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标题: Q3D仿真验证L、G分布参数差距巨大 [打印本页]
作者: tanghao113    时间: 2015-11-11 16:57
标题: Q3D仿真验证L、G分布参数差距巨大
本帖最后由 tanghao113 于 2015-11-11 17:14 编辑
' [6 K! P3 F6 k& }) k! O' z
9 g$ ?1 }% d- r9 b- ?1 b5 _近日开始使用Q3D软件。为了验证自己是否操作正确，故特意仿了一段微带线，但是发现其单位电导，单位电感有点差距。
% P7 J$ k. p2 O. l7 f* i& ]4 x0 ^" G: f& R7 i# G. I' Y' P
叠层设置如下
) b' Z! O  T- Q2 H3 o) _, ~8 }8 [2 \- |% r
6 Z( C; i9 t' W2 |* s2 r8 W8 l: ?, ?( \& N8 y: o) X/ q. ~( p
1、SI9000算得在100MHz情况下计算RLGC模型的各参数：) o" s( R' e9 A+ r( c$ \6 O

1 D) R$ V; g& t2 F# u$ c% b/ S
& S. i6 s& x1 G$ X0 K即SI9000计算的值如下(每inch)：. p: l5 O2 B- D/ d: d
R= 0.363Ω   L=7.94nH  G=3.46*10^-5  C=3.03pF
) e5 z! E2 f" V; d4 q. T* _; y" D
6 T6 l; g# b. r9 u- ]+ d5 j; b
2、Q3D依据同样的叠层建模，走线长度为100mil，在走线的两端分别添加Source和Sink，参考平面设置为地网络+ X- O! u& f' h" R

) m6 C% X2 y8 \# Y8 I
+ o  M) ]. y3 G求解设置（比较高的精度要求）：
) m9 P3 p8 z9 V0 Z" k! O3 ] 收敛：
9 |' _1 v+ b- }4 t% ^
& R; i8 v" m; D  E' Z4 i6 u) S+ c& M4 h3 n' C# g( o$ r% r
求解的RLGC值：( O2 E/ }  Z! ~: |4 `  i
+ Y8 X# L" j: k8 s, i3 ]
即Q3D计算的值如下(按每inch换算)：
3 U" E# z( y1 f2 Q# BR= 0.30384Ω   L=15.222nH  G=0.032678  C=3.1485pF, w3 E/ ]( [, O3 {& V# S: i

% b9 z- o, B% z把SI9000计算的值再次罗列如下(每inch)：
& K- E; A' {0 T6 }) L4 i$ [R= 0.363Ω   L=7.94nH  G=3.46*10^-5  C=3.03pF
+ E) _8 S, n5 u% h
8 _8 S3 k: H& ?1 L: K/ t4 s4 I7 D可以看到L和G差距非常大，想问一下具体是什么原因导致了这么大的差距？是Q3D软件的使用方法问题么？Q3D的模型如附件，软件版本为2014。 Project7.zip (22.29 KB, 下载次数: 14)
' @' h" J, G. e/ G
4 U! h  [2 r! t' E, R, `" O6 I6 L" E* E5 n6 w5 I
2 N9 U( z% x* y- d
2 F- [: t, I+ ^& n6 H( O
5 r+ S5 K9 @1 M$ u4 Q+ a" |5 s8 S7 ~
作者: cousins    时间: 2015-11-12 10:09
这就涉及到一个partial inductance 和 total inductance的概念了。( X# c, p* V) h: N4 I+ O
可以肯定的告诉你Q3D和SI9000的结果是一致的，差距估计也就在5%左右。
! _$ o6 a3 C' l! y: H/ r) b至于G，mS和S的单位差你难道没发现么？
1 I& z- w# q, P- ~% s2 g4 ]/ m: C  x4 q; c2 p% |
作者: tanghao113    时间: 2015-11-12 15:02
cousins 发表于 2015-11-12 10:099 j8 W& u& W9 j( [  h
这就涉及到一个partial inductance 和 total inductance的概念了。- a  w& [0 `( X1 ^" M
可以肯定的告诉你Q3D和SI9000的结果是 ...

