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現在電磁場模擬軟體的使用相當普遍，最早是在RF射頻領域開始應用。工程師會使用3D FEM或FDTD進行天線模擬，首先確認Return loss的工作頻點是否符合規格需求。以藍牙4.0為例，規格要求為2.4-2.4835GHz，天線的Return loss必須在此頻寬範圍內產生共振，這表示能量確實向外輻射。接著透過電磁場型圖分析增益形狀：高增益型天線的波束較窄，能量集中於單一方向，適合遠距離傳輸；而全向型天線則是低增益，能量幾乎均勻分布在360度範圍內。

RF這類型的應用其實已經十分廣泛且成熟，從早期的無線通訊到現今的物聯網IoT設備都能看到其蹤影。然而，近幾年由於高速訊號技術呈現爆炸性的成長與進步，特別是在Data Center與AI運算等領域的帶領下，這類型的電磁場模擬軟體在訊號完整性分析上的應用更是大幅增加。現今，幾乎所有投入高速產品設計的公司，不論規模大小，都會特別配置專門的SI/PI團隊，根據各自公司的產品特性與應用領域，進行深入且全面的分析與優化。這種趨勢不僅反映了當前產業在高速訊號遇到的挑戰漸增，也顯示了電磁場模擬在現代電子產品開發過程中的重要性：

• 半導體製造(如TSMC)：了解矽晶圓所產生的損耗，以及不同半導體製程設計對SI/PI的影響。
• ASIC設計(如nVIDIA、MTK)：透過電磁場軟體設計封裝基板，並與上下游廠商進行共同設計及Co-Design，以確保IC出貨品質無虞。
• 封裝測試(如TSMC、ASE)：早期主要透過準靜態軟體抽取RLC矩陣來優化封裝特性。近期因封裝損耗在系統總損耗中的佔比快速上升(可看這裡)，加上走線密度提高造成的Crosstalk問題，以及電源對於訊號的干擾等挑戰，使得全3D模擬的需求大幅增加！

• ODM系統端(如廣達、緯創)：主要任務是設計PCB，需要透過模擬與測試萃取PCB材料損耗，並計算高速介面的系統損耗。除了本身的PCB外，還得考慮例如Cable、連接器等等的因子，與上下游零組件廠商一起做Co-Design，將產品優化到最佳程度。

電磁軟體，Port的分類：Wave Port, Lump Port and Circuit Port

初學SI的學生或工程師，一定會對於Port這種東西有所好奇，為什麼會需要特別去畫這個Port，這個Port是多出來的結構，這樣會不會影響最終模擬的結果？一定要這個Port才能跑模擬嗎？

簡單來說，Port就是讓軟體知道要在哪個位置激發能量的設定方式。對於使用過網路分析儀的工程師而言，Port就是要鎖網路分析儀的Cable的位置，模擬與量測的位置一樣，這樣才能做好Correlation！

而根據不同使用情境又發展出不同種Port，如果你覺得模擬結果差異很大，撇除結構modeling與材料這些問題，其根本原因很可能就是跑模擬時用錯了Port，該用Wave port的場合跑去用Lump port，最後再來說模擬結果怎麼這麼怪，恩…每種Port的使用時機各有所區別。而首先，你得先知道這幾種Port的差異，你才能在正確的時機擁有它！

Wave Port：最真實，高頻模擬表現最佳的Port

Wave Port是3D FEM軟體裡最原始、最早開發的一種Port。天線模擬都是用這個Port在激發高頻能量場。它能夠模擬一段半無限長導波結構的激勵，軟體會抽取Port截面的網格，求解Port橫截面上的電磁場本徵模態。換句話說，Port會對其橫截面執行2D特徵值分析，以取得該截面處傳播模態的電磁場分布及特性阻抗，再將此模態場作為激勵輸入整個3D模型。由於激勵場型直接源自截面計算，Port的電磁場分布更貼近真實傳輸線的傳播狀況，所以這個自己額外畫的2D截面並不會引入非實際的寄生效應。

就像這張圖，可以看到軟體會先去解我們給定的這個Port的電磁場型，再根據這個電磁場型做電磁波的激發：

上週也有提到，Wave port其實就是模擬的這個截面的延伸，可以想像成如果這個截面無限延長，在任何的位置，電磁場型都會保持一樣。這也是為什麼只有Wave port可以做De-embedded。

