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如何从SYZ参数提取电容C和电感L—单端口

冬至子 来源:CST仿真专家之路 作者:Zhao Tong 2023-06-20 11:11 次阅读

这个问题比较简单,但很多人搞不清楚。比如用什么拓扑结构?一个端口还是两个端口?用Y11? Z11? Y21? Z21? 用哪个公式?

这些问题都清楚当然就不用继续看了哈~

情况1 单端口(参考地)提取L

一般我们拿到L的S2P数据自身都是有两个端口,我们先考虑在电路中加一个电路端口,另一个接地:

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若是集总电路,L加上寄生电阻电容

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或者CST拓展包安装的元件库里面拿个L的SPICE:

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这种一个端口的电路很容易,不存在矩阵的复杂性,直接S参数任务计算一定频率范围就可以了,Z和Y也可以选了看看,不选也没关系,后处理提取的时候自动计算。

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仿真结束,添加后处理任务。这里有三个后处理模板可以用,第一个后处理是线圈参电容参数提取:

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电感值:

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电容值:

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这里负值都归零了。该模板还提取电阻R和Q:

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第二个后处理是Y参数:

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第三个后处理是Z参数:

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可见三个方法的结果都一样:

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Coil_Capcitor后处理模板和Y参数模板提取L的公式都是用的Y11:

L11 = im(1/Y11)/(2pif) = -im(Y11)/(2pif*Mag(Y11)^2)

为什么两个公式呢?因为这里Y11和Z11都是复数,加进来复数倒数运算,L11就变式了。这里要注意细节,比如正负号不同。

Z参数提取L用的是Z11公式:

L11 =im(Z11)/(2pif) = im(1/Y11)/(2pif)

所以电感提取可用三个表达式,都是等效的!这点很多朋友搞不清楚,还以为用错了公式。如果对这三个后处理直接提取电感都不感兴趣,那就手动输入公式提取L吧。

情况2 单端口(差分)提取L

有人可能问了,我把电路一个端口的两端接去电感两端提取不行吗?像这个样子:

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我们确实可以用差分端口直接接去两端:

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同样运行S参数任务,三个后处理方法提取L:

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可见L就是10nH,完美的理论值,不随频率变化了。说明什么?说明寄生参数没有了,为什么寄生参数没有了?因为差分端口是自身参考,没有地参考,所以提取的结果中不包括与地之间的寄生参数。那这个方法是不是不能用?是可以用的,这里没有的只是端口这边并联的寄生参数,串联的寄生电容还是考虑在内的,比如这样的电路:

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一般电感的S2P或SPICE是可以这样提取的,知道区别就行。不过鉴于操作麻烦(差分端口),还是推荐用单端口(参考地)提取L的方法吧。

情况3 单端口(参考地)提取C

下面说说电容,电容C的等效电路就是全串联了,以100pF为例:

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同样还是S参数任务,同样的三个后处理,我们把L换去C:

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同样,电容C的公式也有三种表达,Coil_Capacitor参数模板和Y参数模板用的都是Y11:

C11 = -1/(im(1/Y11)2pif)= Mag(Y11)^2/(im(Y11)2pif)

Z参数模板用的是Z11:

C11 =-1/(im(Z11)2pif) = -1/(im(1/Y11)2pif)

情况4 单端口(差分)提取C

只要电路中没有并联元件,这种连法是可以用的。当然还是推荐单端口(参考地)提取C。

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某个SPICE模型:

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小结:

1)单端口提取L或C比较简单,因为只有Y11和Z11,没有矩阵,下期我们讲双端口复杂情况。

2)单端口可以接地法或差分法。其中差分接法要注意电路中的并联元件会被忽视掉,能用接地就接地。

3)提取L或C的后处理模板有三个,Coil,Y和Z。2022新版本中这些模板有改动,更加清晰统一。其中Coil和Y用的公式完全一致;提取L和C的公式表达式各有三个,等效,不要搞混。

4)S参数任务的仿真频率范围要合适。

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