Ansoft Designer SV, viele Fragen

[Jürgen B. (juergenq)]

Hallo,

ich versuche gerade, mich mit Ansoft Designer SV vertraut zu machen: 
Schaltpläne kann ich schon einigermaßen zeichnen und auch ein Projekt 
aufsetzen und zum Beispiel ein Substrat definieren und eine Technik (ich 
will mich auf Microstripline konzentrieren) auswählen.

Mein erster Versuch war, einen Colpitts-Oszillator, den ich mit LTSpice 
früher schon einmal entworfen und für gut befunden hatte, zunächst 
einmal als Schaltplan nach Ansoft Designer zu übertragen. (Erfreulich, 
wie viele Bauteile da auf einmal vorrätig sind). Zuerst hatte ich den 
Schaltplan einfach so gezeichnet, wie ich ihn auch in LTSpice angelegt 
hatte. Ich habe dann aber noch mal in dem Buch "Microwave Oscillators.." 
von Ulrich Rohde nachgesehen und dort in Fig. 5-10 einen komplexer 
gezeichneten Aufbau gefunden. Auffällig sind die überall verwendeten 
Micro-Stripline T-Stücke und die Transmissionlines (Trl). Ich habe 
versucht aus dieser Fig. 5-10 einige Regeln zu abstrahieren, um von 
einem LTSpice (oder sonstigen "einfachen" Schaltbild zu einem "Ansoft 
gerechten" oder "HF gerechten" zu kommen, wobei ich einfach mal 
unterstellt habe, daß die ganzen Transmissionlines und T-s nachher ein 
gutes Layout garantieren. Doch zum Thema Layout noch einmal später.

Was die Regeln angeht, so habe ich im wesentlichen

1) jedes normale T im Schaltplan durch ein Microstrip-T ersetzt
2) (Fast) jedes Bauteil außen mit Transmission-Lines umgeben (ich habe 
mir aber gerade Fig-5-10 nochmal genauer angeschaut und gesehen, daß das 
wohl nicht nötig ist. Die Trls dort sind wohl reale 
Schaltungsbestandteile im Oszillator(tank)kreis. Also könnte ich wohl 
die Transmissionlines wieder wegkürzen. Ich poste aber trotzdem noch mal 
den gegenwärtigen Stand, denn mein eigentliches Problem liegt woanders:

A) Muß ich die Abmessungen und sonstigen Parameter der T-Stücke noch 
festlegen und wie und nach welchen Kriterien mache ich das?

B) Das Layouten:

B1) Hier klappt erstmal fast gar nichts. Die Bauteile liegen alle wüst 
übereinander und ich kann sie auch mit keiner der "Align"-Funktionen 
richtig voneinander trennen. Kann es sein, daß die Vollversion noch 
irgendwo ein besseres Auto-Place/Pre-Placement hat?

B2) Das Routen. Leider steht in der Anleitung von Gunthard Kraus zwar 
ein wenig, aber letztlich eben fast nichts zu diesem Thema. Das ist bei 
ihm wohl auch kein solches Thema, weil er in dem Tutorial vor allem auf 
Filterstrukturen abhebt, wo erstmal schon alle Abmessungen berechnet 
sind. Solche Bestandteile werden natürlich "gut" ins Layout übernommen. 
Bei einem "richtigen" Schaltplan sieht das aber wohl anders aus (Eagle 
war da einfacher, ist aber wohl nicht HF-geeignet)

B2a) Ich finde weder den Trick, manuell zu routen, noch automatisch. Es 
gibt zwar dafür Optionen, aber die sind immer ausgegraut. Ist das eine 
Einschränkung der SV? Oder gibt es einen Workflow mit dem man auch in 
der SV gute Ergebnisse mit nicht allzu großem Mehraufwand erzielen kann?

B3) Kann man eigentlich aus Ansoft-Designer die gerouteten Layouts 
exportieren? Kann man Gerberfiles erzeugen? (Ich weiß, das klingt nach 
einer dummen Frage, aber in der Online-Hilfe habe ich dazu nichts 
gefunden). Wenn keine Gerber-Files, wie dann?

B4) Kann man wie in Eagle auch Platinenbohrungen und dgl. layouten? Oder 
ist die Idee bei Ansoft, daß das Layout eigentlich nur gemacht wird, um 
es intern zu simulieren (für die elektrischen Parameter) und dann im 
Workflow noch ein beliebiges/bestimmtes CAD-Programm "nachgeschaltet" 
wird?

