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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 + |% f$ n$ T: c* H% r1 K1 G

7 o; H8 \3 a2 |/ F5 O. u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。% [9 D5 b- w0 f* E

! I8 O. p$ U) d& O9 S4 D$ a叠层设置如下
/ i/ c5 J, K6 ?% J
9 q% `: X# z1 d4 m# ?( i, K( ?, F8 G+ _6 j8 p) P; y7 w
1、SI9000算得在100MHz情况下计算RLGC模型的各参数：
" L/ _( |8 B$ f( A$ v% A; | ( ^6 `6 c$ J3 C9 u' n
2 j  p0 X6 e5 C- k; [1 v; I
即SI9000计算的值如下(每inch)：( [1 [+ Z* g$ Z4 t
R= 0.363Ω   L=7.94nH  G=3.46*10^-5  C=3.03pF3 @3 R0 c; L! t- a) {0 l- [* ~

  y8 a0 a# P" E3 e) L; ^4 g% w- P7 q. z; K. A2 z$ `
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
7 s4 R8 \7 g0 Z! z$ y# _( l- g$ r 2 i2 L3 p$ H6 U/ R/ h7 q
- H3 S9 g1 ~! \3 ]& s
求解设置（比较高的精度要求）：
& ?& B8 T; d1 e 收敛：
, @# I+ f1 c  \- N
3 k  s# t$ q& E( M& J4 |3 I& Y/ C
( i4 Z6 J& w( v& I求解的RLGC值：
3 Y0 Y* r( O/ ^1 ~6 O3 M% D( k- l
4 `6 d( R- @/ R5 ^& e即Q3D计算的值如下(按每inch换算)：% A: d/ B3 X! T' N; i, ]! r
R= 0.30384Ω   L=15.222nH  G=0.032678  C=3.1485pF6 y) D# Q& T+ w( W% E3 e5 [
4 u' h- f% u, a$ |( |6 F% ^0 ~
把SI9000计算的值再次罗列如下(每inch)：
% v% E; ?2 k/ m4 K8 s% MR= 0.363Ω   L=7.94nH  G=3.46*10^-5  C=3.03pF
2 |% h4 o6 B- T# I0 `' ~( R
. [# S. I" L) J$ Q: x' c5 F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) ; n, T) Q, i9 w* Z! r4 @

: k' h& S, B/ |6 q5 k" c  E" w& s: s. y" m
8 H$ n1 A3 m( B( k5 G6 P
/ x2 j+ I3 i8 w% b" n2 ]5 a

  v, {! {. H9 E
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。
6 l5 a4 p- ~8 I6 O$ q5 k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。
! m& P1 b# u$ ~  _% e至于G，mS和S的单位差你难道没发现么？
, i4 G  J! }. Z/ j0 R* R# }2 a* F4 @. D: ]" s& b
作者: tanghao113    时间: 2015-11-12 15:02
cousins 发表于 2015-11-12 10:09' H/ s* Q) g8 \% i* _9 T# C' S
这就涉及到一个partial inductance 和 total inductance的概念了。
4 {" r2 I5 _1 [; y8 b4 M  K可以肯定的告诉你Q3D和SI9000的结果是 ...

& q% V/ k* K; L/ x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。
; U! W# P/ s) V/ S' o6 U
& u3 }4 ^- P# @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？* b: `% j, z7 y
Lloop = Lself-signal + Lself-return - 2*Lmutual, d/ m: V9 O3 y

7 h& P( I' v/ Z1 t5 r" W7 T0 D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？
! l. e% j/ g* }6 q2 z; d
) z4 Q6 s/ F" q+ Z, P3 w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？
, q( t! R1 L/ U! l& }+ f% @9 a$ u: p& e) L
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？
/ B3 F. b- J% N" X  R
作者: cousins    时间: 2015-11-12 15:36
tanghao113 发表于 2015-11-12 15:025 y9 X  T, I$ }% w' Q2 N
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。
) A4 Y+ l. B8 n- L
2 z8 ~9 y6 i$ [. {6 s. X  `/ k按您这么说Q3D软件算出来的都 ...

