对于集成了使用各种工具开发的多种技术的RF模块,由于整体设计任务的复杂性,对工具之间更大互操作性的需求往往超出简单的数据格式兼容性。前端模块和其他多技术设备可在单个层压模块上包含多达25个集成电路,包括BAW和SAW滤波器、III-V RF MMIC PA,以及具有多个天线的硅开关和硅LNA。在本文的设计实例中,硅开关和LNA是在Cadence工具中设计的,声学/层压滤波器是在Microwave Office软件中完成的。图1所示为典型的多芯片模块设计。
基于Virtuoso和NI AWR软件的RF前端模块集成设计流程图1:Microwave Office软件环境下的典型模块设计为交换机设计人员创建所有所需开关状态所需的文件非常耗时。该过程可能容易出错,因为需要支持RFIC涵盖的250多个状态。对于touchstone文件,仅捕获线性行为。对于开关甚至声学滤波器而言,至关重要的非线性行为需要由较大的多谐波文件捕获。随着RFIC分析和S参数文件生成,每个状态需要7分钟,而一个开关操作有68个状态,另一个有25个状态,这时,需要投入大量的时间,一般情况下,一个操作过程会花费数小时甚至数天。
图2:NI AWR设计平台中用于协同仿真的Cadence Spectre转换流程通过采用硅工艺PDK并通过Spectre设计网表将其传输到Microwave Office软件中,设计人员可以访问所有NI AWR设计环境工具,从而实现该流程。这些工具包括Visual System Simulator(VSS)系统设计软件,Microwave Office线性和非线性仿真,APLAC谐波平衡和瞬态仿真,NI AWR布局工具,以及AXIEM 3D平面和Analyst 3D finite-element method (FEM)EM仿真器。
图3所示为具有片上滤波器的双极/八掷(DP8T)硅开关的Virtuoso原理图,其关键部件是天线开关模块(ASM),它有6种不同的开关状态。网表和运行
图4:翻译的Cadence代工厂PDK(左)和设计PDK(右)出现在元素树库中,可以插入任何NI AWR软件设计中新的库元素可通过标准“拖放”放置到Microwave Office电路设计软件原理图中,就像任何其他原理图元素一样。如图5中的原理图所示,PROCESS块用于引用代工厂PDK制程,并允许用户更改process corners。使用DESIGN块,用户可以访问Cadence设计中的任何设计变量。
图5:在此Microwave Office原理图中可以看到PROCESS块(代工厂PDK制程)和Cadence设计的设计变量的DESIGN块在图中右侧,翻译的组件有大约20个端口。DESIGN模块用来控制开关状态的位置(在本例中设置为6),以及控制开关状态的两个电压。左上角的PROCESS块(在图的左侧突出显示)为设计人员提供了指定process corners的能力,这对于IC设计非常重要。
为了验证在Microwave Office中模拟的网表转换与原始Spectre结果的频率响应,将测试用例Spectre模拟的S参数导入Microwave Office进行比较。验证设置实际上与包含已翻译网表的原理图测试台相同。对于此仿真,子电路包含直接从Cadence导出的touchstone S参数块。
图6:将NI AWR软件模拟的小信号结果与Spectre结果进行比较补充分析
现在已经验证了设计转换,可以使用开关执行许多其他仿真,包括扫描process corners,调整/扫描开关状态,
以及调整/扫描控制电压。导入的RFIC就像常规的Microwave Office元素一样。在图7的左侧,已将扫描process corners与直接从Cadence获取的参考数据进行比较,显示出了process corners的影响和模拟器之间的重叠。
图7:现在可以使用开关运行其他模拟,因为它的行为类似于常规的Microwave Office元素图7的右侧显示了在该示例中针对不同开关状态(通过路径)的模拟插入损耗。RFIC通过6种不同的开关状态进行控制,显示了取决于开关状态的不同响应。设计人员现在可以根据的RFIC模型开发层压板设计细节,通过参数设置轻松改变状态,可以实现调整或扫描。
此外,由于开关设计是常规的Microwave Office子电路,它可以与任何其他Microwave Office元件,EM结构,数据文件等组合。可以将多种技术组合到一个Microwave Office项目中,实现跨技术的协同仿真以及布局集成。单个叠层模块可以包含并组合硅开关、III-V PA RFIC、声学滤波器等。终的集成设计布局包括声学滤波器、硅器件、GaAs-PA和模块。
8:开关布局可以从Cadence Virtuoso导出并导入到NI AWR软件中,然后可以与原理图子电路关联或链接,以确保正确的布局连接结论
本文介绍了一种集成设计流程,用于将源自不同软件工具的多种技术组合到一个项目中,实现仿真和布局设计工具之间的协同仿真。该流程不仅可以使设计人员集成不同的半导体和封装(层压)技术,还可以利用初在RFIC设计环境中创建的复杂设计,并将其集成到专门用于MMIC、RF PCB和模块开发的设计环境中。终的集成设计布局包括4种不同的技术:声学滤波器,硅器件,GaAs PA和模块。
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