Das waren jetzt erstmal die wichtigsten Fragen, vielleicht kann ja der 
eine oder andere (glückliche) Ansoft-Benutzer etwas dazu schreiben. 
(Eigentlich muß man ja die Vollversion haben um gescheit spielen zu 
können, denn die SV hat ja keine Transientenanalyse und ist wohl 
letztlich "nur" geeignet, um Filterstrukturen zu berechnen. Oder geht da 
doch mehr?)

Viele Grüße

Jürgen

[Jürgen B. (juergenq)]

Muß mir nochmal selbst antworten, der Schaltplan von mir aus dem 
Vorposting war abgeschnitten, hier noch mal die "Vollversion".

[Günter R. (guenter-dl7la)]

mal nebenbei: Kennst du
http://www.mtt-serbia.org.rs/microwave_review/pdf/Vol12No2-09-DTosic.pdf
?

[Eric (Gast)]

Jürgen B. schrieb:
> Das waren jetzt erstmal die wichtigsten Fragen
Kennst Du ?

Einsteiger-Einleitung (= Tutorial): Lineare RF - und Microwave Circuit 
Simulation mit der kostenlosen Software "Ansoft Designer SV" (Achtung: 
die Software steht hier ebenfalls zum Download bereit!)
http://elektronikschule.de/~krausg/

Eric

[W.S. (Gast)]

Ah, endlich mal jemand, der versucht, sich ernsthaft mit diesem 
Ansoft-Designer zu befassen. Ich hab's auch versucht und dabei 
festgestellt, daß bei Ansoft die Begriffe "Schematics" und "Layout" 
offenbar völlig anders gemeint sind, als man das von seiner 
Leiterplatten-Software her erwarten würde.

Kurzum: Ich halte den ganzen Ansoft-Designer für bestenfalls akademisch 
nutzbar, nicht jedoch praktisch nutzbar. Schon meine Versuche, irgendein 
Filterdesign in ein praktisches Layout umsetzen zu wollen, waren zum 
Scheitern verurteilt.

Bei dem Filterdesign mit "lumped elements" hab ich mir dann erstmal 
soweit soweit geholfen, daß ich mir die erzeugte Schaltung auf nem 
Notizzettel notiert habe und das Ganze dann mit RFSIM99 und dort mit 
realen Bauteilemodellen nachempfunden und zu Fuß optimiert habe. 
Innerhalb des Ansoft Designers war dieses mir nicht möglich.

Ach ja, glaube bloß nicht, daß eine Vollversion besser sei. Dort geht es 
(soweit ich das mal herausgefunden habe) hauptsächlich um das 
Modellieren innerhalb eines Silizium-Wafers. Wer also einen 
SiGe-HEMT-Vorstufen-Mikrowellen-Transistor entwerfen will, ist damit 
vermutlich richtig bedient.

Wenn es dir um das Simulieren von Mikrowellen-Strukturen geht, dann 
schau dir mal SONNET an. Die dort verfolgte Strategie ist eingängiger: 
Man definiert sich ne Blechbüchse, in der man steht und nun kann man auf 
dem Boden eine Schicht aus beliebigem Material (vorzugsweise 
Basismaterial der Leiterplatte) auftragen, auf deren Oberfläche kann man 
dann Metallstrukturen auftragen und an einer Kante einer Struktur einen 
"Port" (also Einspeise/Las-Punkt) anbringen. Wer will, kann beliebig 
viele solche Schichten auftragen, die  letzte Schicht ist dann Luft, die 
reicht dann bis zum Deckel der Blechbüchse. Den Rest macht der Simulator 
von Sonnet.
Finde ich besser benutzbar als Ansoft.

W.S.

[Jürgen B. (juergenq)]

@Günter: Das Review habe ich gerade mal gelesen. Für meine intendierten 
Anwendungen wäre demnach wirklich wohl Ansoft der klare "Winner", denn 
ich brauche reale Bauteile und Zeitbereichssimulation.

@Eric: Das Tutorial habe ich natürlich gelesen, hätte sonst 
wahrscheinlich erstmal überhaupt nichts erreichen können. Aber es bleibt 
halt das Problem der "zwei Welten". Die einen wollen nur lineare 
Schaltungen (Filter etc. aus Leiterbahnstrukturen) entwerfen und 
simulieren. Das dann aber so exakt wie möglich, so optimiert wie möglich 
und bei höchsten Frequenzen weit über 3GHz hinaus. Die anderen (ich) 
hätten am liebsten ein Programm mit dem man auch nichtlineare Bauteile 
verarbeiten kann, um Oszillatoren, Mischer (und Verstärker oder gehen 
die noch linear?), am besten gleich ganze analoge Systeme simulieren zu 
können (z.B. ein Oszillator + Pufferstufe + Regelung der 
Versorgungsspannung + evtl Amplitudenregelung. Am besten natürlich 
gleich einen ganzen Schaltkreis mit einem integrierten oder diskret 
aufgebauten PLL Regler noch dazu - oder träume ich da?).

