Q3D仿真验证L、G分布参数差距巨大

tanghao113

5 F# F& R- b  R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。

0 Z8 G5 g* g% y; i9 W  q: i1 d叠层设置如下
0 X; f" I* D$ L5 S* h7 E

1、SI9000算得在100MHz情况下计算RLGC模型的各参数：
" O9 H) J3 v7 J% D3 G6 i
" v( C/ L/ c* S2 e& w; b% h
  J" k7 @# W( j. m即SI9000计算的值如下(每inch)：
- Z9 o3 y* E: D( FR= 0.363Ω   L=7.94nH  G=3.46*10^-5  C=3.03pF

. g& L+ @. g5 U& B, N: Q+ m1 Z2 }
1 j) L8 x  N" s& _' P! 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


6 V  C  |# s& U求解设置（比较高的精度要求）：
收敛：
5 w, ]5 @' \# _! A* j
% J, J% F7 Q2 f& K2 I1 q+ q5 s
求解的RLGC值：
. `. v# [3 g, @8 @  l+ h) U
' \% o, D/ N1 V0 `# f; {( l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)：
( x* U  L. R; ]. t4 W" ?R= 0.363Ω   L=7.94nH  G=3.46*10^-5  C=3.03pF

$ n* |4 y) p( y0 V; a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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+ e7 W3 f4 m  X2 R( \" b2 P6 n
/ Y2 v1 v$ X6 v5 Y$ _2 e0 `

0 |" n6 w* F! @' h  y
' o1 S3 ~) z; a, m' c! W
4 s! T/ c/ X* \. I

cousins

tanghao113 发表于 2015-11-12 17:36
: x/ R1 j0 p! H8 y0 U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。

...

选择同向的原因是因为Q3D是电流源激励。
* u" s& i7 G9 C2 @: C* K$ f5 D/ w/ h对于交流：
. x5 O" g" \( F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 H$ x6 ?3 p/ w$ {7 i7 |* ?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。

; H. I$ u0 B! n, BL matrix是有self和mutual部分的
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。
* f; W- x* V! p3 K" x2 ?' Z2 G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。

! L4 R9 F2 t( A/ @

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.

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。
4 Q0 X) `/ Z9 d  v/ w" _' A至于G，mS和S的单位差你难道没发现么？

: B4 ~# `+ R' i9 P( j& k6 q7 e: V

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
Project7.rar (27.61 KB, 下载次数: 6)

2017-4-11 17:59 上传

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# _4 g8 ~# o9 m1 t' w

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。
2 a. J1 S; F; y4 L4 J$ h' E
7 l, Q, K8 y$ [
- ^& |# S5 K9 Z; g* w( @9 A

zoe17

cousins 发表于 2015-11-12 15:36
* f* x+ O, s6 b' I事实上，Q3D算的就是loop inductance。
5 ]) x* h  a7 r7 cSI9000算的才是self inductance。
0 x. y/ P; |4 cRLGC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？

zoe17

学习了

Head4psi

我的看法如下，請參考。
* z. ?; t. F2 C: y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。
8 @% \, F4 W  i8 p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。
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。
0 p) r$ x& F' V* m- `0 U

tanghao113

Head4psi 发表于 2015-11-13 23:29

- E  ~  D! m/ B, D# w! B7 z5 M
& J; Z2 p8 j" J, D: y: x7 I: @
6 U! m  `; d2 e: l/ F  {2 W
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）：
: g% Z5 C+ q4 |6 M

1 n9 _" _/ d: W5 h: b+ {环路1（红圈）的环路电感为：（L11 + L12 + L13 - L1-return） + （Lreturn - L1-return - L2-return - L3-return ）
7 T& v/ O, l2 v* r# h

其中，
L11为导线1局部自感（Partial self-inductance）
8 @5 u. {0 K& K0 p# {6 x: f* b* JLreturn为导线return的局部自感（Partial self-inductance）
* i! b( T/ F( Z$ u5 X

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）
- K( Q% `% B+ S) Q! c

# p' i+ U1 w$ E' d: i$ S$ `7 n5 Q# i第一个括号内（L11 + L12 + L13 - L1-return）表示导线1的净电感（Effective Inductance）
5 X- X9 t( \" U( A! x) Z$ v  C2 Z7 Q第二个括号内（Lreturn - L1-return - L2-return - L3-return ）表示导线return的净电感 Effective Inductance）
+ ]% S# j9 \. J5 j
9 d# x6 o: u9 R" o" q, k
不知道我的理解是否正确，谢谢！
) L7 D+ Z1 U5 L# R- |0 @3 ?# K

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：

       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。
$ u0 \/ f: _: h2 t* W' N

7 a, V4 r- J8 _) f& H1 M' x3 f

% k  w) B7 o/ |1 A( a& ~# e
5 z# G; P" R: ~; R
: N/ N4 L5 m& X, R. D% 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。
9 p0 i0 O1 _1 ]( o: r& O: G

  e! d1 x, w( r5 z4 g
2 r) M: i+ Y! X4 r6 Y
& @9 J/ q) \0 @: Y1 `1 i) M

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
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 ...

, l: Y8 e0 V, ^+ ~+ N6 K. {看晕了，这个reduce martix太烦人了，自己看得头都大了

cousins

Head4psi 发表于 2015-11-13 23:27
( y: U; f  k. _[ 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 ]
. D6 e+ [  c! G* h+ U1 G2 x" K ...

3 l- k- W! D% _% B2 f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。
8 F1 q5 j8 x+ y/ s; ]* t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?
4 ?& d: J. s7 |, ^8 H

Head4psi