在傳輸線的應用上，Wave port的設定要足夠大，才能滿足場型的激發：

如果Wave port尺寸不夠大，就會看到激發源的電場被截掉了，這樣結果就不會貼近現實：

Cadence對於Wave port的一些解釋：

Lump Port：假設均勻電磁場，適用在微小結構的一種Port

由於SI/PI的需求，使用者很常需要在BGA、Connector、Silicon這種很小的區域內設定激發源，且很大部分不會有這麼完美的傳輸線供設定Wave port，例如Solderball，該怎麼畫一個大的Port做場型激發？(其實Wave port都可以…只是要非常有經驗的人根據可能的電磁場型去畫這個Port，再說一次：非常有經驗的人！)

所以Lump port就這樣誕生了！

Lump port的設定就簡單很多了，也可以說是有點無腦，不需要根據電磁場型畫一個很大空間的Port，只需要在訊號跟Ground之間畫一個連接的2D平面，再給定電場方向即可。軟體會在這個2D平面上的兩端施加均勻電場(或等效電壓差)作為激勵源。因此Lump port不需對截面求解本徵模態，而是假定該端口區域內電場為均勻或者說是有點類似理想平行板電容間的電場分布，以此饋入能量。

可以看到在這個2D平面中的場型都是固定一個方向，能量也都保持恆定：

這就回到Lump port的基本假設：電磁場強恆定！

由於這個假設，Lump port要用的好，這個Port不能過大，也就是說訊號與Ground之間的距離要越小越好，這樣代表實際上在訊號跟Ground中間的電磁場是越接近恆定的，才可以跟Lump port的基本假設一致。如果實際結構的這個距離過大，使用者又強迫兩者的電磁場是恆定，那…結果自然不佳！

所以，Lump port適合在小結構裡頭使用！

Cadence對於Lump port的一些解釋：

Lump Port De-Embedded

Wave port有De-Embedded，Lump port其實也有！

但是兩者的功能完全不一樣。Wave port是將Port做延伸，可以模擬短短一段傳輸線，再透過簡單的數學運算延長或縮短這條傳輸線：

而Lump port則是將Port的寄生效應透過數學方程式將其移除。可以在軟體裡將這個功能給打開。

就會看到結果會有所改變：

基本上建議將Lump port de-embedded功能打開，因為Lump port不像Wave port是解析真正的電磁場型以求得本徵模態，所以會有額外的寄生效應產生，早期的Lump port de-embedded功能其實還沒很完善，往往會用出很奇怪的結果…，不過現在已經很成熟了，有在用Lump port的朋友們可以打開它。

不過…別因為有這個De-embedded功能，就以為可以無痛把Lump port的長度變長…這完全是兩件事情喔！

Wave Port and Lump Port Comparison

Wave port和Lump port是在3D FEM軟體使用上最常見到的兩種Port，基本上Wave port的電磁場是比較貼近真實的世界，所以其高頻結果會比較好，當然Lump port在小結構上也是很好用的一種激發源，但是所謂的小結構是跟頻段有關的呀，越是高頻，波長越短，這個小結構理論上就要越小才會準確。

而照PCB的應用來講，我們測試過，大概40GHz左右應該就是Lump port的極限！這個其實見仁見智，為了有時候的一些爭議，在高速領域上，我們基本上已經很少在用Lump port了，有時候真的不是很喜歡看到比較怪的模擬又回去改Port重跑呀！

Circuit Port

或許你還聽過Circuit port？

這種Port通常出現在2.5D軟體上，例如Ansys SIwave or Cadence PowerSI。對於2.5D軟體而言，其實就是要個激發源讓軟體知道訊號要從哪裡跑到哪裡，所以Port的要求上比較低，又或者是說2.5D的演算法其實沒辦法接受像3D的Port要求。

所以設定2.5D軟體相對簡單許多，Port就是從訊號端連至Ground即可，這種Port會有寄生效應，且不能被De-embedded，所以在高頻的使用上(看產品，對於PCB而言一般是>20GHz)會有很大的限制！

Port的分類真的很多種，不同軟體根據使用上的需求還有再細分出例如Coaxial port跟其他種類的Port，但是其實都是以上這三種Port的延伸應用而已喔。

以下是透過ChatGPT o3 model做Deep Research得到的Wave port and Lump port比較，大概看過還算符合，加減混著參考：