Was mir vorschwebt ist mindestens ein Workflow wie in folgender 
Präsentation:

http://www.ansoft.com/empower/advanced_vco_design_using_ansoft_designer.pdf

Jedes Programm, das so etwas kann, wäre mein Traum.

@W.S.: Möglicherweise tust Du dem Ansoft Designer da ein wenig unrecht. 
Ich denke, die - wirklich riesigen - mitgelieferten Libraries von realen 
Lumped Components sprechen dafür, daß auch Board-Design und nicht nur 
IC-Design möglich ist, vielleicht sogar doch auch im Vordergrund steht. 
Allerdings gebe ich Dir recht, hatte mich ja auch beklagt, das reale 
Layouten ist bei weitem nicht so intuitiv, wie bei Eagle und den 
vermutlich noch besseren weil teureren Tools wie Altium etc. (aber die 
können das Layout dann eben nicht 2.5D oder 3D elektromagnetisch bei 
Mikrowellenfrequenzen simulieren).

Was den Vergleich zu Sonnet angeht: Der "Blechbüchsen-Ansatz" ist wohl 
auch mit Ansoft-Designer möglich, ja sogar Pflicht: Wenn man am Anfang 
sein "Substrat" definiert und die "Layer" festlegt, kann man auch einen 
Abstand zu einem "leitenden Deckel" eingeben, der die Schaltung oben 
abschließt. Sonnet ist möglicherweise dafür bei rein linearen 
Schaltungen aber voller 3D-Feldsimulation besser, zum Beispiel beim 
Entwurf von planaren Antennenstrukturen (ist aber erstmal nur eine 
Vermutung von mir, da ich mir die SV von Sonnet noch nicht 
heruntergeladen habe). Vor allem aber kann Sonnet wohl keine 
nichtlinearen Bauteile rechnen, man kann also keine Mischer und 
Oszillatoren oder gar Systeme entwerfen.

[Matthias (Gast)]

W.S. schrieb:

> festgestellt, daß bei Ansoft die Begriffe "Schematics" und "Layout"
> offenbar völlig anders gemeint sind, als man das von seiner
> Leiterplatten-Software her erwarten würde.

Ansoft Designer ist keine LP-Software


> Kurzum: Ich halte den ganzen Ansoft-Designer für bestenfalls akademisch
> nutzbar, nicht jedoch praktisch nutzbar. Schon meine Versuche, irgendein
> Filterdesign in ein praktisches Layout umsetzen zu wollen, waren zum
> Scheitern verurteilt.

Entschuldigung, aber das Problem sitzt vor dem Rechner! Kraus hat doch 
genügend Beispiele auf seiner Seite, es gibt auch Getting Started 
Tutorials von Ansoft.


> Ach ja, glaube bloß nicht, daß eine Vollversion besser sei. Dort geht es

Naja, die Studentenversion ist schon etwas älter...
Ansonsten Agilent ADS

Jürgen B. schrieb:

> ich brauche reale Bauteile und Zeitbereichssimulation.

Nur nebenbei: Die Programme von Ansoft arbeiten im Frequenzbereich.

[meome (Gast)]

Das fertigungsgerechte Layout ist nunmal nicht Hauptzweck eines solchen 
Programms, und das merkt man Programmen wie Ansoft Designer oder auch 
Agilent ADS leider auch an - das ist oft ein ziemlicher Krampf 
verglichen mit "richtigen" Layouttools.

Jürgen B. schrieb:
> B3) Kann man eigentlich aus Ansoft-Designer die gerouteten Layouts
> exportieren? Kann man Gerberfiles erzeugen? (Ich weiß, das klingt nach
> einer dummen Frage, aber in der Online-Hilfe habe ich dazu nichts
> gefunden). Wenn keine Gerber-Files, wie dann?

AFAIK geht das nicht. Die Studentenversion von Ansoft Designer haben wir 
damals im Studium verwendet. Die Layouts mussten wir dann aber immer 
manuell in anderen Programmen nachbauen, um Gerberfiles für die 
Fertigung zu erzeugen.

