Sim4Life ESD 工具介紹

在 Sim4Life 軟體中，內建了一個專門用於靜電放電(Electrostatic Discharge, ESD)分析的演算法，稱為 ESD 工具。這個工具的典型應用之一，是用於評估印刷電路板(PCB) 對 ESD 的敏感度。這類模擬工作通常相當具挑戰性，主要原因包括:

1. 商用 CAD 模型通常幾何結構非常複雜
2. ESD 訊號本身具有較長的持續時間

除此之外，若待分析的結構具有像是高 Q 值諧振器這樣的特性，系統內部的能量會長時間儲存，使得傳統的 FDTD (時域有限差分) 模擬方法在這類情境下效率低下。這是因為 FDTD 必須模擬足夠長的時間，直到所有儲能耗散，才能準確獲得系統響應，而這會大幅延長整體模擬時間。 

為了解決上述問題，信號處理領域的技術被引入來估算系統的頻率響應，當中包括: 

1. Prony 方法
2. ARMA (Auto-Regressive Moving-Average，自迴歸移動平均)方法

根據 Yang 等人的研究(可參考 Sim4Life 使用手冊中 2.5.1.3: ARMA - Auto-Regressive Moving-Average Estimator 所列的文獻)，ARMA 方法在模擬效率與頻率響應精度方面均優於 Prony 方法。因此，在 Sim4Life 中的 ESD 分析模擬流程，是建立在 ARMA 技術的頻率響應估算基礎上。 

在傳統作法中，為了觀察系統對 ESD 訊號的反應，必須直接輸入完整的 ESD 脈衝來進行模擬，但這樣會消耗大量時間與資源。而 Sim4Life 透過 ARMA 技術的應用，模擬效率可以大幅提升，其流程大致如下: 

• 僅需進行一次模擬，輸入一個高斯調變(Gaussian modulated)脈衝，此脈衝訊號短、頻譜寬，能有效激發系統的主要響應
• 根據模擬所得的輸出與輸入信號，利用 ARMA 演算法推導出整個系統的頻率傳遞函數(Transfer Function)
•  一旦取得傳輸函數，即可在不需再次模擬的情況下，預測系統對任意輸入訊號(例如: 真實的 ESD 脈衝)的頻率響應與時域行為

2. 模擬

•  使用 FDTD 求解器來進行寬頻電磁模擬，同時設置 2D 插值場感測器