Ansys 最近在其產品組合中添加了 Nuhertz FilterSolutions 產品，使客戶群能夠非常快速地創(chuàng)建射頻濾波器。新產品協(xié)助工程師設計、合成和優(yōu)化射頻、微波和數字濾波器，降低開發(fā)成本，縮短上市時間，優(yōu)化產品性能。

Nuhertz FilterSolutions 工作流程開始輸入濾波器性能規(guī)范，該工具使用該規(guī)范來綜合理想和物理濾波器布局實現。它還在 3D 高頻電磁 (EM) 仿真軟件 Ansys HFSS 中自動設置濾波器分析和優(yōu)化。

過濾器設計一直是一項相當復雜和艱巨的任務，通常需要經驗和具有強大背景的人。例如，高性能微波和毫米波濾波器設計就是如此，它們需要專業(yè)知識來綜合濾波器布局。此外，RF 和微波濾波器會受到電磁 (EM) 交叉耦合的影響，這通常是傳統(tǒng)電路建模方法不準確的根源。然而，即使是 EM 軟件也被證明不足以優(yōu)化高階濾波器，這個目標可以更快地實現，創(chuàng)建一個準確的第一個設計原型。

缺乏準確度的濾波器設計不可避免地需要一個漫長而昂貴的調整階段，該階段必須直接在工作臺上執(zhí)行。如果沒有適當考慮組件的公差，這種情況通常會加劇。基于良好 CAE 的方法能夠提供獨立于制造或組件公差的免調整設計。

“如今，很難找到熟悉并具備濾波器設計專業(yè)知識的射頻設計師，”Ansys Nuhertz FilterSolutions 產品經理 Shawn Carpenter 說。“我們購買了這款 Nuhertz FilterSolutions 產品，并將其用作我們的電磁仿真套件 ANSYS HFSS 軟件的前端，以提供一種能夠設計、合成、虛擬測試、調整和優(yōu)化濾波器的工具，使其適用于制造公差”。

對新手用戶特別有用的是 FilterQuick 界面（如圖 1 所示），它還允許非專家用戶快速設計和合成過濾器，所有控件都在一個面板中可用。然后可以將設計推送到 HFSS 進行驗證。

圖 1：FilterQuick 界面

Nuhertz FilterSolutions 是一種建模和仿真工具，其主要優(yōu)點可概括如下：

過濾器設計和候選過濾器結構合成的自動化

通過精確的物理模擬對濾波器進行虛擬原型設計

有助于評估產量、工藝公差和相關影響，例如電損耗、加熱、機械變形和應力。

“當您在商業(yè)公司中面臨時間壓力時，我們的新工具就會出現，或者在某種資助的研究中，您面臨著提出過濾器設計的壓力，并且需要經過驗證的過濾器設計，以便在沒有多個原型階段的情況下快速構建”，卡彭特說。

過濾器設計

新工具可以設計和合成的過濾器類別很多，包括：

射頻和微波濾波器：這些濾波器非常常見，廣泛用于電子應用中，以通過或阻止射頻頻譜中的某些信號分量。它們還用于射頻發(fā)射器和接收器，通過去除一些不需要的頻率來提高選擇性和靈敏度，以及用于 ADC 和 DAC 轉換。對于平面過濾器，Nuhertz FilterSolutions 工具提供了與所選過濾器類型相關的幾何形狀列表，并在用戶選擇每個過濾器時立即預測過濾器響應。該工具生成的平面幾何形狀可以導出到 Ansys HFSS，以進行高保真預測和濾波器性能優(yōu)化。圖 2 顯示了 Ansys HFSS 中低通濾波器的幾何結構

無源和集總濾波器：集總元件濾波器是一種電容器和電感器 (LC) 的組合，可調諧為在特定頻率或頻帶內諧振，對于抑制諧波和減少影響電力系統(tǒng)的失真至關重要。該工具提供與濾波器規(guī)格相匹配的 LC 原理圖綜合，并允許設計人員調整和優(yōu)化每個元素

分布式濾波器：平面?zhèn)鬏斁€和分布式濾波器的合成使設計人員能夠快速合成具有平面?zhèn)鬏斁€互連的微帶線、帶狀線、懸浮帶狀線、非對稱帶狀線和表面集總元件

有源濾波器：該工具允許合成有源濾波器，通常基于運算放大器。有源濾波器的網表可以以 SPICE 格式導出

開關電容濾波器：通常在集成電路中使用，其中電容器和 MOSFET 可用，比電阻器或電感器成本更低且體積更小，此類濾波器模擬濾波器的行為，其值是用于驅動開關頻率的函數電路。該工具提供了一個廣泛的開關電容數字濾波器實現庫，包括具有 Z 變換的 IIR 和 FIR 實現以及用于靈敏度的蒙特卡羅分析

數字濾波器：廣泛應用于嵌入式處理器和數字信號處理器（DSP），可合成FIR和IIR數字濾波器，提供濾波器架構和系數實現。數字濾波器合成模塊還可以為生成的濾波器導出 C 代碼，準備好包含在 DSP 系統(tǒng)中。

Zmatch：從復雜的負載定義開始，該模塊合成一個匹配網絡以實現最大功率傳輸。它包括離散頻率和寬帶匹配模式，并提供集總、分布式和混合實現的最佳匹配網絡。

圖 2：Ansys HFSS 中低通濾波器的幾何結構，由 Ansys Nuhertz FilterSolutions 生成

新軟件包也已添加到 Ansys 學術包中。因此，它現在可供研究和教育機構使用。它還與 HFSS 軟件一起在 Ansys 教育包中提供。

“今天，在不同的情況下，需要濾波器的數字表示，而 Nuhertz FilterSolutions 包實際上能夠合成可用于數字信號處理器的軟件子程序或代碼，”Carpenter 說。“該工具實際上通過現有的許多拓撲為 IIR 或 FIR 濾波器創(chuàng)建 C 代碼以實現該濾波器，并且可以使用運算放大器或單個增益級晶體管等有源組件創(chuàng)建濾波器。我們有能力合成它們”。

審核編輯：湯梓紅