[Günter R. (guenter-dl7la)]

In Erinnerung an meine Praxis mit Momentum und ADS (u.a. auf GaAs-ICs) 
stimme ich meome voll zu. Man brauchte immer ACAD und einen 
ACAD->Gerber-Konverter.

[Jürgen B. (juergenq)]

Zunächst einmal würde ich gerne einen interessanten Link beisteuern: An 
einem RF-Design Kurs der Universität Illinois wurde Ansoft Designer 
benutzt, um einen schon etwas komplexeren Aufbau zu realisieren: VCO + 
Buffer Amplifier + Bias Regelung. Die Entwicklung erfolgte in 
Funktionsblöcken.

http://www.ee.siue.edu/~alozows/courses/RfDesign/projects/schedule492.html

Es fällt auf, daß man nicht mehr davon sprechen kann, daß der Schaltplan 
noch seine klassische Rolle als "schematic", also als Abstraktion der 
Schaltung von ihrem räumlichen Aufbau, spielt. Stattdessen wird der 
Schaltplan schon so gezeichnet (mit den Sonderelementen 
Transmissionline, T-Stück, Cross, Mitred Bend usw.), daß er auf das 
Layout vorgreift. Eigentlich kann man sich - besonders im Beispiel der 
behandelten Schaltung - nicht vorstellen, daß Schaltplan und Layout 
nicht parallel entstanden sind.

Interessant fand ich besonders die Entwicklung von "Subcircuits", die 
nach klassischem Schaltplanbegriff einfach "Leitungen" wären, aber in 
Wirklichkeit komplexe Formen im Layout repräsentieren, die (zum 
Beispiel) zum paßgenauen Kontaktieren eines Bauelements nötig sind. 
Dadurch wird dann natürlich die elektromagnetische Simulation erst 
möglich.

Ich habe dann mal angefangen meine Colpitts-Schaltung von ganz oben noch 
mal im Sinne dieser Methode zu überarbeiten. Dabei muß man einige 
einfache Prinzipien beachten:

1) Man braucht (resp. ich benutzte ausschließlich)
1a) Transmissionlines
1b) Tees
1c) Crosses
1d) Mitred Bends

2a) Jedes T im Schaltplan ist ein Tee
2b) Jedes Kreuz von Leiterbahnen im Schalplan ist ein Cross
2c) Jeder Knick ist ein Mitred Bend

3a) Von einem T dürfen nur Transmissionlines abgehen
3b) Ebenso von einem Cross
3c) Ebenso von einem Mitred Bend

4) Jedes reale Bauteil/lumped Component muß an jedem seiner Anschlüsse 
eine Transmissionline aufweisen.

Auf diese Weise kann man jeden "normalen" Schaltplan in einen (ganz 
primitiven) Designer gerechten umarbeiten. Will man aber besondere 
Geometrien (eben wie oben erwähnt für Bauelementkontaktierungen oder 
dgl.) realisieren, dann ist wohl die Technik mit den Subcircuits nicht 
schlecht, da die vielen expliziten Sonderteile den Schaltplan ganz schön 
aufblähen (man braucht am besten einen 30'' Monitor, falls es so etwas 
gibt).

Am Schluß muß man natürlich die ganzen Bauteile im Layout-Modul noch 
anordnen. Leider fehlt da jede Automatik, außer der Ctrl-M Funktion 
"Microwave Port Align" mit der für eine Gruppe von Bauteilen die 
definieren Verbindungsstücke verschweißt werden. Dabei kann aber auch 
manchmal eine schon erzielte Layoutgeometrie wieder zerstört werden, es 
ist also kein Allheilmittel.

Das eigentliche Problem sind jedoch die Abmessungen. Logischerweise muß 
jedes der Stücke, die im Layout als Verbindungsstücke erscheinen (also 
Trls, Bends, Crosses, T-S auch, obwohl sie nur virtuell sind) definierte 
Abmessungen haben. Die Breite ist eher unproblematisch bzw. wird erst 
später beim Optimieren der elektrischen Eigenschaften wichtig. Aber die 
Längen entscheiden natürlich darüber, ob das Layout überhaupt 
"zusammenpaßt". Der Mathematiker würde jetzt sagen, daß man hier einfach 
nur ein simples lineares Gleichungssystem in soviel Variablen lösen muß, 
wie es eben Längen gibt, aber der Anwender wird sich wahrscheinlich in 
den Hintern beißen, wenn er das wirklich alles zu Fuß passend machen 
muß. Möglicherweise, man sollte sogar meinen ganz sicher, gibt es dafür 
schon irgendwelche Automatismen im Designer, ich habe sie aber leider 
nicht gefunden. Das sieht man auch im oben angehängten, von mir 
erstellten und zu dem ebenfalls angehängten Schaltplan gehörigen Layout 
- besser gesagt Pre-Layout, denn es wäre nur eines, wenn ich jetzt für 
alle Transmissionlines (und das sind nicht wenige) individuell die 
passenden Abmessungen berechnen würde.

