen oder Systemen gewechselt werden muss.
Die Funktionalitäten von ADS
Einige der Kernfunktionen von ADS sind:
- Designvorlagen: ADS bietet umfangreiche Designunterstützung durch eine Vielzahl von nützlichen Vorlagen, die einen schnellen Start ermöglichen, ohne dass viel Zeit in die Erstellung einzelner Designelemente investiert werden muss.
- Komponentenbibliotheken: Eine umfangreiche Bibliothek stellt eine große Auswahl an Komponenten zur Verfügung, die direkt in das Design integriert werden können. Dies führt zu erheblichen Zeiteinsparungen. Die Nutzer können einfach durch die verschiedenen Komponenten browsen und die für ihr Design benötigten Elemente auswählen.
- Automatische Synchronisierung: ADS ermöglicht die automatische Synchronisierung des Layouts, um eine realistische Visualisierung während des Entwurfs der Schaltpläne zu ermöglichen.
- Flexibilität: Ein umfassender Desktop-Workflow ermöglicht eine höhere Designeffizienz. Die Integration führender Industrie- und Gießereidesigns gewährleistet die Einhaltung aktueller Standards. Darüber hinaus können nichtlineare Designs durch die Nutzung von X-Parametern modelliert werden. X-Parameter, ein eingetragenes Warenzeichen von Keysight in den USA, Japan, der EU und anderen Ländern, beinhalten Gleichungen und Formate zur Unterstützung des Designprozesses.
- Anzeigeoptimierung: Die Anpassung der Daten- und Cockpitanzeige ermöglicht es, individuelle Vorstellungen zu realisieren. Dies trägt auch zur Steigerung des Ertrags bei, da Designs visualisiert und leicht modifiziert werden können, um hochwertige Designs ohne viele Iterationen zu schaffen.
- Integration: Die ADS-Software lässt sich nahtlos in die elektromagnetischen Simulatoren von PathWave integrieren. Dies ermöglicht eine umfassende 360-Grad-Ansicht des Designs und eine Beurteilung seiner Funktionalität. Verbesserungspotenziale können dadurch effektiv identifiziert und die Designs optimiert werden.
- Verwaltung: ADS zentralisiert alle Daten zu Design, Komponenten und dem gesamten System. Die Software vereinfacht die Verwaltung des Arbeitsbereichs, was zu einer Beschleunigung des Produktionsprozesses führt. Die Möglichkeit der teamübergreifenden Verwaltung und des Teilens des Arbeitsbereichs bietet zusätzliche Flexibilität.
Die Vorzüge der ADS-Software
Im Folgenden werden einige der wesentlichen Vorteile der Nutzung von ADS aufgeführt:
Gesteigertes Designvertrauen
Dank der präzisen Daten von ADS können Teams besser einschätzen, ob ihre Designs die notwendigen Spezifikationen erfüllen. Die Datenanalyse- und Visualisierungsfunktionen von ADS umfassen Diagramme, Tabellen und Grafiken, die eine klare Darstellung und Analyse von Daten ermöglichen und somit als Grundlage für fundierte Entscheidungen und Änderungen dienen. Durch die Identifizierung und Korrektur von Fehlern im Design wird das Vertrauen in die eigenen Ergebnisse gestärkt.
Beschleunigte Produktion
Mithilfe von Vorlagen, Assistenten und Designleitfäden kann der Designprozess beschleunigt und die Zeit bis zur Produktion verkürzt werden. Der gesamte Designablauf umfasst Schaltpläne, Schaltungen, Layouts, elektrothermische und elektromagnetische Simulationen.
Auch Teams, die neu in der Software sind, können sich schnell anpassen. Jede Komponente kann einfach entworfen und optimiert werden, was zu einer schnelleren Markteinführung führt.
Bewältigung von High-Speed-Design-Herausforderungen
Mit steigender Geschwindigkeit und Frequenz gewinnen die Leistung und Signalintegrität in Leiterplatten (PCBs) an Bedeutung. Verluste in der Übertragungsleitung können zu Ausfällen elektronischer Geräte führen.
Daher ist die Modellierung von Verbindungen, Leiterbahnen und Durchkontaktierungen entscheidend, um die Leiterplatte genau zu simulieren. Keysight trägt dazu bei, die High-Speed-Verbindungsleistung in PCB-Designs durch elektromagnetische Simulatoren und integrierte Schaltungsdesigns zu verbessern, die für die Analyse der Signal- und Leistungsintegrität optimiert sind.
Dies führt zu fehlerfreien Designs und ermöglicht eine reibungslose Produktion.
Verbesserte Designzuverlässigkeit
Zuverlässigkeit und Effizienz sind entscheidende Faktoren bei der Konstruktion und Produktion von Komponenten und Maschinen.
Systeme wie Solarwechselrichter, Elektrofahrzeuge und Stromversorgungen erfordern effiziente Designs. Unternehmen suchen bereits in der Entwicklungsphase nach Wegen, die Effizienz und Zuverlässigkeit von Leistungsgeräten zu verbessern. Materialien wie Galliumnitrid, Siliziumkarbid etc. können dabei helfen. Mit ADS von Keysight können Schaltnetzteile und moderne Materialien modelliert werden, um eine maximale Effizienz der Designs zu erzielen.
