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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
3 K7 h/ Z' z# W2 t$ s# B8 X; j" A6 q& N
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。
- r# K8 T) D5 I# C  {3 C/ F2 L' y/ z" s8 v1 d
叠层设置如下0 p7 Z  I4 n# |) D. g4 j+ {

' G# i* D; [* s: I# R$ s. H6 p2 N1 D$ o" B- ~2 a& i" l
1、SI9000算得在100MHz情况下计算RLGC模型的各参数：
% ?, l8 y7 B1 i! a4 _
7 ]9 P' b2 h$ u: a$ o$ N$ [) Y: h7 A/ {& W. v4 z
即SI9000计算的值如下(每inch)：8 M3 P, Q9 D7 F* E* M- ?
R= 0.363Ω   L=7.94nH  G=3.46*10^-5  C=3.03pF
( }( V' O1 o* c( O* [6 A/ g  W& N4 O

4 o. T9 L0 f! D$ ]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
2 J8 P% n8 d/ i
$ R2 W& E" t# w' Q! Y# ]- \! H# x% E1 {& E8 K: k, p! u3 Z
求解设置（比较高的精度要求）：" N0 G1 U, [$ ?7 c8 s
收敛：
4 a; O2 m6 h& k2 w+ q# {/ q1 \ 2 h1 n. L$ u: N: w

. x( g8 f: q6 t  r6 f' f求解的RLGC值：
1 I2 F/ G- \7 M1 T: d; t* ?+ Y
5 c: {5 i/ O% ?4 E% Z即Q3D计算的值如下(按每inch换算)：
, @0 p1 h9 q. G; q5 c" z! U' PR= 0.30384Ω   L=15.222nH  G=0.032678  C=3.1485pF
. [' R! u) S$ m3 c8 k
: J: d; _7 B+ B" v( L把SI9000计算的值再次罗列如下(每inch)：! n/ P) J. @5 t8 m9 x) A
R= 0.363Ω   L=7.94nH  G=3.46*10^-5  C=3.03pF
+ }) k0 l/ W, ^0 L$ `$ g: O: |- t) Y3 o6 ~2 Z: L: c2 `( o* `+ ~4 D% q
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)
& [/ `; E) u3 B7 X! s; p  z' a, `0 y! f* `, q* m( v
# T9 p" E0 c* b1 d: K5 M

$ d4 s! r6 U; e# `3 V, O
0 W) t0 y5 G3 C8 t! c7 L% d" v) Z" q+ x8 Y2 d( y; |2 l
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。
! Z2 }2 h. l* m! z% z3 L5 p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。; u& A/ u+ b  L3 R6 q3 Z* R3 p6 \
至于G，mS和S的单位差你难道没发现么？4 c. a$ n, |# ~+ H$ T# b* e

7 m+ Y$ [- U% l
作者: tanghao113    时间: 2015-11-12 15:02
cousins 发表于 2015-11-12 10:093 M! @+ [) t2 f8 e8 V6 O
这就涉及到一个partial inductance 和 total inductance的概念了。
  _: W* h0 B2 U! V可以肯定的告诉你Q3D和SI9000的结果是 ...

+ N9 Q  Z5 p/ k. P% _: e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。
' k9 R4 I3 k$ N$ g0 H8 f
0 l/ T# n1 U& [( \* \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？& k/ X+ q  m. {  i/ L- x
Lloop = Lself-signal + Lself-return - 2*Lmutual
0 Q, l8 `9 m8 r; ?5 a6 g1 N7 G  h; T
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？
+ i' K1 Q2 L: Y9 S9 V; ~% |5 ^' s
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？( U" C, y% J, h, C9 x" U

% {  O) v9 W9 F7 F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？
1 u& j: c+ q% }  Z8 v7 h* f
作者: cousins    时间: 2015-11-12 15:36
tanghao113 发表于 2015-11-12 15:02
, a9 r& {5 n+ m9 I  z5 K4 e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。: l6 ^3 i9 x/ _4 |

* L1 q! y% Y1 I# E. ^6 v* r" f2 v' ]按您这么说Q3D软件算出来的都 ...
! b) `6 e5 B9 t$ @5 T" e
事实上，Q3D算的就是loop inductance。: S* b. c6 U2 j6 F/ z: h! S
SI9000算的才是self inductance。
/ _' K) \7 b" |" h/ jRLGC构成的电路L11，而Q3D里算的是source到sink构成的环路的inductance。
5 m: l8 v) V! W: J# @& T' H
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." _6 |* U2 o) H$ x
' K7 O7 {+ W5 E! Z
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
) u. h; i) l% M, T; c4 L: _4 i> , 此言差矣，單 source到sink 為局部電感，Reduce Return Path 才成 loop inductance.
! _$ ]9 }' V& n+ ]1 E4 g
8 @3 L3 t2 A; o$ ~2 s! r3 d均勻傳輸線特性 ...

