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基于HFSS脚本的集成电路设计仿真（2）：全自动参数扫描

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【简介】HFSS在射频集成电路设计起到了至关重要的作用，堪称射频集成电路工程师的左膀右臂。上篇文章中介绍了如何用Python对简单片上电感进行建模和仿真。

本篇文章，将在上篇文章的基础上，介绍如何进行参数扫描和SP文件的批量化自动导出。

1. 背景

在进行射频集成电路HFSS设计时，我们需要反复调节电磁结构的几何参数，并输出所对应的SP文件，再导入cadence或者ADS 中进行仿真。这种重复性的工作非常低效，于是研究了如何用代码去完成这类工作。读者可以直接拷贝、复用下列代码。

2. 简单片上电感

在上篇文章中，我们通过脚本创建了如下的简单电感。其几何结构如下所示。该结构具有四个几何参数：L，Lg，W，和D。

我们希望做如下参数扫描

变量名	Min	Max	Step
L	80 um	120 um	10 um
Lg	15 um	25 um	5 um
W	4 um	8 um	2 um

并按照“IND_L_Lg_W”的命名方式输出SP文件

3. SP文件导出

在文章(1)所示代码的基础上，我们可以进行SP文件导出

生成频率数组freq_arr

频率起始值为1GHz，截止值为5GHz，频率点数为401

freq_start = 1e9
freq_stop  = 5e9
freq_num   = 401
freq_step  = (freq_stop - freq_start)/(freq_num - 1)

freq_arr = [None] * 0

for i in range(freq_num):
	freq_arr.append(i * freq_step + freq_start)

导出数据

oModule = oDesign.GetModule("Solutions")
oModule.ExportNetworkData("D=\'10um\' L=\'100um\' Lg=\'20um\' W=\'6um\'", ["Setup1:Sweep"], 3, "tutorial_Design1.s1p", freq_arr, True, 50, "S", -1, 0, 15, True, True, False)

4. 参数扫描

以Lg为例，展示如何进行参数扫描

先改变Lg的值
再运行仿真

for i in range(3):
	Lg = str(i * 5 + 15) + "um"
	oDesign.ChangeProperty(
	[
		"NAME:AllTabs",
		[
			"NAME:LocalVariableTab",
			[
				"NAME:PropServers", 
				"LocalVariables"
			],
			[
				"NAME:ChangedProps",
				[
					"NAME:Lg",
					"Value:="		, Lg
				]
			]
		]
	])	
	oDesign.Analyze("Setup1 : Sweep")

5. 最终代码

将上述二者合并后，我们可以得出下列代码

import ScriptEnv

ScriptEnv.Initialize("Ansoft.ElectronicsDesktop")
oDesktop.RestoreWindow()
oProject = oDesktop.SetActiveProject("tutorial")
oDesign = oProject.SetActiveDesign("Design1")

freq_start = 1e9
freq_stop  = 5e9
freq_num   = 401
freq_step  = (freq_stop - freq_start)/(freq_num - 1)

freq_arr = [None] * 0

for i in range(freq_num):
	freq_arr.append(i * freq_step + freq_start)


for i in range(5):
	L = str(i * 10 + 80) + "um"
	oDesign.ChangeProperty(
	[
		"NAME:AllTabs",
		[
			"NAME:LocalVariableTab",
			[
				"NAME:PropServers", 
				"LocalVariables"
			],
			[
				"NAME:ChangedProps",
				[
					"NAME:L",
					"Value:="		, L
				]
			]
		]
	])		

	for j in range(3):
		Lg = str(j * 5 + 15) + "um"
		oDesign.ChangeProperty(
		[
			"NAME:AllTabs",
			[
				"NAME:LocalVariableTab",
				[
					"NAME:PropServers", 
					"LocalVariables"
				],
				[
					"NAME:ChangedProps",
					[
						"NAME:Lg",
						"Value:="		, Lg
					]
				]
			]
		])	

		for k in range(3):
			W = str(k * 2 + 4) + "um"
			oDesign.ChangeProperty(
			[
				"NAME:AllTabs",
				[
					"NAME:LocalVariableTab",
					[
						"NAME:PropServers", 
						"LocalVariables"
					],
					[
						"NAME:ChangedProps",
						[
							"NAME:W",
							"Value:="		, W
						]
					]
				]
			])
	
			oDesign.Analyze("Setup1 : Sweep")

                	solution_name = "D=\'10um\'L=\'" + L + "\' Lg=\'" + Lg + "\' W=\'" + W + "\'"
                	file_name = "IND_"+L+"_"+Lg+"_"+W+".s1p"
			oModule = oDesign.GetModule("Solutions")
			oModule.ExportNetworkData(solution_name, ["Setup1:Sweep"], 3, file_name, freq_arr, True, 50, "S", -1, 0, 15, True, True, False)

其中要注意两点：

HFSS对变量赋值时，需要带上单位。因此我们需要对变量，例如W做如下操作：

W =str(k *2+4)+"um"

HFSS调用仿真结果时，需要输入仿真结果的名称。命名规则如下：

"D=\'10um\' L=\'100um\' Lg=\'20um\' W=\'6um\'"

因此我们对仿真结果命名时，需要做如下操作

solution_name ="D=\'10um\'L=\'"+ L +"\' Lg=\'"+ Lg +"\' W=\'"+ W +"\'"

6. 运行结果

睡个午觉起来，发现仿真和SP文件导出已经全部完成(^_^)

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