ADS-Anwendungsbereiche
Die ADS-Software findet in verschiedenen Bereichen Anwendung. Hier einige Beispiele:
Schaltungssimulation
ADS 2016 ist eine leistungsstarke Software, welche die Harmonic Balance Engine verbessert und die Präzision, Konvergenz und Geschwindigkeit von Schaltungssimulationen steigert. Die verbesserte DC-Annotation trägt zur Beschleunigung der Produktion selbst komplexer Designs bei.
Die Unterstützung von Linux und Windows für die elektrothermische Simulation erhöht die Zugänglichkeit dieses Systems für nahezu jeden Designer. Simulationen können auch auf mehreren Cloud-basierten Servern durchgeführt werden, wodurch verbesserte Geschwindigkeit und Skalierbarkeit erreicht werden.
Silizium-RFIC
ADS von Keysight reduziert Hardwareausfälle und damit verbundene Kosten durch die intelligente Integration von Modulen, die Schaltungsdesignsysteme wie integrierte Hochfrequenzschaltungen (RFIC), Laminate, Antennen, monolithische integrierte Mikrowellenschaltungen (MMIC), Wafer-Level-Packaging und PCBs miteinander verbinden und 3-dimensionale Strukturen bilden.
Darüber hinaus unterstützt ADS die Simulation von EVM zur Optimierung und Abstimmung und hilft somit bei der Überprüfung von drahtlosen Industriestandards wie Automobilradar, 5G, WiFi usw. Eine umfassende Analyse der Verstärkerstabilität ersetzt traditionelle Methoden und sorgt für eine verbesserte Stabilität unter linearen und nichtlinearen Bedingungen.
Layout-Überprüfung
Neue Funktionen und Verbesserungen in ADS machen Layouts schneller, robuster und intuitiver. Verbesserungen wurden bei der Steuerung und Überprüfung von Fertigungsgittern, Bodennetzen, dem 3D-Viewer, der Konnektivität, der Layout-Zuordnung zu schematischen Netznamen und dem Import von .brd-Dateien für die EM-Simulation erzielt.
Die Software bietet echte Bögen zum präzisen Zeichnen oder Bearbeiten von Spiralen und gekrümmten Leiterbahnen, einen automatisierten GDSII-Export/Import zur Vermeidung von Benutzerfehlern sowie Massenbearbeitung von Strukturen wie Formen, Leiterbahnen, Pads und Durchkontaktierungen innerhalb desselben Netzes. Die lokale Flächendichte kann zudem mit Design Rule Check (DRC) überprüft werden.
Elektrothermische Analysen
ADS ermöglicht ein präzises Design von SAW-Filtern und die Modellierung von Graphen. Ein thermisches Modell kann für verschiedene importierte Konstruktionen verwendet werden, um die Interoperabilität zu verbessern.
Leistungsintegrität
ADS bietet eine auf Signalintegrität fokussierte EM-Simulation für hochkomplexe PCB-Anwendungen sowie PIPro – leistungsintegritätsorientierte EM-Simulatoren für die Analyse von Stromversorgungsnetzen.
Zusätzliche Merkmale:
- Ein neuer Sparse Direct Solver ermöglicht bis zu 40 % schnellere Simulationen auch bei komplexen Strukturen.
- Mesh-Caching verkürzt die Simulationszeiten.
- Zwischengespeicherte GUIs für Komponentenmodelle ermöglichen ein einfaches Löschen oder Auswählen.
- Mehrere VRMs können in einer einzigen DC-IR-Drop-Simulation verwendet werden.
Wie man Designs mit ADS erstellt
Der Einstieg in das Erstellen von Designs mit ADS kann zunächst schwierig erscheinen. Mit den grundlegenden Kenntnissen und etwas Übung wird die Software jedoch leichter zu handhaben.
Im Folgenden werden die wichtigsten Schritte zur Erstellung, Simulation und Darstellung des ersten Designs in ADS erläutert:
Schaltpläne erstellen
Zuerst wird ein schematischer Entwurf des gewünschten Teils oder der gewünschten Komponente erstellt. Beispielsweise kann ein Tiefpassfilter erstellt werden. Dazu muss zuerst eine Komponente wie ein Widerstand hinzugefügt werden.
In ADS steht eine umfangreiche Komponentenbibliothek zur Verfügung, die das Finden und Hinzufügen vorgefertigter Komponenten erleichtert. Dies spart Zeit, da keine Komponenten von Grund auf neu erstellt werden müssen. Verschiedene Komponenten, wie z.B. Widerstände, Kondensatoren, Drähte, Verbindungen, Datenelemente, Messquellen und Simulationscontroller, stehen zur Verfügung, um den Designprozess zu beschleunigen.
