在Cadence公司剛剛發(fā)布的Sigrity^? 2018版本中，介紹了全新的三維建模與電磁場仿真工具——3D Workbench。它具有當前市場上主流3D CAD 產(chǎn)品的用戶界面（GUI），采用了經(jīng)業(yè)界多年驗證的PowerSI^? 3D-EM仿真引擎（Engine）與多樣且高效的網(wǎng)格劃分（Mesh）選項 。

它的出現(xiàn)彌補了機械與電氣仿真領(lǐng)域的隔閡。通過支持機械設(shè)計導(dǎo)入， 3D Workbench可在同一仿真模型中融合機械部件（如連接器、插座、接口等）與PCB、IC封裝，從而對整個電氣連接系統(tǒng)作通盤考慮，精確分析其他仿真工具所忽略的連接點、接觸等對整個信號鏈路的傳輸特性影響，產(chǎn)品開發(fā)團隊自此可以實現(xiàn)跨多板信號的快速精準分析。

3D Workbench作為Cadence首款支持3D CAD三維電磁場工具，可以與同屬Cadence 旗下的Sigrity 、Allegro^?等其他仿真與設(shè)計平臺實現(xiàn)數(shù)據(jù)互通與設(shè)計仿真無縫結(jié)合。較當前市場上依賴第三方數(shù)據(jù)與模型轉(zhuǎn)換的的其他三維電磁場仿真工具而言，3D Workbench 可提供效率更高、出錯率更低的解決方案，大幅縮短設(shè)計-仿真周期的同時降低設(shè)計失誤風(fēng)險。

那么， 3D Workbench到底具有怎樣的功能特點，在實際操作中又將如何應(yīng)用呢？小編請來最早接觸并使用到這個新工具的同事龐誠來為大家詳細解說該工具的四大功能：3D Workbench的建模界面與模型導(dǎo)入、網(wǎng)格化分選項、參數(shù)掃描仿真與分析，以及全功能腳本命令（Tcl）錄制與回放，并向大家圖示展示3D Workbench的基本工作流程。

3D Workbench工具特點

3D Workbench 具備當前主流的3D CAD工具的建模界面。具有三維模型界面（三維坐標軸與建模網(wǎng)格）、工程樹、幾何體構(gòu)建工具以及布爾運算工具等。如下圖所示，該建模界面由上方的菜單欄和工具欄、下方的Tcl命令窗口和信息輸出窗口、左側(cè)的“工程樹”面板和“實體屬性”面板，以及占據(jù)主要位置的三維模型界面構(gòu)成。

用戶可以在三維模型界面中創(chuàng)建或?qū)?dǎo)入的模型做修改，并且利用3D Workbench提供的諸多方便的實用程序，完成材料編輯、邊界設(shè)置、端口設(shè)置等一系列仿真模型定義工作。

作為Cadence 公司Sigrity品牌下的新成員，三維建模與電磁場分析工具——3D Workbench支持來自Cadence其他工具的PCB/封裝設(shè)計文件（如brd，sip等）、IC設(shè)計文件（如gds等）以及模型文件（如spd，psix等）的模型導(dǎo)入。除此之外, 3D Workbench也支持導(dǎo)入來自于第三方（如 PADS，Zuken等）的設(shè)計文件。更重要的是，3D Workbench支持sat，stp，step等格式的機械設(shè)計文件導(dǎo)入，從而實現(xiàn)跨領(lǐng)域的模型構(gòu)建與仿真。

3D Workbench提供了Sigma Mesh 與 D Mesh 兩大類網(wǎng)格劃分算法，采用四面體網(wǎng)格單元對求解區(qū)域內(nèi)所設(shè)定的電磁場問題進行求解。在初始網(wǎng)格劃定并求解后， 3D Workbench會根據(jù)預(yù)先設(shè)定的收斂標準，對不符合誤差設(shè)定的區(qū)域做網(wǎng)格精煉，最終獲得符合收斂標準的仿真結(jié)果。

除上述兩大類網(wǎng)格算法外， 3D Workbench還提供了‘基于全局(Global) ’、‘基于局部(Local Map)’以及‘全局粗糙(Coarse)’三種網(wǎng)格劃分子策略，以及‘信號線最大網(wǎng)格長度(Signal net max edge length)’，‘網(wǎng)格播種(Mesh Seeding)’等子選項，適用于多種電磁場仿真場景。

