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提取LC模型-电容模型

提取LC模型-电容模型 SI simulation workshop
2025-12-07
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导读:上篇Extraction LC model – Inductance model說明如何去萃取元件電感值,這篇

上篇Extraction LC model – Inductance model說明如何去萃取元件電感值,這篇要提出的就是電容值的萃取方法。

如上篇所說明的,我們利用雙線傳輸線只有L、C的一階等效電路模型,如下圖所示。

再來需要將雙線的等校電路的一邊終端開路,就可以去忽略自感及互感值,並使用Y參數去推導出自容及互容值,如下圖所示。

以上簡單的利用雙線的等校電路,去取得電容值的萃取。

下面做的範例,就是討論電容的萃取方法,利用Ansys的HFSS + Designer,去應用上面的電容萃取公式,與Ansys Q3D計算的結果去做簡單的比較。

Capacitance

這裡的範例使用半導體用的矽基板上,長出金屬電容,電容模型的材料參數,如下圖所示。
詳細的模型尺度設定,請下載下面連結的3D模型。
Link : 3D模型

將上面的電容模型,導入到Ansys HFSS上面去模擬,再將S參數存成Touchstone files (SNP file),再將這個S2P檔導入到Ansys Designer去做公式計算,如之前提過的電容萃取公式,去設定Ansys Designer如下圖所示。

將電路接好,並輸入電容萃取公式,可以很快的得到電容與頻率的值,如下圖所示。

計算的結果互容值在1GHz的頻率點為-0.446pF,其另外自容值C1/C2分別為0.5426 pF/0.5454 pF。

電容與電感一樣,都會有雜散效應,因為元件的雜散效應導致產生自我諧振頻率(Self Resonant Frequency, SRF),此電容元件SRF約在5GHz產生,大於自我諧振頻率的電容器其物理意義為電感。

接下來使用Ansys Q3D去模擬這個電容模型,這裡設定分成三個NET,Net-1為治具,Net-3為電容-1,Net-4為電容-2,計算電容比較好設定,不需要設定源(Source)/汲(Sink),就可以模擬,再來設定模擬頻率點為1GHz,如下圖所示。

Q3D計算的結果如下圖所示,其NET-1治具的電容值為0.25pF @1GHz、NET-3電容-1的電容值0.4028 pF @1GHz、NET-4電容-2的電容值0.4046 pF @1GHz,兩電容本體的互容值為-0.317 pF @1GHz,以上的值都為局部電容(Partial Capacitance),所以萃取的值都為個別效應,並不包含治具效應。

Note : 細心的讀者一定會想,它萃取的是局部電容(Partial Capacitance),那它的參考地(Ground)在那裡,Q3D的計算方式是將參考地(Ground)設定在無限遠的地方,就跟靜電學裡的假定一樣。

如果將治具效應設定為Ground Net有設定有設定源(Source)/汲(Sink)的電容值,這樣的設定是最符合量測的方法及物理意義,在頻率1GHz萃取出來的互容值為-0.317 pF、C1/C2分別為0.40248 pF /0.40468 pF。(如下圖所示)

Conclusion

1.Ansys HFSS+Designer的分別在1GHz得到Cm/ C1/ C2的電容值為-0.446pF/ 0.5426 pF/ 0.5454 pF,Q3D萃取出來的分別在1GHz得到Cm/ C1/ C2的電容值為-0.317pF/ 0.40248 pF/ 0.40468 pF,兩者計算的差值分別小於0.15 pF。
2. Ansys Q3D可以很快的計算出R/L/C/G的值,不用在另外寫公式去計算,在需要作等效電路的應用上,可以非常的方便使用。

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