! W7 g+ P& Y* \4 ~+ |6 o多谢版主！还是版主强大。G是我看错单位了，一急就犯晕了。。。见笑了。/ y; R8 v6 n" c
8 J0 _1 S% n1 q
按您这么说Q3D软件算出来的都是局部自感，要自己去通过公式换算成回路电感？: t& l9 z( d* {) `$ n
Lloop = Lself-signal + Lself-return - 2*Lmutual3 N+ F& H( a) B9 \
( h/ s  `. B$ M& y: {
上文我把参考平面Assign成Ground网络了，这样Matrix结果里面就没有两导体的互感。其实我把参考平面Assign成Ground网络就是想让信号线参考它呀，不然这个Ground网络的意义为何？5 h- x& |9 v2 G! b3 f
2 }  j' \, l7 p( u- s5 O" x! k$ G: p
那我想算Lloop具体应该怎么做呢？地平面也要设置成Signal网络，再加Sink和Source得到互感后手工计算？
% |1 p2 G2 w. {4 w
# K5 Y% b% ]7 V/ d4 a7 h还有对Reduce Matrix里面也有Ground Net和Return Path，对其用法不是很了解。版主能否详细介绍下呢？非常感谢？" E5 n) s) w9 c5 h( m# F
作者: cousins    时间: 2015-11-12 15:36
tanghao113 发表于 2015-11-12 15:02
5 T1 z+ @1 L/ b5 p4 T多谢版主！还是版主强大。G是我看错单位了，一急就犯晕了。。。见笑了。
1 I1 f& X7 l" r, c! E  c! m! m, E5 f: K
按您这么说Q3D软件算出来的都 ...

+ a+ x5 j1 G9 D" K事实上，Q3D算的就是loop inductance。
# v3 l, y' C1 S* y4 o8 V1 aSI9000算的才是self inductance。! p: p+ M6 [5 s# d
RLGC构成的电路L11，而Q3D里算的是source到sink构成的环路的inductance。7 G' q4 J$ |( g7 F5 i% W+ M
作者: Head4psi    时间: 2015-11-12 16:03
<< 而Q3D里算的是source到sink构成的环路的inductance >> , 此言差矣，單 source到sink 為局部電感，Reduce Return Path 才成 loop inductance.
  X4 u* F8 c9 ~9 M9 F
, U$ W: Z( U4 H" u均勻傳輸線特性阻抗要與 Polar 比較，請用 Q3D 的 "2D Extractor " 求解。
作者: cousins    时间: 2015-11-12 17:10
Head4psi 发表于 2015-11-12 16:03; s/ s. l1 W. y7 B
> , 此言差矣，單 source到sink 為局部電感，Reduce Return Path 才成 loop inductance.
# b, ^! i9 R& M; Z/ }5 n. I6 K% C% X) D6 W
均勻傳輸線特性 ...
3 w1 E5 ]9 r* W
事实上，楼主的模型本就没选GND作为signal，而是直接用的ground net。
" B+ r+ [# X+ G; Y$ F4 R0 X% O算出来的matrix本就是包含了signal self+GND，没有signal net给你reduce。. O2 k9 @) w# V" S, K' N
那么我所说的source到sink的环路是loop inductance是不是成立呢？
! D: o$ k0 l' n1 R( T
作者: tanghao113    时间: 2015-11-12 17:36
本帖最后由 tanghao113 于 2015-11-12 17:41 编辑
; p9 `# H% N4 s3 k# g# ]  G
Head4psi 发表于 2015-11-12 16:03
3 p* G/ p  A; m> , 此言差矣，單 source到sink 為局部電感，Reduce Return Path 才成 loop inductance.) S* K' Y# o9 m7 \1 k  |8 ]
/ I; V3 y, J2 D2 {! F
均勻傳輸線特性 ...

4 l( h, X/ w" @/ v( N5 m之所以验证传输线是因为这是手头上能够对比的最好模型，以便验证自己对Q3D软件的使用理解是否正确。
4 y& {1 ^$ F; v
* P3 l- ^- J8 n果然是的，信号与参考平面都Assign为Signal Net，用Reduce Return Path后与SI9000比较符合。且Reduce Matrix可按Original Martrix通过以下公式计算得到Lloop = Lself-signal + Lself-return - 2*Lmutual
; I1 r4 \% g# Q/ v& N! n) H- @+ i% K' m2 N3 Y3 @8 [" `. D
其中设置为：信号与参考平面都Assign为Signal Net，都设置好Source和Sink，不过要使得电流方向方向要设成同向，若设成反向则超出很多。经分析与Lmutual的±号有关，不知为何要设置同向电流，比较难以理解，按理回流应该反向才对。% C$ H* [5 w  d5 ]$ s

