Q3D仿真验证L、G分布参数差距巨大

tanghao113

  ~$ j! \; s3 l* ]" `% J
7 Q: Y( i6 h1 U! c' V& d* h  U' l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。

: U5 s* `2 Q7 R0 [叠层设置如下


; t* K8 T' l/ ]+ o, u1 R& |1、SI9000算得在100MHz情况下计算RLGC模型的各参数：

" H2 o" W1 V- Z" D% e
即SI9000计算的值如下(每inch)：
R= 0.363Ω   L=7.94nH  G=3.46*10^-5  C=3.03pF
& \1 i  W: r0 j+ F" i

# t5 Q8 f2 r. m8 i* D7 x2、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


求解设置（比较高的精度要求）：
0 r! F' H6 j5 m; c7 w8 F 收敛：
! _' \+ t4 ]8 X" r( B: W+ ]
0 L4 ?9 n$ ]' F; V: ^5 I
求解的RLGC值：

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

把SI9000计算的值再次罗列如下(每inch)：
R= 0.363Ω   L=7.94nH  G=3.46*10^-5  C=3.03pF
( [; B# U6 e3 K" k
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 G1 R2 Y# L( A8 C, j- S

- Q7 I0 s0 @7 e8 m/ i9 V% G

cousins

tanghao113 发表于 2015-11-12 17:36
2 g& c( n: m! b) R* i  ?# [6 \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。
: ~4 y2 R6 ]7 U5 q5 a
! S5 v$ n: }  i, X. ]' Y ...

, J- U+ E8 x' s! e* x! ~0 M选择同向的原因是因为Q3D是电流源激励。
7 x. a1 T% f( V. \: R对于交流：
/ v/ Q. }3 y: E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。
& t+ B6 Y" z# G9 l( `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。
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。

  N' I) P* @: C- d, zL matrix是有self和mutual部分的
) U% y% t) T3 J7 z' b% b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。
/ P: _+ q+ f. @1 s' k, r' ~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。
$ y$ f2 ?6 D) C6 }
: |# y1 T, G7 K6 K6 B$ }
2 m4 v. r5 ~6 q

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.
- U3 o* D& P" z6 L
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。
* Y* y6 V! I# _7 d. _& A: O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？
3 T: y! B! z& @. \
/ M  _) l" j6 y5 K# o

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。
Q3D还是需要理解
$ }' t- j( H. g0 U' i( T1 {3 i9 I Project7.rar (27.61 KB, 下载次数: 6)

2017-4-11 17:59 上传

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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。

# \0 }4 W( T, ~! J, q+ @2 k
1 ^' Y6 i) j3 _* N" H: B

zoe17

cousins 发表于 2015-11-12 15:36
# k/ N5 H! Z% _& ?; w6 x9 P0 e事实上，Q3D算的就是loop inductance。
! ^7 e: Y0 s: d% cSI9000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？
8 d7 ~0 V$ q3 G# V

zoe17

学习了

Head4psi

我的看法如下，請參考。
$ x" w8 V& u9 a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 。
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。
+ j, K, p5 `, d3 y2 p. }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。
# h1 d( t7 w0 i' F

tanghao113

- o" |  }8 w1 n

Head4psi 发表于 2015-11-13 23:29

9 m# x( O+ \" {' R8 k7 _9 J" l
, H  Q' j; X% x3 k- U
. _( A2 i7 V8 v0 I; p* Z# T! L+ W
; `  U& B+ u. y, u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）：

1 [, w8 A8 ?2 x0 r& v- D4 [/ ?
# Q( {. o* R, {$ _9 P' \# _环路1（红圈）的环路电感为：（L11 + L12 + L13 - L1-return） + （Lreturn - L1-return - L2-return - L3-return ）
" I1 x+ y/ a/ k

/ M  W" v. k" P& J其中，
L11为导线1局部自感（Partial self-inductance）
Lreturn为导线return的局部自感（Partial self-inductance）
9 ?; b3 |" g5 M8 K

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）


第一个括号内（L11 + L12 + L13 - L1-return）表示导线1的净电感（Effective Inductance）
/ h. v7 s. q0 E6 W% a第二个括号内（Lreturn - L1-return - L2-return - L3-return ）表示导线return的净电感 Effective Inductance）


4 C2 l8 n" g: V* z$ E6 O- h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：

1 ]9 P, a, H* }. G# g       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。
# r3 o  N# P9 }" C/ @% U! N       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。


  p4 y7 |, {, W5 e( @, x2 I9 _

$ e: \! B" b0 E7 L( r! U
! D! p. H* y1 Z, `- M  j9 P       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。

7 ?$ ?5 ~  e; d4 u9 S" R

' M- w# x2 Z% W

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
9 U) h! u3 F+ ~  h# \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 ...

# u8 }3 e1 |' ]2 e; H看晕了，这个reduce martix太烦人了，自己看得头都大了
% q8 ]2 U) p" I( c* d. M

cousins

6 J/ w9 \- z) U# \6 m2 ^

Head4psi 发表于 2015-11-13 23:27
; u1 U' Z7 P- ^: e[ 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 ]
# O' A% q9 \& p3 K* B6 q ...

7 y/ U1 ~2 t4 L! P+ h. l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。
) C3 A! H  `& C  o. C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?
6 t" c' X8 t  Q3 ~7 U

Head4psi

9 z! o3 _' h  {% _( Y0 n! [