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Ansoft Nexxim 简化UWB RFIC设计流程

作者:MWEDA    文章来源:互联网    点击数:    更新时间:2008-11-23
为改进仿真的精确度,可对芯片上被动组件,如螺旋电感和金属-氧化物-金属(MoM)电容进行综合、参数萃取并加入电路仿真中。联电和Ansoft已经实现了一种电磁设计方法(EMDM),这种方法采用全波三维仿真工具来建立芯片上被动组件的模型,其精度可以追溯到晶圆制造制程。而螺旋电感,电感值和质量因素(Q)则可利用先进的全波有限元模拟,并透过Ansoft的HFSS来计算。

 


图8:组件精灵读取UMC制程技术文档和P-cell以建构易于解决的参数化HFSS计划。

为方便电路设计工程师们使用全三维电磁场工具,Ansoft建构了一种针对联电的组件精灵(Component Wizard),用于建立与其代工设计制程相匹配的参数化模型。图8描述了Component Wizard以及联电使用的制程,可建构易于解决的参数化HFSS计划。组件精灵使用Cadence布局P-cell与层堆栈技术文件,来在HFSS中建构完全参数化的螺旋电感参数库。这个库可以作为经过验证的EMDM设计工具套件提供给联电客户。还提供了一种将优化设计反向标注回通用的布局工具的方法。

图9a和图9b比较了HFSS模拟结果与两个环形螺旋电感的测量结果,显示了电感量和质量因素优秀的一致性。

 


图9:环形螺旋电感的HFSS模拟与测量的电感值和Q的比较(a) 150um外部直径

 


图9:环形螺旋电感的HFSS模拟与测量的电感值和Q的比较(b) 300um外部直径

实体电路布局设计

设计过程的下一步是实体电路布局。对关键的模拟模块需要特别加以注意,这些模拟电路模块通常是透过手动布线来确保高度敏感的模拟电路以满足技术指针要求。在布局设计完成后,应该利用电磁仿真来得到被动组件模型和互连之间的相互影响。

由于像HFSS这样的模拟工具和运算平台的性能不断提高,因此现在可以在关键的无线电模块整个布局上使用三维模拟。其优势是这种精确的方法能够模拟所有的高频布局设计效应,包括芯片上电感、互连、芯片上被动组件以及到其它互连结构的耦合和介质耦合。并且对寄生现象和耦合效应不做任何假设。对于整个模块严格的电磁参数萃取能够消除关于该包含哪个寄生效应的所有不确定因素。

图10描述了整个压控振荡器(VCO)模块布局的HFSS仿真计划,不包括所有的主动组件和MoM电容。在双处理器PC上仅仅用9个多小时的时间就解决了这个142埠HFSS计划,所需内存为2.15GB。

 


图10:在HFSS中仿真的关键VCO电路布局几何尺寸

图11显示了VCO负阻振荡器S11幅度(蓝色)和相位(红色),图中显示当撷取了整个模块的寄生效应,并将其加入到电路仿真中以后,组件无法起振。如果不进行电磁场模拟,这样的问题只有在设计输出、制造和测试之后才能发现。这一级别的布局撷取和验证对于确保一次性投片成功来说非常重要。

 


图11:VCO负阻振荡器S11幅度(蓝色)和相位(红色)图。S11必须位于绿色虚线之上,组件才能振荡(a) 没有进行整板仿真时,电路振荡于4.4GHz

 


图11:VCO负阻振荡器S11幅度(蓝色)和相位(红色)图。S11必须位于绿色虚线之上,组件才能振荡(b) 整板模拟之后包含了寄生效应,组件无法起振。

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