) Y4 A3 g2 s/ h9 q事实上，楼主的模型本就没选GND作为signal，而是直接用的ground net。
  p  ?0 |& R4 \3 `8 v% r算出来的matrix本就是包含了signal self+GND，没有signal net给你reduce。$ g4 q) F7 j1 l
那么我所说的source到sink的环路是loop inductance是不是成立呢？
$ e; ~8 w, `' ], l# r
作者: tanghao113    时间: 2015-11-12 17:36
本帖最后由 tanghao113 于 2015-11-12 17:41 编辑 6 d. e7 |) l$ j8 l7 A
Head4psi 发表于 2015-11-12 16:03  t' Q% e. [: |; C: v3 a
> , 此言差矣，單 source到sink 為局部電感，Reduce Return Path 才成 loop inductance.0 F& Z/ C2 q7 W- {
& A( D& l+ a! @
均勻傳輸線特性 ...
& B6 h' k6 Z3 z4 @7 W" m$ w/ w8 y$ i
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。' W1 w9 Y5 G! N, y5 ?. T5 n0 D  R

) _2 t7 H( ~" M" M  m8 A" U; E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& f  R& R: ~* }$ ?# J# G/ U
1 c) R3 X! H7 g) W) I4 g3 B
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。% b' x# ?9 x: h! X9 \8 H8 @  \

3 O; X6 A: M5 L( C同向时候（Original与Return Path矩阵）：
) j  E) k5 v- q. x! G # v( [% r4 w7 Z* n) `
即Q3D计算的值为(按每inch换算) L=7.2938nH( u9 _) w! \4 _

* {! r  i4 k* C$ }8 W# X反向（Original与Return Path矩阵）：# n2 _! r/ x6 V" C0 G3 d" `! U

% B6 [' I2 O8 k* `即Q3D计算的值为(按每inch换算) L=48.918nH
, g4 h. m8 S( A6 e( \
: k5 x& D0 ?1 l: N2 Q/ l" x. [' o5 p3 A" \. \; Q4 M6 i! _# X

! L, y9 E  w8 ]8 m* I4 K+ Z% s2 R$ Y9 v1 E) }
3 \: L  p8 G- v/ ?
作者: cousins    时间: 2015-11-13 13:36
tanghao113 发表于 2015-11-12 17:366 C/ [+ {) U  v# W
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。& K; B# j; ^. J1 a( V0 G/ g: B! O

9 Q8 u' I" J/ T7 `2 X ...

) e$ c- J) l$ e6 z( U* J' K/ ^选择同向的原因是因为Q3D是电流源激励。  I  w# c, m- c3 B* v6 F0 T, n
对于交流：
) Q' I; y# K! `: M3 Y/ ]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。( O; S# S% @- t  R6 {
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。
1 u. a. U9 R" U. C2 _5 B1 v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。
- A! h/ r- u9 R/ I& J% U  V+ P
/ }- v- O$ a: O9 H. }L matrix是有self和mutual部分的- \) \* |  f( B) g$ v
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。
: ~: ^9 n. T) N5 e* w4 P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。
% ?$ z8 A6 w/ g. X; Z* M6 J: \6 T) `$ a/ b! L

, O, u3 D8 N" ?, j  c) |5 {( u2 o$ e0 X
7 p' B8 F( C# L2 X- ?6 N, `* n
作者: tanghao113    时间: 2015-11-13 16:30
cousins 发表于 2015-11-13 13:36
! ^, i  P$ ^6 P0 e; @& f选择同向的原因是因为Q3D是电流源激励。
$ m/ H" S. D  T对于交流：6 d  ^" Z8 b  z8 u8 d
而测试点在source端，你如果加反向source，那么获 ...

* v: R+ b( ^0 b" y+ `6 P5 d8 E谢谢版主，我先细细消化一下。! V% t2 f( X( b9 H+ ~
作者: Head4psi    时间: 2015-11-13 23:27
本帖最后由 Head4psi 于 2015-11-15 20:39 编辑 9 w9 Z  h! K, u4 ^
cousins 发表于 2015-11-13 13:366 W/ u$ Y4 m. v6 {: T
选择同向的原因是因为Q3D是电流源激励。! [7 s1 z) b4 [$ w& ^
对于交流：
7 y, y: e8 r; F. @; }而测试点在source端，你如果加反向source，那么获 ...

( X5 U2 K; g* y- i% ]6 x
* @7 P7 g% W$ Z$ M( ^
) R; p2 z6 y8 U% ^2 ]2 U& Z; S  ~& R, e9 Q
作者: Head4psi    时间: 2015-11-13 23:29

7 ^# F. ^: ?) p. b/ A' u2 o4 T( u
作者: cousins    时间: 2015-11-14 07:52
本帖最后由 cousins 于 2015-11-14 08:09 编辑 9 n- q$ Y9 p8 ~) g+ |. ]& K7 S
Head4psi 发表于 2015-11-13 23:27
8 P4 n2 @. w7 N8 D5 r- S) g[ 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 ]
' R$ [- A' @! w5 c; o- I, { ...

