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用HFSS仿真电路板上螺线管电感量

JERRY. LIU 2023-04-12 原文

最近学习用HFSS仿真电路板上的走线的电感,把学习心得写下来供读者和我以后进行类似工作时参考

采用的版本时Ansys 2022, 获取螺线管的帮助文件可从help/HFSS PDF/GETTING START/Silicon Spiral Inductor.pdf文件中获取。

设计螺线管可以有两种方法:

1、先设计一个平面,然后使这平面绕着某个曲线做旋转运动,形成螺线管。这种方法经常出错,提示为设置的第一点不能位于平面的法线上。
2、如下图,以参数 _ t \_t _t 函数的形式来描述并画一个螺旋线,然后设置螺旋线的截面。注意用这种方法使函数所输出的x值和y值,z值的单位都是米。如果用户所用的单位是其他单位,应进行换算。比如我用的单位是mil,这时候计算的值需要除以大约40000 来变成 mil 的值。

设计输入时应注意

在仿真螺线管的时候,除了设计螺旋管形状,还要在螺线管附近增添一个地线层。螺线管的两个端口需要需要添加两个激励。激励的参考地为底线层,激励的输入为螺线管的端口。

HFSS仿真输出结果

HFSS的仿真输出结果有4种形式,分别为:S矩阵、导纳 Y Y Y 值、阻抗 Z Z Z值、特征阻抗 Z 0 Z_0 Z0值、伽马 γ \gamma γ 延迟值。结果是以不同频率下的矩阵值的形式来输出的。

如何从仿真结果中获得螺线管的电感值和品质因数

仿真结果输出的导纳频谱值是在第 2 端口与地短路、使不同频率下的幅度为 1V 的正弦信号输入到第 1 端口时的输入电流的大小。根据导纳频谱值可以获得螺线管的电感值和品质因数。

电感值 L L L 是导纳值的倒数的虚部,除以 2 π f 2\pi f 2πf ,其中 f f f 为输入激励信号的频率。螺线管的品质因数 Q Q Q 是导纳值倒数的虚部,除以导纳值倒数的实部
即:
L = I m ( 1 Y t ( f ) ) / ( 2 π f ) L=\rm{Im}(\frac{1}{Y_t(f)})/(2\pi f) L=Im(Yt(f)1)/(2πf)

Q = I m ( 1 Y t ( f ) ) / R e ( 1 Y t ( f ) ) Q=\rm{Im}(\frac{1}{Y_t(f)})/\rm{Re}(\frac{1}{Y_t(f)}) Q=Im(Yt(f)1)/Re(Yt(f)1)

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