Q3D仿真验证L、G分布参数差距巨大

tanghao113

: `. Z4 ]9 J) \0 C* K) V
( t& u3 S* H. t  B9 e/ y3 D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。
# d  w' z$ f3 a& `/ H0 [/ |8 }1 N
叠层设置如下

" O( ~4 Z6 b! Y" E9 z: w
8 `" ~" L4 Z! }2 O- a1、SI9000算得在100MHz情况下计算RLGC模型的各参数：

% f; v: C$ R' e' s
即SI9000计算的值如下(每inch)：
R= 0.363Ω   L=7.94nH  G=3.46*10^-5  C=3.03pF
/ j' v, y4 |% B3 O5 H
# P4 i. W5 w# O3 X+ r& Q5 T
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


0 t; c" C; n' t2 R# \. X7 q求解设置（比较高的精度要求）：
' x/ X1 W7 B8 V' q+ i2 B% X 收敛：
" P( d/ b. C( R8 Z9 T9 ^& ]

求解的RLGC值：

) F( }% T  l+ ]6 o. F即Q3D计算的值如下(按每inch换算)：
9 q% I% ^7 r3 D3 jR= 0.30384Ω   L=15.222nH  G=0.032678  C=3.1485pF
4 r, i& H3 c. u& K
4 J0 ]+ ?% m: C2 o  {" V$ J把SI9000计算的值再次罗列如下(每inch)：
: B. @! ?% j. c% D4 R) vR= 0.363Ω   L=7.94nH  G=3.46*10^-5  C=3.03pF
( i, M4 z) U! w* `; w
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

点击文件名下载附件
下载积分: 威望 -5

3 {+ F2 F# T$ Z' F5 D* w5 H6 J/ n

cousins

tanghao113 发表于 2015-11-12 17:36
1 j$ w: H; `* J( L  R8 u" D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。

...

# U& W+ L) C  u* q/ w0 i选择同向的原因是因为Q3D是电流源激励。
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。
( w9 ~; f6 o8 j: d8 D/ }$ S- l7 c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。
$ H5 a' }" H) B4 t4 p
2 ^4 V3 S6 S) C9 q" mL matrix是有self和mutual部分的
7 X6 X8 w) n. z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。
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 x8 c: M3 D3 j  a$ m1 \- g

Head4psi

<< 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.
4 y4 [1 u9 w% L8 O) G0 X
均勻傳輸線特性阻抗要與 Polar 比較，請用 Q3D 的 "2D Extractor " 求解。

cousins

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的结果是一致的，差距估计也就在5%左右。
至于G，mS和S的单位差你难道没发现么？
( g, ^5 a3 E9 h5 @$ M6 w! [5 D
9 i* u1 N  [% l2 K

szhot

高手啊，学习了。呵呵~

chen4507

学习了，新手入门，还请多多指教

yqw_love

楼主能够分享一下最新的模型，让小弟们查看学习一下呢？

pjh02032121

我计算的跟SI9000差别不大，除了L值外。
; P/ H+ f1 F' F( q( {& WQ3D还是需要理解
Project7.rar (27.61 KB, 下载次数: 6)

2017-4-11 17:59 上传

点击文件名下载附件
下载积分: 威望 -5

% v: p, U- Y. m7 w7 {: O" m

pjh02032121

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 e* b: D! M, K; K
2 R9 I' X  m7 a8 Z+ O/ I5 w% h6 M1 f% H
, v2 J. Q- }: \0 {* x

zoe17

cousins 发表于 2015-11-12 15:36
* ]# @, P3 D4 a& D5 f6 c事实上，Q3D算的就是loop inductance。
; u  G7 Z/ M/ }8 Z$ h6 RSI9000算的才是self inductance。
. r% j! j" Y) F# X  Y  hRLGC构成的电路L11，而Q3D里 ...

! ~3 n: g+ F- h0 x7 @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？
9 E. Z3 U; ?$ E5 F& p: h  T2 E

zoe17

学习了

Head4psi

我的看法如下，請參考。
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 。
" s7 F3 E, I& c" i# V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。
8 ~: `% ^/ T) E& `) n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。
  C2 {7 H7 C1 V" \! P8 g& y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。

tanghao113

* m% y4 D& o& _& [$ T* d

Head4psi 发表于 2015-11-13 23:29

+ g/ B3 _" N9 e  Q1 c0 u) F: H6 G
1 {$ \8 K/ k% q5 K! C& }
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）：

" ~4 Y1 o  ]6 a; K+ w, B$ l( b3 x
: X2 i! H5 D$ K( Y- s3 ]环路1（红圈）的环路电感为：（L11 + L12 + L13 - L1-return） + （Lreturn - L1-return - L2-return - L3-return ）

2 E- @  g7 r. ?8 G( {6 P/ N! P6 g
其中，
2 A$ H( y$ Q. v  A) q" q3 eL11为导线1局部自感（Partial self-inductance）
Lreturn为导线return的局部自感（Partial self-inductance）

& v7 }  X/ @  x5 ^) x  a% r. _
% z2 T- B, ]: ]( a! n9 b: e# gL12、L13、L1-return为导线1与导线2、3、return之间的局部互感（Partial mutual inductance）
( H/ S/ f6 {5 l1 QL1-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）
$ r  Y+ l7 q7 a% X

# ^# f( p8 i% v& V8 O6 g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）
2 m0 y) G  Y, |* O' D$ `2 H( F

不知道我的理解是否正确，谢谢！

tanghao113

       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：

% }) S7 Y* D) c/ \4 g  f; n: m& O4 B       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。
       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。

. P6 Q" N4 o2 U- Z) c9 [) A! y
8 y, V- }- ]. Q

9 g; {7 z& s. W% I
8 i& D+ |. ~' r7 M0 T# W( a' _0 g- j
       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。

tanghao113

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

tanghao113

cousins 发表于 2015-11-14 07:52
1 G# |' R( E) i- 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 ...

4 }2 |& f" X- x, k, c6 i' z看晕了，这个reduce martix太烦人了，自己看得头都大了
; C; ^/ O! E  P$ Q9 A+ ]

cousins

5 a4 G+ ^7 h: j( U# F/ c

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 ]
* X2 S" h8 m( \" o( u- H ...

. x; {2 m+ E  m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?

Head4psi