; J8 m- ^7 P  J: o) d事实上，Q3D算的就是loop inductance。
3 r- X* }: E: {SI9000算的才是self inductance。
- Q- t+ `1 u6 _- ]/ `2 p8 HRLGC构成的电路L11，而Q3D里算的是source到sink构成的环路的inductance。' N9 ]6 Y4 Y# j; O
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.
8 b2 X" A) l8 ?! T+ D4 a
4 _; J. @" ^1 K' j# H$ J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
8 b+ o: b0 D; M: s& ?5 ]4 {> , 此言差矣，單 source到sink 為局部電感，Reduce Return Path 才成 loop inductance.
; K: X$ j+ B* P1 T" }+ d& \3 `* d# r1 r1 C5 B2 Q
均勻傳輸線特性 ...
6 j7 R& T  a5 g* o0 `
事实上，楼主的模型本就没选GND作为signal，而是直接用的ground net。
+ I: o! U' t( V算出来的matrix本就是包含了signal self+GND，没有signal net给你reduce。$ q& Z% d. ]* q& V# {8 u0 e2 r4 p* |
那么我所说的source到sink的环路是loop inductance是不是成立呢？
' C( j/ Q% G" s) P
作者: tanghao113    时间: 2015-11-12 17:36
本帖最后由 tanghao113 于 2015-11-12 17:41 编辑 9 A8 n6 L) q( j) Q
Head4psi 发表于 2015-11-12 16:03) V* G% w* _9 X8 {% p3 z$ O* S* e
> , 此言差矣，單 source到sink 為局部電感，Reduce Return Path 才成 loop inductance., B: _( h& e. f) H) o& B" F( K8 Q. q2 c
* |3 M) G7 K1 m$ B5 Q$ F- g5 J2 x
均勻傳輸線特性 ...
, e9 S  [$ r+ ]5 m; S; J- 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。# C  V' l9 e1 q% [0 e( P: e8 g5 o

' a3 d& G2 }  o& S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
& d7 @# _2 u7 n. ]) z+ N( S
2 k4 u. _4 s2 h5 \% V2 s3 l6 a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。2 t/ N$ Y- S0 Q" N( ~( o
4 i/ X: I' n( w' A: F7 A/ g' P. `
同向时候（Original与Return Path矩阵）：
$ ~( Y' X) u  Y0 h) z  E0 E" l
) g+ r' w1 f/ H$ ]% T即Q3D计算的值为(按每inch换算) L=7.2938nH: v. I0 _( B& R; |; C8 f

4 @0 N) k$ K. g% m$ E/ s" f反向（Original与Return Path矩阵）：( S3 M7 }3 s# |
! C) g2 p8 q; h& E. O: l5 V
即Q3D计算的值为(按每inch换算) L=48.918nH8 F. z) @9 s, A6 n" ^
& M' R+ ^. V: m) k0 Y7 _

: h$ C2 ?* O0 j$ }. d/ a% ~
0 _2 k0 U' D  B& ?; y+ l6 Q7 m0 Z6 j# Z' W: y7 |+ \

8 y3 l9 S4 f* E" |5 X* I! Y
作者: cousins    时间: 2015-11-13 13:36
tanghao113 发表于 2015-11-12 17:36
" m/ N2 R! |5 t" z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。, T; I4 J. @0 v9 n  l& c! @6 u% v$ ^5 a8 o
: y0 Y8 K; j5 i( L9 y) O& O
...

0 r' `9 }0 ?/ K- |选择同向的原因是因为Q3D是电流源激励。
: x4 @4 m) l& B; f对于交流：2 [- s4 D0 N- m+ i* L" D6 ~# w& O
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。" V% Q+ c( c' m8 B) T  _& T% q0 V, }
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 `6 d$ n6 X1 c$ h: Q) }( o3 k9 u
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。, s  A1 |7 j- v- F- g$ \9 y+ A
+ x7 |+ W' Q2 U3 A  E
L matrix是有self和mutual部分的
' Z7 B  G# A2 O7 \4 e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。) Z) g( u: G6 _( c" U8 \
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。
8 a% R1 Z0 f) b2 W* J& ~- Z2 e7 v; G  S, ~/ g
- ]" y: k) Y  \# P' O; d

9 k# l  q4 H0 \: e8 Y. [
作者: tanghao113    时间: 2015-11-13 16:30
cousins 发表于 2015-11-13 13:36! I% _: \5 d& ~7 F
选择同向的原因是因为Q3D是电流源激励。2 K, l; m# j' {
对于交流：+ j& U; k% G6 F7 X/ Q, X
而测试点在source端，你如果加反向source，那么获 ...
8 g8 K! u. s, M+ |* }& E/ v+ K
谢谢版主，我先细细消化一下。7 T; O5 i3 @. ?& K3 @
作者: Head4psi    时间: 2015-11-13 23:27
本帖最后由 Head4psi 于 2015-11-15 20:39 编辑 $ i/ ?7 Z$ Q7 M0 m% q: w4 t5 j
cousins 发表于 2015-11-13 13:36
- Z% ~  X4 C0 E选择同向的原因是因为Q3D是电流源激励。9 m5 K$ O; }2 y9 ?* n8 c/ S, h
对于交流：
, B0 [7 w# {3 F, N+ K+ o0 s而测试点在source端，你如果加反向source，那么获 ...
+ B8 r9 ]- Y1 u3 y& j) p7 G+ Z

! M1 ^$ ~% x% E  X+ I/ `2 n$ n" Q
, W' u$ T8 V" L, G; F: a' E2 ]; s9 ?+ `% ^
作者: Head4psi    时间: 2015-11-13 23:29

, O5 U7 u- }, y& ?5 |
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 E" O2 g( U; I: M, P! ^
Head4psi 发表于 2015-11-13 23:27( N' P: d4 G5 `
[ 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 ]
( D* F9 Y& b" f( y! T ...