& ]" u8 o$ n5 D8 v0 Z# E同向时候（Original与Return Path矩阵）：  [# ?/ d) ~3 P; G4 R* m! L
' ~3 d/ o8 c5 u# n6 n4 r# K
即Q3D计算的值为(按每inch换算) L=7.2938nH
+ X) [) t9 P2 R: y, D
, g2 f" C2 v) U) D3 Y反向（Original与Return Path矩阵）：
* u  @  m3 {& i1 v' r5 c3 r
) {) _. u( @7 G# Q$ ]/ E即Q3D计算的值为(按每inch换算) L=48.918nH
/ X$ v9 f$ w  q0 {$ u
, I6 u- t# g1 L; P8 @0 s) |1 w+ V: `, @/ R
  q% T! S  X/ A5 E8 T6 X3 J

1 D% _( g5 m/ H; Z$ l
' f/ x8 g0 Q. ]2 K& H5 B$ q
作者: cousins    时间: 2015-11-13 13:36
tanghao113 发表于 2015-11-12 17:36
4 G& X" z4 F" ^3 k' X- {2 F! c之所以验证传输线是因为这是手头上能够对比的最好模型，以便验证自己对Q3D软件的使用理解是否正确。0 ]# D* |" U+ z5 N6 L, ^0 x

- u+ P/ f& R4 b7 n. l& V ...

/ @) a3 F7 Z! Z7 V7 Y& o& a# v% {选择同向的原因是因为Q3D是电流源激励。0 K- K# q7 q; c* q
对于交流：# r& F$ W% F& s: D) [
而测试点在source端，你如果加反向source，那么获得的互感就不是微带线正馈和负馈构成的端口上的互感了。
2 K2 B1 ?4 o/ Q4 e  Z正确的算self inductance的方式应该是地平面加infinite GND boundary，因为真的参考面只有与正馈相邻的面，参考层的地厚度对微带线几乎无影响。
9 E4 y* S3 |* l. J你如果一定要用singal的方式，那么就要以同样的馈电位置形成端口，然后reduce return或者reduce ground去除到地的互感影响，否则就不是正确微带线的模型。+ @/ R* x/ [# Y  S! b+ j4 O
! c: ~2 J4 q% P8 ^
L matrix是有self和mutual部分的
2 ~8 A; w; g1 \0 S环路中的loop inductance和self inductance只有在构成信号环路且返回路径为电边界的情况下才相等，因为此时的mutual为0，self就是loop。若不是电边界，视作信号线的话，那么其就存在mutual，self就是parital。partial inductance是存在于两个导体构成的AC环路中的其中一个导体的本身电感。! K, R) f2 ~9 K0 Y$ W+ d
你原始工程文件的GND NET方式是没有GND测试点的，所以测出来的就是signal的loop inductance，只不过其AC环路没有包括地而是到无穷远处的电边界，而GND NET只是其中一个静态线，但是其算出来的self inductance是不是等于和地构成的环路的partial inductance，答案是否，你可以删掉GND的copper，你会发现结果和有这个inductance会略增大，但是差异不大，很显然就是去掉了signal到GND net部分的mutual inductance影响。所以你算出来的这个self inductance值，到底是个什么东西，取决于你的激励和边界是不是和真实的信号传输线结构相同。
7 z" k! I- `. b  e; G
/ w4 I5 O( H9 t4 Z; ?/ `4 B& a# `0 P$ f# H7 ^

! Q' H5 A) r# A: L( c! g% q
作者: tanghao113    时间: 2015-11-13 16:30
cousins 发表于 2015-11-13 13:36- n2 `7 D: t# s# u5 r8 L. K" w; }
选择同向的原因是因为Q3D是电流源激励。/ S9 K, z1 [* h  k9 A
对于交流：1 n  B, Z  ^+ @# j; I! v
而测试点在source端，你如果加反向source，那么获 ...

' t  Z. Q" T: M0 Y谢谢版主，我先细细消化一下。
) x6 e* y# b0 f) B* ?& n
作者: Head4psi    时间: 2015-11-13 23:27
本帖最后由 Head4psi 于 2015-11-15 20:39 编辑
. W: K5 F' A% a
cousins 发表于 2015-11-13 13:36  l8 q! g6 S3 I2 \' v  K/ |
选择同向的原因是因为Q3D是电流源激励。
" L8 e$ g1 a. h, z9 j5 O5 Q对于交流：
& w" G( F$ C$ _! i5 N+ I2 D1 Y而测试点在source端，你如果加反向source，那么获 ...
7 v( ^3 K* r- r. T4 r

