先进的仿真方法简化 UWB RFIC 设计流程.PDFVIP

电子发烧友 电子技术论坛 先进的仿真方法简化UWB RFIC 设计流程 作者： Albert Yen 混合模式与射频技术经理 台联电 Lawrence Williams 商业开发总监 Z.Y. Daniel Wu 模拟/混合信号IC 专家 Ansoft 公司 关键词：射频集成电路，无线收发系统，仿真，UWB，RFIC 摘要：本文描述在建立好的设计流程中设计与验证射频及模拟电路的新技术。以正在开发中 的超宽带(UWB)多波段正交频分复用(MB-OFDM)无线系统项目为实例，演示新的技术。 大规模射频集成电路，如无线收发系统，往往包含了模拟和数字部分(如压控振荡器(VCO)、 锁相环(PLL)、混频器、滤波器、放大器、数模/模数转换器(DAC/ADC)等)。这些器件的各 种功能特性需要在时域和频域内进行仿真，以得到它们各自的行为特性。 此外，这些系统工作在GHz 的频率段，采用先进信号产生方法(如正交频分复用(OFDM)和 快速跳频技术等)。高频电路的开关速度很快，对有源与无源器件的模型、电路版图的寄生 效应、介质耦合效应、级间阻抗匹配、IC 封装和电源噪声等非常敏感。 仿真挑战 谐波失真、增益压缩、振荡器相位噪声及混频器噪声系数等非线性效应经常在频域进行仿真 和报告。而开关行为、电路初始启动状态以及收发系统对瞬时事件(如跳频)的响应需要在时 域进行仿真。由于经常需要包含基于频域定义的宽带寄生效应建模，而这种建模必须进行转 换以用于基于时间的仿真，因此导致时域分析复杂化。 很明显，同时支持在时域和频域内进行一致的仿真，并能高效和精确地对基于频率的模型实 现暂态分析的技术，对于现在的RF 电路仿真和验证至关重要。 为了组成一个完整的收发器或接收器链，由许多无线电单元组合在一起产生的电路包含非常 多的器件数量，这通常超过了传统EDA 工具的极限，从而产生了另外一个仿真挑战。 这迫使设计师引入人为的、不准确的设计分割，从而牺牲了他们验证的宽度。因此，迫切需 要新的技术，它不仅要能在对敏感的模拟电路模块仿真时具有良好的仿真精度和收敛性，同 时，由于在系统级芯片(SoC)设计中，电路中经常包含了大量的晶体管和寄生元件，新的技 术还必须具备处理这种电路的能力和必要的仿真速度。 解决挑战 为解决这些仿真挑战，Ansoft 公司开发了Nexxim。利用专用的数值算法和先进的软件架构， Nexxim 成功地展示了解决大型电路问题的能力，能提供具有一致结果的时间和频率分析， 以及与Ansoft 公司的寄生行为3D 电磁建模的协同仿真能力。 新的设计技术利用高可靠性的高频结构仿真器(HFSS)对部件和版图电磁寄生效应进行抽 取，结合了用于高性能电路仿真的Nexxim，为SoC 设计者们一次流片成功提供了新的手段 和机会。 复杂SoC 的设计需要完善的EDA 设计流程。Cadence Virtuoso 模拟设计环境(ADE)在模 拟/RF 设计业界得到广泛使用。现在，可以将Nexxim 仿真和HFSS 模型抽取工具固有的优 势整合到这个设计流程中。像ADC 、AGC 和PLL 这样的IC 功能现在可以通过Cadence 环境来创建，在单个芯片中集成，使用Nexxim 按SPICE 级别精度对这些功能模块验证。 此外，HFSS 与Cadence 的设计流程协同工作，以提供可扩展的片上无源模型、全波互连 与介质耦合寄生效应抽取以及复杂的封装模型抽取。 本文描述在建立好的设计流程中设计与验证射频及模拟电路的新技术。本文以正在开发中的 超宽带(UWB)多波段正交频分复用(MB-OFDM)无线系统项目为实例，演示新的技术。 电子发烧友 电子技术论坛 图1 是一个流程图，描述了典型的RFIC 设计流程，图2 是一个功能图，展示了台联电(UM C)公司设计流程中使用的工具。 图1：RFIC 设计和验证流程 电子发烧友 电子技术论坛 图2：在UMC 设计解决方案中的设计和验证工具 设计流程解决方案 设计过程从系统设计与行为级建模测试平台开发开始。常用的建模方法包括使用Matlab、 高级语言(如C 语言)或者硬件描述语言(HDL)(如Verilog-A 或VHDL-AMS) ，以及专门的系 统仿真工具。 图3 描述了一个超宽带IC 参考设计的行为模块框图，这个IC 参考设计是由Ansoft 公司和 领先的RFIC 晶元厂台联电联合开发的。这