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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   D8 @5 W0 ]! ?# m

( d. ~1 k$ z6 u- `# ?" z) o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。
& i# J( Q: \) j- }9 N7 w5 \# j1 }) o, K+ F
叠层设置如下
3 Q5 g' a6 t% U) r8 f' q
% \  B* |: |+ D( h% i: Y
) }8 H0 Z! i5 g( U1、SI9000算得在100MHz情况下计算RLGC模型的各参数：
6 M7 m- n' X/ Z+ E0 q
1 r2 k& ^% A1 q9 m6 j+ w1 F
  p/ C0 V+ ]) g% F! W' m; q即SI9000计算的值如下(每inch)：7 H; v4 r2 ^5 c9 f! e$ l  A
R= 0.363Ω   L=7.94nH  G=3.46*10^-5  C=3.03pF
0 t: g( G# G9 o/ s' g( p4 X; j
4 X  ^+ S9 O5 q6 {& X
/ O( b' E  `" H5 K' [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
! p# U2 {4 q/ U/ @ # L3 E. P3 {: B& c
! V. w& o  j0 P( R$ }0 k( \
求解设置（比较高的精度要求）：
7 r, F3 G2 W, O7 j( G 收敛：* w' v0 N  L1 K( ?0 `+ C5 C

$ ^/ Y1 A& \- J" x& {
* l% u! i4 Q4 {( p9 R) W2 F求解的RLGC值：
5 L7 O0 {: \9 g) U; T ) r: X4 o1 @, Q+ M% x3 H$ k
即Q3D计算的值如下(按每inch换算)：
0 A& J9 s: e4 ^4 l- YR= 0.30384Ω   L=15.222nH  G=0.032678  C=3.1485pF
$ e# j* V3 i1 z8 A3 U
* V2 X7 p2 Q2 k把SI9000计算的值再次罗列如下(每inch)：
" z2 Q5 J8 h" z0 o& j9 [3 rR= 0.363Ω   L=7.94nH  G=3.46*10^-5  C=3.03pF
1 w3 w0 ~6 X6 p% x8 V; D
; Q; g7 C7 P) |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)   y# F" r/ J3 Y/ }1 v' W; w% _

. `5 H7 E+ E7 b. v' ~8 J* G0 j, m; l
# n# a7 c  M  [& Z; m' `
! V3 A7 `( _( q: g

0 |1 O" ]% Z! B0 X8 l3 I9 o5 q, R
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。
, p; F7 @- _- Q# `% e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。5 I' J/ t$ k' z. o7 v) j
至于G，mS和S的单位差你难道没发现么？8 j2 W! G8 A" Y5 K1 o8 I
, x6 z; |6 `7 |* x( e1 N" w
作者: tanghao113    时间: 2015-11-12 15:02
cousins 发表于 2015-11-12 10:09
% F' a" s: o+ W7 S) K% I$ T这就涉及到一个partial inductance 和 total inductance的概念了。$ r/ f7 r' }& p
可以肯定的告诉你Q3D和SI9000的结果是 ...

% M" T) [% G  G2 D  W) [6 r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。+ c9 A$ y  s, k5 Z
9 |6 Q7 a3 j0 f; d, s
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？" F1 \$ \0 ?( C; z" s0 d  J, [4 z
Lloop = Lself-signal + Lself-return - 2*Lmutual
, x( n2 _! E5 r& Z- \  P
/ [/ b+ K: j6 M( d' g% l& m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？% Q/ `- F* k  r% k' r# w) s# [" g
2 ?$ n' _# k( t+ P' B
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？
. N5 v3 H$ m2 s9 S( P5 b4 z- }5 s, R. T
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？- n- Q: q* [9 g' q2 M% N
作者: cousins    时间: 2015-11-12 15:36
tanghao113 发表于 2015-11-12 15:02
. `: k  |% t8 z  r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。
  N# `) q* w) o' G" I3 F; L1 P  x, Q/ q! M* x. C9 H
按您这么说Q3D软件算出来的都 ...

% k4 ?5 [% }( k0 M+ X事实上，Q3D算的就是loop inductance。
" L& I6 y/ y9 pSI9000算的才是self inductance。0 Y. h, m4 F# Y$ ]7 z7 K
RLGC构成的电路L11，而Q3D里算的是source到sink构成的环路的inductance。, i5 ?7 v3 }+ W  I& ~
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( N  y( h. Q! F' G4 O5 z5 Q( Q
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$ i6 h% m% i' x4 a& g3 y, T
> , 此言差矣，單 source到sink 為局部電感，Reduce Return Path 才成 loop inductance.0 F/ T7 Y, q5 O8 u
) E& |; H' x1 r& v. n5 x* _7 l3 G" r
均勻傳輸線特性 ...