Damit will ich erstmal die Detaildarstellung beenden und noch etwas 
allgemeines nachtragen: Es gibt im Web leider fast keine Tutorials zum 
Ansoft Designer (außer dem von Gunthard Kraus), die zu den wirklichen 
Fragen bei komplexeren Designs mit aktiven Bauelementen und mehreren 
Funktionsgruppen Stellung nehmen. Ich werde weiter suchen, bin aber 
schon etwas frustiert von der Sucherei. Die andere Sache ist natürlich, 
daß die SV so viele Einschränkungen hat, die alle (erst) spürbar werden, 
wenn man aktive Bauelemente in seine Simulation einbauen will. Übrigens 
ist Zeitbereichssimulation in der Vollversion durchaus möglich, wird 
aber etwas anders mathematisch verwirklicht, als bei den Spice basierten 
Systemen.

[W.S. (Gast)]

Jürgen B. schrieb:
> Jedes Programm, das so etwas kann, wäre mein Traum.

Du kennst die Geschichte vom Schlaraffenland, ja? Bevor einem dort die 
gebratenen Tauben in den Mund fliegen, muß man sich erst durch eine 
meterdicke häßliche Wand aus .... durchbeißen.

Genau so ist es bei all diesen tollen Programmen, sei es nun der 
Ansoft-Designer oder ein ebenso tolles 3D-Konstruktionsprogramm oder 
eines der angeblich ja viel besseren (als Eagle) Leiterplatten-Programme 
usw.

Es haben nur die wenigsten so viel Zeit und Muße, sich da 
durchzubeissen. Da ist schlicht die kostenpflichtige Schulung von 
vornherein mit eingeplant. "Lernkurve" ist ein Euphemismus dafür..

Ich will wirklich nicht behaupten, daß all diese Programme schlecht 
seien, das sind sie gewiß nicht, aber sie bedürfen eines Maßes an 
Einarbeitung, das nach meiner Meinung für das "sich selbst einarbeiten" 
schlichtweg zu groß ist.

Wenn ich mir was wünschen könnte, dann ein Programm, das sich freiwillig 
so einfach benutzen läßt, daß man damit auch ohne aufwendige Schulung 
sein Problem lösen kann. Aber oftmals scheitert das schon daran, daß die 
Hersteller sich in ihren Manuals (sofern vorhanden) nicht wirklich 
verständlich ausdrücken können.

W.S.

[Günter R. (guenter-dl7la)]

Den Link habe ich noch nicht nachgelesen.

Zwischendurch: Ich hatte das Glück, dass mein Arbeitgeber seinerzeit mir 
zwei externe Seminare eines didaktisch hochbegabten Theoretikers über 
'Simulation via sparsely populated matrices...' (oder so ähnlich ) 
bezahlt hat. Damals war SuperCompact und HP-Momentum für den HFler schon 
das Programm der Wahl, 'with a little help from my colleagues' 
natürlich. Die/einige Implikationen verstanden habe ich in praxi erst 
Monate bis Jahre später. Die Lernkurve....du weißt schon, man muss da 
durch, für den Einzelkämpfer ist das haarig. Damals haben wir von etwas 
in der Art von Microwave Office geträumt, heute bekommt man es fast 
nachgeworfen (für das, was an know-how darin steckt).

Für schmalbandige Anwendungen ist es vielleicht durchaus zulässig, ohne 
große Fehler durch Transformation zwischen Zeit- und Frequenzdomäne zu 
wechseln; nur: was ist 'schmalbandig', ist die Frage (so etwa ±20% von 
f_c geht wohl). Nachprüfen kann man das auch nur am Projekt.

Die Einarbeitungszeit, das ist genau der Knackpunkt, ist länglich, und 
wenn du fertig bist, hat ein Haufen Entwickler schon etwas Neues 
gebacken; und dazu gibt es im Glücksfall ein maschinell übersetztes 
Handbuch, if any.

Life's heavy...