- E4 ?! L# O8 [  Q5 ^: ~/ g0 T2 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。
7 L5 Z' ]8 S* o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?
8 y* S' M# x6 W: a0 Q
作者: tanghao113    时间: 2015-11-16 16:51
cousins 发表于 2015-11-14 07:52
5 c% _2 S  h, k5 X* G. Y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 ...

' F7 ]9 d' j4 c) f( @2 K看晕了，这个reduce martix太烦人了，自己看得头都大了
& ]) s* C5 r& S7 a( _, z2 e
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：

1 g& S% L# ^$ i( H9 L7 y0 z       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。+ w, g. ?, @/ [9 Y' Q
       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。
$ R' }8 F4 P  X3 ^+ m6 l
, O  N- p0 B& D; b% ~
, u& h. |1 z6 l) r" H' y

/ X( O5 V/ |/ H/ ~! m+ Y# n0 Q! m# l
2 M: F0 A& ?$ w  f3 D8 ^7 R
       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。  o2 d# I+ b( a( A( b

7 L4 Z3 Y: H5 G5 _5 W
3 e5 r( h2 m, Q' |
$ ^* L& P, e1 x$ z7 G
作者: tanghao113    时间: 2015-12-2 14:12
本帖最后由 tanghao113 于 2015-12-2 18:57 编辑
; T# |4 |" t" b# x/ `' x
Head4psi 发表于 2015-11-13 23:29

3 W! I% J: C/ a* Y, q& v; m  v! ^7 y0 m
9 G) P0 H. N0 v3 v5 a; v- Z
* z) r5 N' \( }; j. s' S9 g$ ?' Z' u1 o  R5 }# j. O+ f5 \
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）：6 k' X* n) b$ n0 z$ z5 n3 E, e3 D
$ m+ O% h) A6 b; s8 W7 D+ F' ?" z
' h+ f* j7 d) n; e
环路1（红圈）的环路电感为：（L11 + L12 + L13 - L1-return） + （Lreturn - L1-return - L2-return - L3-return ）
* K( c# L% y! J0 K3 k& ?8 q0 A) s6 I- e8 @4 J; o5 K* h: Z1 }
, a% `$ Y' c! x; I, J" O, G
其中，6 i! Z: V/ b  C% E. j3 \
L11为导线1局部自感（Partial self-inductance）; n  U: v& ~/ J) N# E
Lreturn为导线return的局部自感（Partial self-inductance）5 {% q- _1 e- i. n

2 N) H8 S: n6 z* \6 ?% }% O
* W" |0 v: [/ _  e: UL12、L13、L1-return为导线1与导线2、3、return之间的局部互感（Partial mutual inductance）
& j$ u+ d" }/ {! uL1-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）
" T" N. v; G7 ?/ Q' J, o
1 G6 `9 v5 {! M$ s
2 e1 P& U2 P5 t/ u9 A1 _6 J第一个括号内（L11 + L12 + L13 - L1-return）表示导线1的净电感（Effective Inductance）% i8 _3 L* f8 }
第二个括号内（Lreturn - L1-return - L2-return - L3-return ）表示导线return的净电感 Effective Inductance）
! Z8 Y, I% n0 l" ~8 W* s
3 z9 h! H  Z5 w( g, D0 r. J; m! `6 ~* B( v% k6 f
不知道我的理解是否正确，谢谢！; j# R, z5 {1 r5 E
作者: Head4psi    时间: 2015-12-7 11:32
我的看法如下，請參考。
- L0 p7 [2 r  A2 v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 g3 ^+ M7 t5 [, I. x: d, G, E* ], _
而 Return 就是 Lrr ，總 Loop 電感為 Lpp + Lrr - 2 Lrp 。8 R0 h% l7 O% K/ p
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。
5 Q0 ?) ~; i7 H( M1 Z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。
  d/ D5 V# P1 _! T5 t4 {0 L$ p0 S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。
, t) q  F' @: D9 k$ d, t$ i7 n% {% q! h9 x
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- T8 g3 g" i% i: l2 M7 \+ z$ t( x
事实上，Q3D算的就是loop inductance。+ ^1 n8 \$ E. L' _) `1 |5 z: \2 J
SI9000算的才是self inductance。  e% U6 i# s2 ^  X
RLGC构成的电路L11，而Q3D里 ...

# Z1 e; m, R/ K% x% i1 n0 s, 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？
) G1 A+ A9 R/ k. e) N7 T
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。
0 u/ K8 `" {3 F. F" E; H
! u0 L0 E5 P0 y& t  ~  l
! S+ X- M# P5 F; t; j( T- {
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。
" e% O/ {# w6 R0 m" JQ3D还是需要理解
, U& i6 w* d+ o$ K0 q Project7.rar (27.61 KB, 下载次数: 6) 6 Z) t) ~( I) e0 K

$ P; I! Y' W2 S6 ^' O
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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