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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]

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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

6 b5 ?. H, B; X9 u: {4 J. }1 J
$ _5 f- p5 ^2 G  j' C- U, Z! A" p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。

叠层设置如下

6 Z5 ?& p2 Z/ P1 D
2 S) s- C0 z2 _' }  v5 v1、SI9000算得在100MHz情况下计算RLGC模型的各参数：


即SI9000计算的值如下(每inch)：
; T8 O7 R: J# ~R= 0.363Ω   L=7.94nH  G=3.46*10^-5  C=3.03pF
3 |: y7 S1 f$ B$ I' l% G5 O0 w$ y
+ e% @" ]* R4 b4 y; w
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
; E+ N& K2 X9 h! U

求解设置（比较高的精度要求）：
% B7 H# H# L' y6 n) _8 h 收敛：
4 ^+ _- d6 Z% V0 {1 q% D& ?
; x3 }) j* w9 p$ K1 i8 ?
# ^$ W0 w2 q1 M% }3 j求解的RLGC值：

) G; e/ s3 x2 v即Q3D计算的值如下(按每inch换算)：
R= 0.30384Ω   L=15.222nH  G=0.032678  C=3.1485pF
4 ^" L, W6 \1 O$ f
把SI9000计算的值再次罗列如下(每inch)：
/ G" ]3 m/ `! ]. i- PR= 0.363Ω   L=7.94nH  G=3.46*10^-5  C=3.03pF

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)

2015-11-11 17:07 上传

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9 A; s$ q+ ^4 P( c
  r7 J" h! G" @( e2 M
; I3 ]+ C- B, t$ v+ K) v
) T1 Q$ g1 g: i! M; S/ _' u0 t

, x' \+ ~; _) O: H* i9 j

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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。
" f5 l0 w7 A( e0 e+ P4 b1 p& h( v8 X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。
& Y5 a* r8 t% S8 i* s至于G，mS和S的单位差你难道没发现么？

! P) G5 T" z" K; l( a# H

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作者: tanghao113    时间: 2015-11-12 15:02

cousins 发表于 2015-11-12 10:09
& c7 l' W# ]0 |2 Y& T6 i这就涉及到一个partial inductance 和 total inductance的概念了。
可以肯定的告诉你Q3D和SI9000的结果是 ...

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。
' @0 E- G" X7 V- p
6 j. Y  U) Q$ [7 j* ^5 ?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？
Lloop = Lself-signal + Lself-return - 2*Lmutual

) a3 ~' [% w3 N0 t" u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？
4 H* `, c% z2 q0 l; u
" X3 `* [3 Y8 o/ l5 ?& _$ h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？

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？

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作者: cousins    时间: 2015-11-12 15:36

tanghao113 发表于 2015-11-12 15:02
/ ?7 H) ?3 s+ R$ j  m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。
& ?! \- E" P7 a8 _% h' C: D& R
8 T( A, w& \* F7 w  j4 u! G) g" o按您这么说Q3D软件算出来的都 ...

0 i5 {* @8 E4 K; p事实上，Q3D算的就是loop inductance。
: j7 q$ E7 c0 CSI9000算的才是self inductance。
7 k6 U. q3 \# r3 x1 VRLGC构成的电路L11，而Q3D里算的是source到sink构成的环路的inductance。

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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.
( p+ `9 E) q5 U3 j! d  h0 ?
均勻傳輸線特性阻抗要與 Polar 比較，請用 Q3D 的 "2D Extractor " 求解。

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作者: cousins    时间: 2015-11-12 17:10

Head4psi 发表于 2015-11-12 16:03
> , 此言差矣，單 source到sink 為局部電感，Reduce Return Path 才成 loop inductance.
  ~( B" b/ I# {5 j( a0 x/ t
7 B9 A) Z/ b& `% T% R+ x( k均勻傳輸線特性 ...

事实上，楼主的模型本就没选GND作为signal，而是直接用的ground net。
& W/ f. m" G0 ?' y; o, ]7 o算出来的matrix本就是包含了signal self+GND，没有signal net给你reduce。
1 C4 {; c' @1 g8 B0 a9 @+ _: L2 L- f那么我所说的source到sink的环路是loop inductance是不是成立呢？
( b3 M- P9 V1 o7 ~

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作者: tanghao113    时间: 2015-11-12 17:36

9 o. t2 r3 [( k! |

Head4psi 发表于 2015-11-12 16:03
> , 此言差矣，單 source到sink 為局部電感，Reduce Return Path 才成 loop inductance.
" C1 q8 r8 `  r4 l# M3 N9 |
+ @2 K/ @, }, V' R7 Q1 I均勻傳輸線特性 ...

8 ?! v4 c4 b/ k! t6 c& T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。
/ [7 b( e6 h- L8 n2 ]
) b" w- X/ _6 G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

+ b$ G  y9 s9 p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。
6 B  ^/ H! X: U# z' z  o$ X
同向时候（Original与Return Path矩阵）：

即Q3D计算的值为(按每inch换算) L=7.2938nH

反向（Original与Return Path矩阵）：

9 h2 Y8 n- F& m5 K. c5 {即Q3D计算的值为(按每inch换算) L=48.918nH

1 a3 j$ ~% `4 {9 l& }1 R

: ]- L. Y% L' A2 J  X

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作者: cousins    时间: 2015-11-13 13:36

tanghao113 发表于 2015-11-12 17:36
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。

...