) c2 z6 V9 y) x5 m- x7 \3 l事实上，楼主的模型本就没选GND作为signal，而是直接用的ground net。
8 v3 R: o; a. I7 q5 g9 j9 a. ?  S算出来的matrix本就是包含了signal self+GND，没有signal net给你reduce。
8 m. i: a& L* w' K4 v* l那么我所说的source到sink的环路是loop inductance是不是成立呢？; ^1 b- f" u8 M- w' W! u& \. V
作者: tanghao113    时间: 2015-11-12 17:36
本帖最后由 tanghao113 于 2015-11-12 17:41 编辑 , |% W% j9 |) b5 q1 e. z
Head4psi 发表于 2015-11-12 16:03' L9 c) S  k2 J, w5 G7 q6 S
> , 此言差矣，單 source到sink 為局部電感，Reduce Return Path 才成 loop inductance.
% k) `6 Y4 P  I' O$ d
8 h6 j' Y3 G: K5 L# L+ s/ w均勻傳輸線特性 ...
8 @+ X% {, a: G! H3 ]
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。
) L4 K& R( W; _+ j
2 N) N- @2 N2 d0 b; B5 R0 }+ c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*Lmutual9 F. _7 n; a! y
# E; H2 Y. T/ a* ?$ U) Z3 J
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。+ L) |" o* K$ B5 {5 Q

1 z' Z) o( c) [5 {同向时候（Original与Return Path矩阵）：( ^  o3 _3 P8 x/ o

5 a! G: Y4 A) P1 U  f* W! G即Q3D计算的值为(按每inch换算) L=7.2938nH0 [4 R' L2 j6 Y
  h3 C- b+ d" g* f& ?" ~! q$ i9 G( X
反向（Original与Return Path矩阵）：
( f2 L/ O' V8 i: }& T ; q2 a0 f& a% I8 k( j
即Q3D计算的值为(按每inch换算) L=48.918nH
  _: m: O- k6 G( I: W. M* G7 ]- s3 g4 x$ f0 I' ?- @

! Q* d5 t* e, w* D$ S1 t; q# p2 H3 A

: _+ P/ k9 s7 d
& K+ p3 U4 x  H8 |: w- ^0 U
作者: cousins    时间: 2015-11-13 13:36
tanghao113 发表于 2015-11-12 17:36* R6 [( G0 m; P! L6 A, 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。) }* c! M7 |4 t

8 d3 V% |; s) w0 C ...
3 U0 g1 r+ O: l2 y
选择同向的原因是因为Q3D是电流源激励。& D# w& ]* M  H  t6 R0 ~
对于交流：+ P8 y) G* P& @# y- Z& x
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。- n) i: U3 w/ I2 X4 N7 `
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 k% h3 |  |0 O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。
. i! x. u. b0 b$ w1 [
1 z' D7 H2 f. t4 Q! I- w" PL matrix是有self和mutual部分的
6 ^" w! r& X" \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。
6 Z! q7 p* v% S# M# s* E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。' j1 E4 v6 _" T. P0 U( u2 x
3 b0 Y- I9 C+ `6 L* v1 U+ N6 Z
/ a- k- z  F) n# `3 z9 X8 {

; C# v# J/ i/ k
作者: tanghao113    时间: 2015-11-13 16:30
cousins 发表于 2015-11-13 13:36
5 O3 @3 u5 y6 V# g& ^& m3 Y/ S选择同向的原因是因为Q3D是电流源激励。
' P, Y( j/ l# p& d, V* k9 f对于交流：* x# m9 H+ B0 l+ L" u) H
而测试点在source端，你如果加反向source，那么获 ...

$ N( I% o/ t5 V3 f, B谢谢版主，我先细细消化一下。
6 f1 p" p: W- F% K2 c* \
作者: Head4psi    时间: 2015-11-13 23:27
本帖最后由 Head4psi 于 2015-11-15 20:39 编辑 ) r0 ^- `: E, _+ ~  ]
cousins 发表于 2015-11-13 13:36
% b* ?3 p; p. ^* l9 ?选择同向的原因是因为Q3D是电流源激励。/ l1 `) A4 j5 M/ f; O1 p
对于交流：
) ~0 i1 [) |' Y0 z1 D  M, c而测试点在source端，你如果加反向source，那么获 ...

! t8 r9 m6 A, e6 g9 k
7 O( Q5 Y5 j$ T' W% L5 e6 d% ^
" d: Y* d3 {3 L6 M( _5 P( d9 }3 B- K3 I
作者: Head4psi    时间: 2015-11-13 23:29
, m5 Z( E( L& _. a5 H8 i
作者: cousins    时间: 2015-11-14 07:52
本帖最后由 cousins 于 2015-11-14 08:09 编辑   z) P% n+ ^6 X1 s1 w
Head4psi 发表于 2015-11-13 23:27" p+ V) ?' U7 G3 u4 ~$ H
[ 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 ] " ^- g2 U' b- B8 U! Z
...
+ c) @% Q" L0 v
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 x0 x1 y7 f9 X2 n
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?7 {# x/ b. B8 ^2 [; y$ e" i
作者: tanghao113    时间: 2015-11-16 16:51
cousins 发表于 2015-11-14 07:52  I) C, ^! Y+ S( Z6 z
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 ...