6 c4 J! u/ O1 ^) l9 D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。4 g& a) m0 D5 l+ 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?
1 [" ?- h9 ]/ k& e3 s; @  r
作者: tanghao113    时间: 2015-11-16 16:51
cousins 发表于 2015-11-14 07:52) l% W3 D& a+ t7 g
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 ...

2 B# z% o/ i6 O& Y) }0 U& d看晕了，这个reduce martix太烦人了，自己看得头都大了
- n" l9 N* O9 o# x  ]$ S& }9 Y
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：

: R* _  R: t7 p. }# {       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。6 H( e8 b6 {3 l
       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。
- d7 i9 H0 r/ ~# M
% ]7 V  x' ~! @8 {* T4 W+ G$ ?/ S9 Z7 Y4 ^
& [9 K$ ]: o+ Z. X! X
( e& K/ ^! y: Z/ M

  f& g2 d4 I  z. 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。( Y9 X* u4 K9 V3 m9 h" {5 \& }
1 j/ s7 f/ ?+ X8 X% [' x" T* ?

/ H% R- _5 o$ H/ |% T+ H9 x5 ~# h# Q% j$ U) @" n9 T; u4 W
作者: tanghao113    时间: 2015-12-2 14:12
本帖最后由 tanghao113 于 2015-12-2 18:57 编辑
: `+ |. A6 y2 ^6 B
Head4psi 发表于 2015-11-13 23:29
  q' O+ G% t* D
7 w1 [. Q% O, @2 ]5 O. X

8 \, r$ A) [3 v  \! u, `6 _! \  I% e4 h: X3 n# f" X3 m
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）：
) H" ?4 b! ?: a1 b4 j# a
9 g5 m! X# F  i. f: \! x  u. Z% r4 W2 f
环路1（红圈）的环路电感为：（L11 + L12 + L13 - L1-return） + （Lreturn - L1-return - L2-return - L3-return ）$ p1 y" }3 z$ ?0 \
$ A# \, ]4 t" L

5 ~' j9 w! ?& N3 O其中，
% W* d& }' [; e+ UL11为导线1局部自感（Partial self-inductance）
, j: @/ _/ U4 d9 @& ]. A) u/ RLreturn为导线return的局部自感（Partial self-inductance）
' I: k, S) h7 \1 A; Z. V, U: Q
5 w* {9 d/ Z( D0 x, w$ y
2 ~' }, ]3 x" a) RL12、L13、L1-return为导线1与导线2、3、return之间的局部互感（Partial mutual inductance）
4 K/ ^4 p% O. H6 T9 jL1-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）
+ N3 C( k; Y  ~& p5 h/ K0 o# n4 [. l$ m7 j

; Y9 Y) g  G( Y$ r- A* [1 X第一个括号内（L11 + L12 + L13 - L1-return）表示导线1的净电感（Effective Inductance）/ |) i3 E: {) w0 g  i3 t$ n
第二个括号内（Lreturn - L1-return - L2-return - L3-return ）表示导线return的净电感 Effective Inductance）
- I- H5 J. y$ t3 |
% H6 h) V5 B- R7 K, E4 B. X. L6 N" I" A
不知道我的理解是否正确，谢谢！% f* @4 \4 x. D/ i4 r  N- F
作者: Head4psi    时间: 2015-12-7 11:32
我的看法如下，請參考。
3 z2 m' j! r9 q4 O0 m% y3 {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。
0 q# U+ j. E; a( h而 Return 就是 Lrr ，總 Loop 電感為 Lpp + Lrr - 2 Lrp 。
4 g0 m" }$ G' i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。+ \' J0 `5 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。
% f0 d6 S  q! j+ u+ e- u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。
8 O& {% \! Z; v; n
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
! |3 Q8 c7 |4 D' }7 p事实上，Q3D算的就是loop inductance。: q* w! \+ ^( U: ^( I
SI9000算的才是self inductance。/ K7 `" v; \/ {( x- H7 D4 p
RLGC构成的电路L11，而Q3D里 ...
9 A. @/ [6 l* L& B8 c: R9 L5 P
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？
: v8 {8 ?# e4 q
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。
$ U2 |) p8 _- u3 C+ l6 B. m0 f
4 i* Y% ?, l0 l  W 8 w; G  a1 U% E% f1 J7 a) C
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。
& _" Y; Y& b8 ^3 r* `Q3D还是需要理解
% e5 g  c# {/ C" l Project7.rar (27.61 KB, 下载次数: 6) 0 r( C& R! _( P, S7 ?

+ }; A8 r; i: T  s7 I7 N
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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