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Keysight 微波单片集成电路(MMIC)设计 -- 产品应用解决方案

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发表于 2016-2-18 10:28:23 | 显示全部楼层 |阅读模式
微波单片集成电路(MMIC)在民用商业的移动电话、无线通信、个人卫星通信网、全球定位系统、直播卫星接收和毫米波自动防撞系统等方面已形成正在飞速发展的巨大市场;它同时也是当前各种高科技武器的重要支柱,广泛用于各种先进的战术导弹、电子战、通信系统、各种先进的相控阵雷达。MMIC的发展前景十分广阔。

但是,其电路设计不同于传统的、能够在制版后进行电路的调试工作的微波电路设计。MMIC一旦流片后便无法对电路进行任何改动,故必须在仿真阶段进行严格把控。

设计流程
1、在MMIC设计之前要先针对电路设计目标选择将要投片的工艺线,并获得工艺线的模型库。
2、根据特定工艺线的模型库,在仿真软件中进行MMIC原理图设计、高良率优化等前端设计(对于大功率器件,还需要进行细致的热设计),以及布版、电磁场分析、LVS/DRC、掩膜板制作等后端设计。
3、将掩膜板文件交给工艺线加工流片,这个过程就是常说的Tape out。
4、在芯片设计完成后,还需要对电路进行模型提取,以供系统设计部门提前对芯片性能进行评估。

电路设计和仿真
作为业界使用量最广泛的射频微波EDA工具,ADS得到世界上所有MMIC晶圆厂的模型库支持。同时,由晶圆厂负责模型库的维护工作,保证用户能够用到最新的工艺以及获得最高的精度保证。结合ADS的频域仿真工具,用户可以在电路设计化境中方便快捷的设计和仿真MMIC原理图。使用功能强大的调谐、优化工具,可以帮助工程师快速获得高性能电路。

高良率优化
一个成功的MMIC设计不仅仅是测试后能够达标,还需要MMIC量产后能实现高良率,降低成本以实现更大的利润。由于每次投片都意味着大量的时间和金钱的消耗,当今先进的MMIC设计流程都需要在设计阶段引入DFM(面向生产的设计)的设计手段。通过DFM,降低MMIC对工艺引入偏差的敏感程度,从而实现“一次成功及高良率”的目标。

ADS软件加入了DFM的设计工具:DOE(Design of Experiment)和YSH(Yield SensitivityHistograms),帮助用户实现良率优化。
使用基于DFM的设计手段,可以让器件指标对工艺参数的抖动表现不敏感,其良率大大优于基于标准设计方法得到的电路。下图为在同一晶圆上,使用标准设计方法及使用DFM方法进行下变频器电路设计,测试结果的对比。

热仿真
ADS热分析能够提供高精度仿真结果。通过将器件温度、热耦合、封装热特性、版图布局等加以考虑后,ADS能够提供“温度报警”IC仿真结果。是德科技将Gradient的热仿真器集成到ADS平台上,能够支持ADS的所有电路仿真器——包括谐波平衡仿真器、瞬态仿真器及包络仿真器等。

快速版图设计
还在为版图设计耗时耗力抓耳挠腮吗?当用户完成了电路设计阶段,即可使用Foundry提供的带版图的模型库,可在ADS电路设计环境和版图设计环境之间进行快速同步,实现自动版图生成和自动电路图修改。ADS还提供更多的同步方案,用户可以选择完全同步、半同步和不同步,以防止不需要的版图修改。


精确的电磁场分析
在MMIC设计中,精确地对无源互联进行分析是提高MMIC设计精度的关键因素。在MMIC中,有多种无源互联结构,例如微带线、高速接头、键合线、介质桥等。针对这些复杂的结构,是德科技ADS提供两种三维电磁场仿真器进行分析:对叠层结构进行快速电磁场求解,可用基于矩量法的Momentum平面三维电磁场仿真器;对任意三维结构的物体进行电磁场的求解,可用基于有限元法的FEM三维电磁场仿真器。

获得精确仿真结果的前提是对无源结构及有源器件进行共仿真。传统流程需要人工将管芯等有源器件移除,再加入端口,对无源部分进行电磁场仿真后在原理图中集成管芯及无源部分进行共仿真。在新版ADS中,系统能够自动进行上述过程,减少工程师进行仿真设置的时间,提高设计效率。

高效的检测工具
担心版图设计出现问题怎么办?是德科技ADS提供完整的LVS和DRC检测工具,帮您做double-check,为您助力以准确无误地实现MMIC 版图。

多工艺技术
在MMIC设计完成后还能够在ADS环境下对封装、键合线、PCB、接头等进行分析。通过选择适当的电磁场仿真工具,能够快速、准确的对不同层次的电路进行电磁场仿真。

芯片参数提取
在MMIC设计完成后,能够使用X参数提取器对芯片的直流特性、线性、非线性指标等进行测试,获得X参数模型。模型能够完全表征芯片特性,能够在保护知识产权的前提下提供芯片完整射频特性。

引入无线通讯信号进行系统指标验证
在芯片研制完成之后,系统设计师需要检测其性能。通过ADS中的验证测试平台(VTB),系统工程师能够使用SystemVue生成包含测试信号及接收机的测试模块对设计的MMIC进行性能验证,获得系统的星座图、频谱图以及EVM、误码率等系统指标,这能够大大缩短系统联调时间。


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