! a$ [! D; W$ Z) a; D5 H5 ^, X选择同向的原因是因为Q3D是电流源激励。
& ~  m+ y2 w) \2 i- x* i, x+ W对于交流：
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。
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。
0 N& p  u& h& @, p# 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。
" @: z+ l% Q' ^- t) v4 |! |
* t2 J' Y5 o! [. w' F5 f% l% oL matrix是有self和mutual部分的
* c/ F/ @$ O( o: 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。
, n9 y8 f% q5 M& O; \4 u% s7 d$ I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。

, X1 G4 ]6 i: d* M- ]+ J

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作者: tanghao113    时间: 2015-11-13 16:30

cousins 发表于 2015-11-13 13:36
, b+ I1 ^" O2 D, V0 n+ e选择同向的原因是因为Q3D是电流源激励。
9 s) D/ s, E6 t8 h( s0 g/ K* P3 U对于交流：
& `/ ?+ g; W/ I* T- l+ x: m而测试点在source端，你如果加反向source，那么获 ...

谢谢版主，我先细细消化一下。
+ C& |4 L! d8 J) Y6 K4 M

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作者: Head4psi    时间: 2015-11-13 23:27

cousins 发表于 2015-11-13 13:36
选择同向的原因是因为Q3D是电流源激励。
# N1 V1 k$ ?) I9 a1 G, z对于交流：
而测试点在source端，你如果加反向source，那么获 ...

" k6 l6 X& h6 D9 R1 y6 {
; y4 N2 o! G% M4 ]5 x

2 p% w. V! ~0 N! s1 J

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作者: Head4psi    时间: 2015-11-13 23:29

$ I$ }. g  Y9 S7 `  }% z

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作者: cousins    时间: 2015-11-14 07:52

0 S* s, }0 ^2 M( _9 P7 A; ^, }1 S

Head4psi 发表于 2015-11-13 23:27
[ 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 ]
+ F0 A  F- X$ q' ?. Y ...

8 W$ V+ e) S5 \8 ?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。
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?
& E7 v  q5 e2 E! X5 r* N# _

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作者: tanghao113    时间: 2015-11-16 16:51

cousins 发表于 2015-11-14 07:52
( a: Z  z# H+ F4 @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 ...

' y0 q- }0 V) r/ r7 V6 z/ g3 f看晕了，这个reduce martix太烦人了，自己看得头都大了
+ E( r& \! v. G7 ~0 _$ f& {1 H

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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

2015-11-18 11:45 上传

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PP_PartialInductance.pdf

2015-11-18 11:45 上传

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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：

       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。
- I% q9 R/ q( T5 \       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。


+ `( \  ]! z& `. Z0 A

6 G6 p+ x0 j* S- d7 y- \

       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。
' U$ S7 L4 e- f) @

' Z5 d/ Q8 N" |& k( l1 J' C

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作者: tanghao113    时间: 2015-12-2 14:12

Head4psi 发表于 2015-11-13 23:29

/ |3 a( A6 h5 q8 Y4 ?


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）：


  A7 F  u# ?& }" p& {1 Y6 M环路1（红圈）的环路电感为：（L11 + L12 + L13 - L1-return） + （Lreturn - L1-return - L2-return - L3-return ）
: O. R/ ~: l! ]. Q! }

其中，
% o: a5 ^9 M# j$ r3 n6 GL11为导线1局部自感（Partial self-inductance）
4 U8 |8 w8 D- W2 jLreturn为导线return的局部自感（Partial self-inductance）


L12、L13、L1-return为导线1与导线2、3、return之间的局部互感（Partial mutual inductance）
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）

& @6 W. ^- X5 |
第一个括号内（L11 + L12 + L13 - L1-return）表示导线1的净电感（Effective Inductance）
第二个括号内（Lreturn - L1-return - L2-return - L3-return ）表示导线return的净电感 Effective Inductance）

; i1 {1 x6 P5 P2 q
不知道我的理解是否正确，谢谢！

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作者: Head4psi    时间: 2015-12-7 11:32
我的看法如下，請參考。
- D+ E4 F$ [  s, ?6 _$ N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。
而 Return 就是 Lrr ，總 Loop 電感為 Lpp + Lrr - 2 Lrp 。
5 t5 N7 F- O, U* ?9 H6 n* i1 Y1 a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。
9 r# _5 e/ V5 n. t2 p1 ~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。
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。

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作者: zoe17    时间: 2017-3-4 12:10
学习了

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作者: zoe17    时间: 2017-3-6 20:22

cousins 发表于 2015-11-12 15:36
# Z9 V8 U/ W2 y" B; c+ [  q0 I; n事实上，Q3D算的就是loop inductance。
SI9000算的才是self inductance。
RLGC构成的电路L11，而Q3D里 ...

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？

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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。
6 e+ F4 s& C) @2 U  v: o' B
, t* E4 Y& N. h1 {+ D( ?
3 U* h) ~5 _  b! }( D+ [  b

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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。
Q3D还是需要理解
- J) A1 i; z, t9 ` Project7.rar (27.61 KB, 下载次数: 6)

2017-4-11 17:59 上传

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9 w# f' Z+ a# ~( @' [3 Z- l4 H

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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？

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作者: chen4507    时间: 2018-6-13 10:32
学习了，新手入门，还请多多指教

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作者: szhot    时间: 2018-6-19 17:57
高手啊，学习了。呵呵~

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