+ X8 D7 X4 o( R: b+ K3 R
" }9 {+ _7 I; L& T# g& w5 @9 s3 a8 C& a3 ?+ T
作者: Head4psi    时间: 2015-11-13 23:29
; B3 Y1 A, ~0 c9 a: m& F5 n
作者: cousins    时间: 2015-11-14 07:52
本帖最后由 cousins 于 2015-11-14 08:09 编辑
) U( p# _+ p6 a- B2 C9 `
Head4psi 发表于 2015-11-13 23:27
1 p' v. \3 Z  g9 U# }/ R# v[ self就是parital。partial inductance是存在于两个导体构成的AC环路中的其中一个导体的本身电感 ] 8 Z! {) Z. G  X& E) t$ y
...
  }. H9 A' _3 S- I5 h7 G9 g* T
我都讲了self为partial有前提条件了，你不要不管我前面所陈述的条件，我说的是存在两个导体构成一个环路，有对静态地互感的前提下，自感为partial。
% o2 m: R! F" u& R# Q% G而且，你这样讲就和你之前所说Q3D算的是partial矛盾了，楼主最开始的模型算的L11难道不是自感？你又不是很肯定的说是partial?
- ?% v5 `. p$ ~2 V$ s/ ?
作者: tanghao113    时间: 2015-11-16 16:51
cousins 发表于 2015-11-14 07:52
; p* y+ L$ k0 {$ {" L我都讲了self为partial有前提条件了，你不要不管我前面所陈述的条件，我说的是存在两个导体构成一个环 ...
- G8 C" {% H4 Q. d
看晕了，这个reduce martix太烦人了，自己看得头都大了
% }0 q, t( S+ v8 P6 I
作者: tanghao113    时间: 2015-11-18 11:45
光是这个电感就够我回去在研究一遍电磁场了，先传个附件，学习学习

Archambeault3.pdf

580.95 KB, 下载次数: 23, 下载积分: 威望 -5

PP_PartialInductance.pdf

273.01 KB, 下载次数: 34, 下载积分: 威望 -5

作者: tanghao113    时间: 2015-11-19 17:44
       最近这几天有好好学习了一下Q3D的官方教程。了解到Q3D软件解出来的都是Partial inductance（局部电感），而Q2D或SI9000这些2D场解工具算出来的都是Loop inductance（回路电感）。如下图所示：
: L. A1 [7 w: t0 k. S" t
       其中Patial inductance又含Partial self-inductance（局部自电感）和Partial mutual inductance（局部互电感），有关这两个概念可参见Eric Bogatin大师的书，上面写得很清楚。# j  R$ d8 @. {: M; G
       为了实测（其实实测的就是Loop inductance，因为必须要形成环路才会有电流流过）能与Q3D的仿真数值能联系起来，必须使用Martix Reduction来获得Loop inductance。如下图所示。% l& q: ?8 X8 g

% U7 f3 i3 d1 ?  x# Q) X  W' {. G
3 u, d$ {9 @% ?! `+ F

( l& ?* Q+ `/ w! `
- S3 E) E/ R  s; L# ~
; J" l, ~* \/ ~8 f       Q3D可以求解出Patial inductance（局部电感）LS1，LR1，LS1-R1，为了得到Loop inductance（回路电感），用Martix Reduction中的Return Path来求得。7 @7 t, h8 T/ L

3 E1 j$ `7 C2 k& R( e! S4 C- C9 D8 I8 o4 M4 M
2 j: c, e9 k4 h: v
作者: tanghao113    时间: 2015-12-2 14:12
本帖最后由 tanghao113 于 2015-12-2 18:57 编辑 9 I) s+ W% C, X& B3 J
Head4psi 发表于 2015-11-13 23:29
7 \, x2 X! i0 a' D" C, q6 w0 }
+ ^7 J$ I! v" y5 x: t0 ^; k; F. P5 Q
; K+ x" b3 v6 m$ ]  W* Z! f
& X; N' I3 {3 Q0 A9 |1 W# o
有关多根走线共用返回路径的环路电感的计算，我的理解如下（电流流向如上图所示）：" \8 x4 g6 F1 G! L

8 [% C% G  E2 L( z' q
# B: W+ b0 E; q* L3 S% D环路1（红圈）的环路电感为：（L11 + L12 + L13 - L1-return） + （Lreturn - L1-return - L2-return - L3-return ）, ?/ P+ h; b5 r1 f