6 ^- q: {6 |' P看晕了，这个reduce martix太烦人了，自己看得头都大了
. d2 ^& L2 G- _7 v/ z
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：
( f" U: r. p0 N+ J; ]4 _: j
       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。
9 Q. R, u, ?& \       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。! G8 t/ U2 Y4 E/ G# k: E

1 d2 F5 i; f. L# `" D, Z5 k. T: o8 p

# }- Q; M/ D' g! ?9 Q
; C! X3 s/ ?% n" G; e/ W& A6 p2 }* {/ H  @2 H
       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。5 \# i# {( [9 S9 T$ p! |( p$ i& @6 g
" A* y) s# n% S4 \4 @& T7 A3 S5 y
5 p6 s' Q# [9 q) w# z* I; z! S
" x3 U" X' T1 u+ }" I
作者: tanghao113    时间: 2015-12-2 14:12
本帖最后由 tanghao113 于 2015-12-2 18:57 编辑
4 ~) L2 I3 H" @$ Y
Head4psi 发表于 2015-11-13 23:29

* U# o# _% Y# `6 ^8 U 4 H- i8 p2 R  H
6 W% K: g( }( Q, Y
. X3 `) w* S8 v
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）：
3 {/ `0 R/ @+ v" H
) I& ^' c+ u6 P) z- Z9 ~) }
6 v5 Z7 C& ]/ c) g8 _环路1（红圈）的环路电感为：（L11 + L12 + L13 - L1-return） + （Lreturn - L1-return - L2-return - L3-return ）
2 P; ?6 g+ W' \/ N# c7 ]6 \! P5 z, `
* z% K' M: F9 v: k
其中，
) c+ R3 D/ U% u6 t" a, u; oL11为导线1局部自感（Partial self-inductance）8 A7 C' {. V3 `# Q0 n. [2 S
Lreturn为导线return的局部自感（Partial self-inductance）8 N3 ]' F# B. q5 R: f% k9 _

% f- _+ t  L; Z) C1 q2 @# v. p4 G" l  J* a# t& A( y4 e
L12、L13、L1-return为导线1与导线2、3、return之间的局部互感（Partial mutual inductance）
9 ?8 L( ]* b) v5 N1 I, u3 g8 dL1-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）7 z6 H' w* ~! X! U) v* @$ I

4 D: M1 E7 ^; |
% O! o* g& I% b. c" `0 O3 h第一个括号内（L11 + L12 + L13 - L1-return）表示导线1的净电感（Effective Inductance）& ^0 F3 p( y- s/ g7 [0 M  Y
第二个括号内（Lreturn - L1-return - L2-return - L3-return ）表示导线return的净电感 Effective Inductance）
2 M* i& d% v* @! \! j6 x5 Y# p4 }2 s4 n! u, ?7 D; G
7 E2 z) f  K! D6 m' g5 H: D
不知道我的理解是否正确，谢谢！1 ]. M: l9 l/ ^& G, Q6 u7 K
作者: Head4psi    时间: 2015-12-7 11:32
我的看法如下，請參考。
) z# @% q8 D4 B( J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。, }* ~& o$ x, B+ b9 N
而 Return 就是 Lrr ，總 Loop 電感為 Lpp + Lrr - 2 Lrp 。
1 ~& j  o. W) n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。+ A- L9 a, ]0 A% g. z. |0 }
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。: v6 a' o  \: w8 c- m( M0 d" W. b
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。
9 y/ p5 [+ V! S. ]4 i- V
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$ D* s& l/ R/ o* t; @' [9 F
事实上，Q3D算的就是loop inductance。
7 I3 r' s" k( U0 uSI9000算的才是self inductance。
' U1 W- Y" @# v% L3 FRLGC构成的电路L11，而Q3D里 ...

! S- L2 T, u/ o+ T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？
' T+ _7 `6 t/ T7 x+ g( }
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。
( B, W5 m+ ]% d. e$ @% |7 E' b' U9 \6 h( V6 w1 I

$ v3 ?+ ]: ?, {* {% w
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。: I; E$ V( w2 T5 b1 W! U- D
Q3D还是需要理解
# ^1 ?1 P0 |3 X; _ Project7.rar (27.61 KB, 下载次数: 6)
' P* e, y, p* }) O% H+ c6 O
# G- }% W' i8 f7 J* |3 I& M
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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