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采用任意形状结构的MMIC器件的设计方法
内容导读:

RF和微波电路工程师通常面临着一些共性的东西,特别是在设计工具方面。在设计无源结构,使用现有解析模型时,许多工程师受到了限制。这些限制一般源于解析模型在希望使用的范围内精度不足,或不能满足捕获结构之间耦合的需要,以及不存在适用于任意形状的解析模型。在这种情况下,通常会使用电磁模拟器。

EM模拟解决方案,包括平面准静态解算器到真正的三维全波解算器,但许多新版本的工具都在采用共同的方法。现在,工程师在寻找一种快速高效的设计流程来开发元器件和电路。他们需要模型的高精度,又要求模拟速度应类似于解析模型。由于工程师并不是一直有足够的时间,对每个电路中大量变化的结构运行模拟,因此他们需要某种方式,创建和利用适用于更大设计空间的模型。

MMIC(单片微波集成电路器件。使用的设计实例是一种先进的内置频段调谐器,可以用来有效优化类功放。本文中介绍的方法几乎适用于任何设计,对于无源器件不存在精确模型的情况最为合适。该方法具可预测性,并由于在原理图模拟中采用了布线图参数化、批量模拟及智能重用模型的方法,因而效率非常高。新的平台还支持使用线性模拟简明地比较模拟数据和实际测量数据。

EDA软件在同一个工具中同时提供了这两种方法。而且,尽管通常只要求相当简单的宏,但也可以创建复杂的宏。这种复杂性可以存在于用来构建布线图的底层公式中,如具有可变臂宽和间隔的螺旋电感器,或在多个层上构建,甚至可以存在于用于将对象“打开”或“关闭”的宏的灵活性中。

 

1 带有开关的阻抗调谐器的参数化布线图

                                       

2 对阻抗调谐器进行参数化布线图的批量模拟设置

                                                 

3原理图模拟,比较基于的模拟模型与测量数据

                                             

4模拟结果

 

EM批量模拟的奠基石。它可以通过改变一个参数或多个参数的值,来灵活地改变结构的多个部分或所有部分。当自动运行多个模拟时,真正的效率就会开始显现。新的工具以智能方式实现了这种批处理功能。它采用一定的算法,适应性地扫描参数,因此可以运行最低数量的模拟,在用EM模拟,因此智能的适应性模拟算法是必要的。设计人员还需要一种方式,智能化地重用这些模拟中的数据。对一名工程师来说,让自己的计算机在长时间内运行,以在较大的设计空间中生成有效的模型是可以接受的,只要别人能够从中受益。

S参数结果,这样可以在未来分析中重用。这就使得设计人员能够保持模型的精度,而不需重新调用模拟引擎。

EDA工具支持在包括部分或所有版图的结果的电路原理图中放置版图器件,大大增强了协同模拟速度。在用户想优化、调试或只是扫描任何电路模拟参数之外的版图参数时,这一工具尤其重要。人们希望也需要能够在一个以上的设计人员之间利用数据库。

(PDK)包括在特定工艺中特定器件的模拟模型、原理图符号和布线图。这使设计人员能够在设计中使用最精确的核心模型。还可以以压缩文件的形式简便地分发给多个不同的工程师。为模型库创建的设计套件具有同样的价值。

EDA解决方案能够简便地创建新的设计套件。过去,这一直通过手工编码方法实现,而现在,可以在通过图形用户界面自动创建的设计套件中增加模型。用户选择要增加的模型,输入描述,输入设计套件名称,然后相应的文件就可被创建。某些工具甚至能够在调色板中增加这些定制的基于的设计套件模型,以便在原理图环境中方便的读取。

EM模型已经生成,并在设计套件中提供后,使用同一平台的任何设计人员都可以在原理图模拟中使用这些参数化模型。其优点有三个:每个模型都有一个与布线图类似的原理图符号,并且已经具有参数化的布线图,可以生成和更新版图;每个模型都是参数化模拟组件,包含精度,但模拟速度与解析模型类似;每个模型都允许用户迅速扫描、调谐或优化版图布线图模型参数的有效范围内及电路单元,实现希望的性能目标。使用这些模型的另一个优势是,用户现在可以选择使用原理图模拟环境中存在的模拟时间或后处理功能。与版图模拟环境相比,可以提供更多的整体分析功能。

X频段单片电路×位阻抗调谐器。这种双短线调谐器是一种基于微带的电路,通过个不同的开关使用个不同的可能径向短线。实数部分的阻抗调谐范围是-7.5~51.827+j32E类功放的效率,能够提供高约的漏极效率。

(包括径向短线可以对这一电路参数化,假设这些单元为固定配置,但是在本例中,需要对开关的状态”或“进行参数化。版图环境中提供的图形宏工具用来参数化导线层,其中包含用来构建开关的对象。在版图中为“”状态和“”状态画出相应结构,然后宏启动或取消这些层,根据为每个开关的布线图参数输入的值进行分析。微带调谐器的参数化版图如图所示。鉴于所有开关都已经参数化,现在必须对种状态进行模拟×。由于有许多配置需要模拟,因此这种环境特别适合批量模拟。

6开关的阻抗调谐器设置参数化布线图的批量模拟的接口实例如图所示。用于这类模拟的用户接口包括模拟器本身的参数,有时称为模型参数。用户也可提供用于扫描的版图参数范围或取值列表。批量模拟开始后,模型数据库也开始生成。在批处理过程中的最后模拟完成时,可以使用在批处理设置时定义的设计空间中有效的模型,并可以通过创建和流通设计套件,来共享该模型。

EDA工具为模型创建了一个与版图类似的符号。调色板使用是可选的,因为用户可以直接从自己定义的项目库中访问模型。

EM模型将以解析模型的速度运行,因此可以使用平台提供的任何模拟功能。如前所述,这些模拟甚至可以包括改变布线图和电路单元的优化工作。为说明这种方法的可信度,可创建一个原理图来检验这一模型。如图所示,原理图采用扫描的参数模拟,访问所有种状态的测得数据,另外还在这些相同状态上扫描模型。其中一种状态的结果如图所示,说明模拟结果和实际测量数据之间达到了很好的一致性。

MEMS开关中的结构进行了分析,该方法支持对单片电路阻抗调谐器实例进行参数化批量处理。
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来源:电子设计应用 作者:安捷伦公司 Keefe Bohannan 时间:2005/8/14 0:00:00
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