使用Altium Designer与Ansys Q3D提取PCB寄生参数

叁歲伎倆 2023-07-21 15:29 11阅读 0赞

# 前言 #

随着碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)的应用越来越广泛，在设计PCB时考虑杂散参数越来越重要。提取杂散参数目前主要依赖有限元仿真软件，但我相信许多像我一样的新手并没有时间和精力去学透一款有限元软件，而且我们只需要提取参数做一个参考即可，并不需要复杂的功能。所以本文总结了作者个人的学习过程，希望对后来人有帮助。内容如有不妥之处还请大家指正。  
本文介绍了将Altium Designer 20 中绘制的PCB，导入Ansys Q3D中进行寄生参数的提取流程。由于AD与Q3D分属于Altium与Ansys两家不同公司，其接口做得并不理想，不能直接导入。因此需要借助Ansys开发的两个中间软件AnsoftLinks和ECAD。本文参考网上关于PCB提取参数的教程\[1\]进行总结，并适当补充一些内容。

# 软件环境 #

操作系统： windows10 1903  
需要安装的软件如下：  
Altium Designer 20.0.9  
ANSYS Q3D Extractor (64bit) 12.0  
Ansoft Links 6.0  
ANSYS.ECAD.Translators.V7.0  
各个软件的安装都比较简单，本文不再赘述。AD应该是14以后的版本都可以，唯一需要注意的地方是在安装AD时需要勾选：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3doeW9yd2hudA_size_16_color_FFFFFF_t_70]

# AD中的操作 #

## 1. 绘制PCB ##

需要注意的是，**PCB文件中任何位置都不能包含中文**。所谓的任何位置包括：文件路径，文件名，元件的命名，元件的注释，元件的型号等所有能输入文字的地方。否则后续会报错。  
事实上，任何位置都不能有中文是很难做到的，所以建议将待分析的布线单独拷贝至新的PCB文件中，单独分析。

## 2. 导出PCB ##

文件->导出->Ansoft Neutral 即可导出anf文件。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3doeW9yd2hudA_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]  
接下来这步默认即可  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3doeW9yd2hudA_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]

# AnsoftLinks中的操作 #

打开AnsoftLinks，依次选择File-Import-Ansys Neutral File，载入上一步生成的anf文件，至此PCB将出现在显示面板。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3doeW9yd2hudA_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]  
在Nets面板中选择需要提取的引线名称，可以选单个或者多个，然后依次选择File-Export-Q3D Project。在弹出的Export Q3D Project中，选中Invoke Q3D upon completion后Q3D将自动打开，这里还可以选择仿真类型，包括电容，直流电感和电阻(也就是0Hz频率时的电感和电阻)，交流电感和电阻  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3doeW9yd2hudA_size_16_color_FFFFFF_t_70 4]

# Q3D中的操作 #

如图所示，Q3D自动打开。本节内容是作者自行摸索的，如有错误还请指出。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3doeW9yd2hudA_size_16_color_FFFFFF_t_70 5]  
在菜单栏可以进行视图角度的旋转  
![在这里插入图片描述][20200404112628496.png]

## 1.指定sink和source ##

进行杂散参数分析时首先需要指定电路中电流流入的位置 Sink(灌电流) 和流出的位置 Source(拉电流)。  
空白处点击鼠标右键，选择“选择面”  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3doeW9yd2hudA_size_16_color_FFFFFF_t_70 6]  
然后单击PCB上走线电流流入的边，将其选中，即可指定sink。同理，选择另一条边，指定source。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3doeW9yd2hudA_size_16_color_FFFFFF_t_70 7]  
之后在左侧的状态栏可以看到已经指定完毕的sink和source。还可以在状态栏中对不同部分的材料进行指定，本文不做调整。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3doeW9yd2hudA_size_16_color_FFFFFF_t_70 8]

## 2.求解 ##

在状态栏中双击setup，可以打开求解器配置，这里设置频率为10MHz，这个频率会影响到交流电感、电容的数值。其他选项卡还可以设置求解精度等，本文全部使用默认。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3doeW9yd2hudA_size_16_color_FFFFFF_t_70 9]  
然后右键，选择“分析全部”  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3doeW9yd2hudA_size_16_color_FFFFFF_t_70 10]  
弹出提示，点“是”即可  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3doeW9yd2hudA_size_16_color_FFFFFF_t_70 11]  
右下角会出现进度条，等待完成即可。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3doeW9yd2hudA_size_16_color_FFFFFF_t_70 12]

## 3.提取结果 ##

如图选择命令Solution Data可以查看提取结果。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3doeW9yd2hudA_size_16_color_FFFFFF_t_70 13]  
右上角可以选择求解对象：电容，交流RL，直流RL。结果在下部用矩阵表示，注意当选择电容时，电导的单位是毫西门子，电容的单位是pF。

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3doeW9yd2hudA_size_16_color_FFFFFF_t_70 14]  
注意交流电感电阻的提取结果与频率有关。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3doeW9yd2hudA_size_16_color_FFFFFF_t_70 15]

## 4.后处理 ##

使用后处理功能可以将一些求解结果可视化，便于展示。这里举个例子。  
如图打开右键菜单，选择表面电流密度。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3doeW9yd2hudA_size_16_color_FFFFFF_t_70 16]  
首先选中求解的导体，然后右键Field Overlays，选择体电流密度。弹出的对话框可以进行设置，本文全部默认，点击Down，即可完成绘图。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3doeW9yd2hudA_size_16_color_FFFFFF_t_70 17]  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3doeW9yd2hudA_size_16_color_FFFFFF_t_70 18]  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3doeW9yd2hudA_size_16_color_FFFFFF_t_70 19]

# 参考文献 #

1.  [基于Altium Designer与Ansys Q3D的PCB寄生参数提取教程][Altium Designer_Ansys Q3D_PCB]
2.  [Q3D仿真验证L、G分布参数差距巨大][Q3D_L_G]
3.  [AnsoftQ3D电磁仿真软件用户全书入门教程][AnsoftQ3D]

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[Altium Designer_Ansys Q3D_PCB]: https://wenku.baidu.com/view/b2454f07011ca300a6c390e2.html
[Q3D_L_G]: https://www.eda365.com/forum.php?mod=viewthread&tid=114660&page=1&_dsign=e3fb87c3
[AnsoftQ3D]: https://max.book118.com/html/2018/0515/166455086.shtm