+ k0 C; p+ u/ o  l6 \* G8 l  o, W( L' s* W  y
其中，6 n) ]& ]2 O/ e' M5 V
L11为导线1局部自感（Partial self-inductance）
: ~  A/ X2 S5 [" Y5 u4 p8 h/ G( c% ?" uLreturn为导线return的局部自感（Partial self-inductance）
" S& \) Z( \% y, x$ W* x  K8 @8 @! o: r1 q* _8 z0 b! c2 [
+ Z) {# r. a+ S3 ?
L12、L13、L1-return为导线1与导线2、3、return之间的局部互感（Partial mutual inductance）* A+ I9 V0 O! ^1 W$ M7 y
L1-return、L2-return、L3-return为导线return与导线1、2、3之间的局部互感（Partial mutual inductance）
) J1 V; I- O) D' L/ E0 N0 K/ b2 |! F; o# f5 X* W& g
3 g' H8 N5 Q+ H5 y+ l2 W
第一个括号内（L11 + L12 + L13 - L1-return）表示导线1的净电感（Effective Inductance）
( Y- t) J; F2 {! v; E  \! q第二个括号内（Lreturn - L1-return - L2-return - L3-return ）表示导线return的净电感 Effective Inductance）
, G# ]. X1 n+ |$ Y) W
+ p) w5 Y0 z1 i9 K9 A* Y2 \( g* U! T0 `7 z' o
不知道我的理解是否正确，谢谢！+ e" o  G- b" v9 A
作者: Head4psi    时间: 2015-12-7 11:32
我的看法如下，請參考。9 P1 v' ^  i& ]* b1 U8 I' c
就同相的 Sourece - Sink 整體而言，L11, L22, L33 應該是並聯的結構，等效電感 (Lpp) 計算參考 Eric Bogatin 書中的 6.14 節。3 G4 l/ g! i: }7 D1 t; q
而 Return 就是 Lrr ，總 Loop 電感為 Lpp + Lrr - 2 Lrp 。1 U* s$ v7 R% A/ K
但是單獨看 Loop 1，2, 3  的 Loop inductance，則分別是 L11 + Lrr - 2*L1r，L22 + Lrr - 2*L2r  及 L33 + Lrr - 2*L3r。
0 ^( m  {! o7 S6 j& e只不過 L1r , L2r, L3r 的量不同。另外，這結構還會有 L12, L23, L13 的互感參數。手算已經很複雜，就靠 Tool 幫忙了。! P' u9 n0 o- a8 v. l
只要你正確的設定 Q3D 的 reduce return path，不管 Single return net 或是 multiple return nets 都可以。7 W& G: V6 _& H0 u
作者: zoe17    时间: 2017-3-4 12:10
学习了
作者: zoe17    时间: 2017-3-6 20:22
cousins 发表于 2015-11-12 15:36' l7 j* q$ Q/ x, u. r" B
事实上，Q3D算的就是loop inductance。- Q" p* |0 L0 U/ A
SI9000算的才是self inductance。
7 o" K2 L' u9 C: t' \RLGC构成的电路L11，而Q3D里 ...
; s# p( P* Z- u& U/ }$ o& H
请教版主一个问题么？我在SIWAVE设置好PCB的相关叠层参数，导出到Q3D的时候PCB介质显示一整块的，不是我想要的结果，这种情况该怎么办呢？
; V6 R/ t0 V( b3 Q, d, z
作者: pjh02032121    时间: 2017-4-1 16:05
做过Q2D的阻抗仿真和SI9000的差别在2%以内，但是频率在2Ghz以上，2Ghz以下则差别很大。. [5 j0 O1 y* q# y3 T% A. k
3 N8 b1 ?- F  w/ Q2 m

: F7 e) a' m7 h, ^% C3 k7 d
作者: pjh02032121    时间: 2017-4-11 18:00
我计算的跟SI9000差别不大，除了L值外。
0 G7 @$ E) L( ]$ ^( ?0 X: @% FQ3D还是需要理解$ V  s5 _% \2 K' d( M4 U
Project7.rar (27.61 KB, 下载次数: 6) / d( y% y3 L9 ~% R# J

3 i) r; q9 S' U. ]( V
作者: yqw_love    时间: 2018-2-5 09:46
楼主能够分享一下最新的模型，让小弟们查看学习一下呢？
作者: chen4507    时间: 2018-6-13 10:32
学习了，新手入门，还请多多指教
作者: szhot    时间: 2018-6-19 17:57
高手啊，学习了。呵呵~



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