與其他第三方三維電磁場仿真軟件相比， 3D Workbench提供的網(wǎng)格算法清晰透明，用戶可以設(shè)定初始網(wǎng)格的粗糙程度，甚至可以具體到特定網(wǎng)絡(luò)、特定實體的網(wǎng)格尺寸。

3D Workbench更可以根據(jù)不同設(shè)計需求，選擇不同的算法：

• 需要對模型求解區(qū)域作整體快速粗略估計，選擇Sigma Mesh算法或D Mesh算法中的 ‘Coarse’子選項

• 需要對模型求解區(qū)域內(nèi)的信號網(wǎng)絡(luò)做精細分析，選擇Sigma Mesh算法或D Mesh算法中的 ‘Local Map’子選項，并根據(jù)信號線尺度、求解波長等參量對 ‘信號線最大網(wǎng)格長度 (Signal net max edge length)’做適當設(shè)置。信號網(wǎng)絡(luò)會以該值為最大網(wǎng)格邊長做初始網(wǎng)格劃分

• 需要對模型求解區(qū)域內(nèi)的某一條或某幾條信號線做精細分析，選擇D Mesh算法中的 ‘Local Map’子選項，并根據(jù)該信號線尺度、求解波長等參量對該信號線的表面網(wǎng)格播種值 (Seeding Value) 做適當設(shè)置。這些信號線會以該值為最大網(wǎng)格邊長做初始網(wǎng)格劃分

• 需要對模型求解區(qū)域全局做精確分析，選擇D Mesh算法中的 ‘Global’子選項，網(wǎng)格算法會以求解區(qū)域內(nèi)的最小結(jié)構(gòu)為參考并結(jié)合求解波長做初始網(wǎng)格剖分，以犧牲部分計算資源與時間來換取對模型全局的仿真精度

以下是不同仿真場景的簡單對比，用戶可以根據(jù)需求選擇最合適的仿真方式：

通過內(nèi)置的 Sweeping Analyzer實用程序，用戶可以對特定的模型參數(shù)（包括尺寸參數(shù)，位置參數(shù)等）在一定范圍內(nèi)做掃描分析。

其次，設(shè)置參數(shù)掃描方案。用戶可以設(shè)置單一參數(shù)、多個參數(shù)以及組合參數(shù)的掃描方案。

然后，選擇參數(shù)掃描仿真（Start Sweeping Simulation）。上述參數(shù)掃描方案中的子案例（Case）會依次生成并自動進入仿真隊列進行仿真。

最后， 待所有子案例仿真完成，通過選擇‘Result Summary’可以一次性在BNPViewer中觀察所有掃描子案例的S參數(shù)結(jié)果，方便做結(jié)果篩選與對比分析。

即用戶在3D Workbench 界面上的所有操作均可以以Tcl腳本語言的方式記錄下來，并且該腳本可以為用戶所編輯并在3D Workbench中做回放。

全功能腳本命令的支持對復(fù)雜模型的建立與重構(gòu)帶來了極大的便利。

3D Workbench案例演示

現(xiàn)在來向大家展示3D Workbench基本的工作流程。本案例包含了PCB設(shè)計文件與機械結(jié)構(gòu)設(shè)計文件的聯(lián)合導(dǎo)入與模型融合，并展示了模型修正、材料設(shè)置、端口與邊界設(shè)置、仿真設(shè)置等基本的工作步驟。

啟動3DWorkbench，新建一個Project并通過Import導(dǎo)入PCB模型（.spd文件）

為SMA機械設(shè)計模型創(chuàng)建一個新的 ‘用戶坐標系’

通過Import導(dǎo)入SMA的機械設(shè)計模型

通過調(diào)整 ‘用戶坐標系’參數(shù)，使PCB模型與SMA模型在物理上 ‘對準’并在特定點 ‘接合’

為SMA模型中的實體設(shè)置 ‘屬性’（材料，網(wǎng)絡(luò)名，網(wǎng)絡(luò)類型等）

分別在PCB端與SMA端添加端口

設(shè)置仿真邊界條件（通過調(diào)整原屬于PCB模型的邊界條件實現(xiàn)）

設(shè)置仿真選項（頻率設(shè)置，求解設(shè)置，網(wǎng)格設(shè)置等

啟動仿真，完成后查看仿真結(jié)果