Diese Komponenten sind in der „Palette“ kategorisiert. Der Wechsel zwischen Paletten ist einfach über ein Dropdown-Menü möglich. Die Namen der Paletten sind selbsterklärend, was die Navigation erleichtert. So finden Sie beispielsweise Widerstände, Kondensatoren oder Induktivitäten unter „konzentrierte Bauteile“. Wenn Sie Schwierigkeiten haben, eine Komponente zu finden, können Sie in der Komponentenliste in alphabetischer Reihenfolge suchen.
Komponenten platzieren
Nachdem eine Komponente, z.B. ein Widerstand, gefunden wurde, kann sie im Schaltplan platziert werden. Die ausgewählte Komponente bleibt am Cursor. Mit der ESC-Taste wird die Platzierung derselben Komponente beendet. Nach dem Platzieren müssen die Standardparameter der Komponente angepasst werden. Dies geschieht durch Klicken auf den Standardwert und anschließende Eingabe des neuen Wertes. Manchmal kann der Standardwert nicht direkt sichtbar sein. In diesem Fall kann durch einen Doppelklick auf die Komponente weitere Eigenschaften angezeigt und verändert werden.
Der gleiche Vorgang kann wiederholt werden, um weitere Komponenten wie Kondensatoren oder Induktivitäten aus der Palettenliste hinzuzufügen. Die Ausrichtung der Komponente kann ebenfalls durch Drehen um 90 Grad verändert werden, was über die Symbolleiste möglich ist. Zudem kann das Präfix der Einheit angepasst werden.
Die ADS-Software von Keysight zeichnet sich durch ihre Flexibilität und einfache Bedienung aus. Durch die Drag-and-Drop-Funktion kann der Schaltplan verschoben werden, ohne die Verbindungen zu verändern.
Designs synchronisieren
Um eine sinnvolle Verbindung der Komponenten zu erhalten, müssen Verbindungen zwischen den Elementen definiert werden. Dies hilft bei der Synchronisation des Designs.
Beispielsweise kann ein Kondensator mit Masse verbunden werden. Dies erfolgt über die „Masse“-Option in der Symbolleiste. Zusätzlich können Drähte verwendet werden, um verschiedene Komponenten zu verbinden. Dies ermöglicht beispielsweise die Messung der Ausgangsspannung.
Simulation
Für die Simulation wird ein Simulationscontroller benötigt, um das Simulationsziel zu definieren. Verschiedene Controller wie S-Parameter, DC-AC, Lastzug, harmonische Balance usw. stehen zur Verfügung. Die Durchführung einer Simulation ist ebenfalls unkompliziert.
Für eine AC-Simulation wird der AC-Simulationscontroller aus der Simulations-AC-Palette ausgewählt.
Unabhängig vom gewählten Controller enthält dieser ein Zahnradsymbol, über das die Einstellungen an die jeweiligen Anforderungen angepasst werden können.
In der Simulationsphase werden Elemente wie eine Quellkomponente oder ein Label benötigt. Nach Auswahl einer Quellkomponente wird diese in der Simulationsumgebung platziert. Wie zuvor werden die Standardwerte des ausgewählten Komponentensatzes angepasst.
Alternativ kann ein „Label“ ausgewählt werden, wenn die Spannung einfach berechnet werden soll, ohne eine Sondenkomponente zu verwenden. Um ein Label zu verwenden, wird ein Netzname definiert und an der Stelle hinzugefügt, an der die Spannung berechnet werden soll.
Auf diese Weise entsteht eine voll funktionsfähige Schaltung, die simuliert werden kann. Die Simulation wird mit der Taste F7 oder über die Symbolleiste gestartet. Anschließend kann das Verhalten der Schaltung visualisiert werden.
Ergebnisse darstellen
Nach der Simulation wird eine Seite mit Gleichungen und Diagrammen angezeigt.
Es stehen verschiedene Diagrammtypen zur Verfügung, darunter Smith-Diagramme, Polardiagramme und rechteckige Diagramme. Die „vout“-Variable (abgekürzt „v out“) ist eine Messung des platzierten Labels.
Beispielsweise wurde das rechteckige Diagramm gewählt.
Das Diagramm wird gezeichnet, indem die x- und y-Achsen definiert werden.
In diesem Beispiel ist „vout“ die y-Achse, und der Simulationscontroller, wie z.B. der AC-Simulationscontroller, legt die Frequenz als x-Achse des Diagramms fest. Mit diesem Diagramm können die Daten in ADS angezeigt werden.
Fazit
Die ADS-Software vereinfacht das Design von Komponenten und Systemen, unabhängig von deren Komplexität. Sie bietet nicht nur einzigartige Funktionen und Merkmale, sondern ist auch benutzerfreundlich für Ingenieure und Designer.
Wenn Sie nach einer leistungsfähigen Softwarelösung für das Design von Leiterplatten und Schaltungen suchen, ist ADS eine gute Wahl. Eine kostenlose Testversion steht ebenfalls zur Verfügung, um die Software auf ihre Eignung für die eigenen Design- und Simulationsherausforderungen zu testen.