Q3D仿真验证L、G分布参数差距巨大

tanghao113

) ?" P; N: s: [; p5 l# G  ]2 }' 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。

叠层设置如下
( y/ H! Q& i2 x; h. D. f& X% _

2 P4 k: B1 \- m% `5 H: i, f4 A4 q- N1、SI9000算得在100MHz情况下计算RLGC模型的各参数：
) j. I& o1 i" b: y
+ W4 ]: X# I9 c: i
即SI9000计算的值如下(每inch)：
R= 0.363Ω   L=7.94nH  G=3.46*10^-5  C=3.03pF
" J1 @! u: P( W: o5 m
$ a7 _+ @4 @9 y& P* v
7 v5 S2 M! ^! Q5 |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


求解设置（比较高的精度要求）：
收敛：
* h* e* I- w: Q3 T7 A

求解的RLGC值：
; i, D: _) @. H! |" c8 U
4 i# ]. V# F5 B1 ^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)：
& B0 `1 u6 ?# K! N3 hR= 0.363Ω   L=7.94nH  G=3.46*10^-5  C=3.03pF
4 m' q$ Q3 }( z) W) L/ v# D4 G( 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

点击文件名下载附件
下载积分: 威望 -5

  W; a5 w8 L; m5 u) _2 o

cousins

tanghao113 发表于 2015-11-12 17:36
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。
; [. t0 l/ P! P对于交流：
; {" r( Z! l* q* J% r' s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。
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。
/ I2 E3 X# w/ {  s' }
& F$ e' }; W% mL matrix是有self和mutual部分的
+ N$ E8 X, Q- P' w2 {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。

9 K1 v2 J5 m  D6 [! H8 r$ p

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.

+ [9 c% r# [2 S5 }# s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？
9 G# h, Z: {6 g! H

tanghao113

cousins 发表于 2015-11-12 10:09
这就涉及到一个partial inductance 和 total inductance的概念了。
* [# s4 ^8 @1 E% C. _可以肯定的告诉你Q3D和SI9000的结果是 ...

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。

% E) ~- i4 Y+ o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？
. B5 L* R. i/ ?4 b2 F9 jLloop = Lself-signal + Lself-return - 2*Lmutual
, l, x8 C, |5 B/ i+ H" i1 `
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？
% k: v9 G( j7 S6 o1 ~
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？

/ J. H8 x$ S! V7 R2 }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？
. T0 \9 \0 k) K0 [( T5 H" y

cousins

tanghao113 发表于 2015-11-12 15:02
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。

按您这么说Q3D软件算出来的都 ...

事实上，Q3D算的就是loop inductance。
SI9000算的才是self inductance。
" ~# X4 f5 Q3 d4 x7 J+ z. O3 ?- z4 TRLGC构成的电路L11，而Q3D里算的是source到sink构成的环路的inductance。
1 U- U& ~% S7 P' j' B

cousins

Head4psi 发表于 2015-11-12 16:03
> , 此言差矣，單 source到sink 為局部電感，Reduce Return Path 才成 loop inductance.

3 v0 [& {/ ?) @- B9 w- n; M: Q  i4 R均勻傳輸線特性 ...

, Q# u+ _  e& E' s# Z2 R+ Q事实上，楼主的模型本就没选GND作为signal，而是直接用的ground net。
1 x+ V3 T1 r# E6 M  t算出来的matrix本就是包含了signal self+GND，没有signal net给你reduce。
那么我所说的source到sink的环路是loop inductance是不是成立呢？

tanghao113

Head4psi 发表于 2015-11-12 16:03
, G% ~4 Y, f' A. |& `# D- z> , 此言差矣，單 source到sink 為局部電感，Reduce Return Path 才成 loop inductance.

5 e2 k  t% R6 f1 O均勻傳輸線特性 ...

; i# J# D+ l6 k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。

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

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。
- n/ p6 f% ?/ q  h* |" a3 @
. M0 m4 d1 T0 |# ?同向时候（Original与Return Path矩阵）：

即Q3D计算的值为(按每inch换算) L=7.2938nH
# U# A" W  A. g1 A5 `, x3 i
反向（Original与Return Path矩阵）：

) \( ?5 R1 v' E5 l% P即Q3D计算的值为(按每inch换算) L=48.918nH
/ }) F* g% m  [) Z' g
: v! Q% u4 Y. K3 _) B' P

, P& M% p+ R: D

tanghao113

cousins 发表于 2015-11-13 13:36
% v- Q3 \8 q* F( I. h+ J& w! G选择同向的原因是因为Q3D是电流源激励。
! j8 w, ~7 J7 r8 S对于交流：
而测试点在source端，你如果加反向source，那么获 ...

谢谢版主，我先细细消化一下。
; v+ F7 k7 N# ]/ @; }6 l+ P! y

Head4psi

& h: x" `, y; Q

cousins 发表于 2015-11-13 13:36
$ g' g; p1 T/ s) D9 t# w3 {选择同向的原因是因为Q3D是电流源激励。
对于交流：
$ E' H4 u8 W! u3 |- C1 c6 }而测试点在source端，你如果加反向source，那么获 ...

' ^5 x1 O( ~( l1 b! o

Head4psi

cousins

Head4psi 发表于 2015-11-13 23:27
0 K8 X+ g8 h* ~+ J2 F[ 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 ]
...

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?

tanghao113

cousins 发表于 2015-11-14 07:52
/ a2 Q+ }* d, Q5 V4 }7 c% 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 ...

# ^. e( [, V1 q. T看晕了，这个reduce martix太烦人了，自己看得头都大了

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

       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：

0 n- D6 R, E/ ~* u: \5 h) Q       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。

3 K! \' e+ A- F6 Z6 A: l. N: }
- b" D) y# d. i# f

" G; i8 ^- w% z! H; L% O" s
: S( c: g8 c, j9 e7 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。

7 @. `( {4 y  a