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标题: RFIC 设计中的连接问题 [打印本页]

作者: yuyang911220 时间: 2017-2-24 15:20 标题: RFIC 设计中的连接问题

　ARF 电路的性能是由设计师和 EDA 工具共同完成的物理实现的直接结果。随着特征尺寸的继续缩小，设计师在射频电路设计中必须处理的许多问题，也在数字电路设计和混合信号电路设计中日益重要。建立寄生效应和互连线的模型使仿真问题进一步复杂化。然而，精确的射频器件模型必须包括寄生元件网络。因为工作频率很高，互连线的精确表述也很有必要。在数千兆赫频率下，原先可以忽略的寄生元件可能会使芯片失效。芯片上的互连线、焊接线和芯片外的微带互连线始终或时常要加以注意。另外，建立芯片衬底的模型也是捕获数字信号引起的噪声所必不可少的。设计师既建立互连线的模型，又建立具有大型寄生网络的基板模型，这可能是对仿真器的功能的挑战。如今提供射频工艺的大多数硅片加工厂都提供作为工艺设计套件一部分的各种器件的精确仿真模型。
　　这些模型被安排成分级的子电路，各自描述一个器件的电路。每个模型都包括基本的原始元件和一个由无源元件和内部节点组成的非平凡网络，以便建立精确射频仿真所需的附加物理细节的模型。例如，无源元件可以建立漏/源极输入网络、结型二极管、衬底网络、栅极电流网络和由器件布局引起的寄生效应的模型。
　　原始元件的基本模型要么忽视这些效应，要么对其表达不够。寄生网络中的一些元件（如螺旋式电感器）性能甚至可能直接取决于工作频率。这些与频率有关的元件在常规的瞬态仿真器中仿真，费用特别高昂，而在频域中处理则要容易得多。因此，对于一张原理图中的每个射频器件来说，仿真器都必须处理 4 个以上的附加内部节点以及 10 个以上的无源元件。甚至在考虑互连线之前，实际仿真数据的复杂性就比原理图级的数据高一个数量级，而每个器件则要比简单的原始元件重要得多。
　　为了达到精确的仿真，设计师必须从布局图中提取关键射频电路块之间的互连线，并对它们与有源器件一起进行仿真。如果在设计电路块时知道输入和输出阻抗，那就可以很容易地把各个电路块互相连接起来，但射频电路设计师们很少遇到这样的好事。一旦把射频电路块集成到最终电路中，他们没有互连驱动和负载线的详细信息就无法设计射频电路块。这种局限性是行为模型不能解决问题的另一个原因。
　　输入/输出级能捕获与互连线相互影响的细节，但建立这样的输入/输出级模型通常过于复杂。在前置放大器或功率放大器等器件中，大的电流摆幅可能会在似乎可以忽略的寄生电阻器上产生很大的电压降，这些器件需要建立精确的互连线模型。设计师可以配置市售的布局提取工具，来生成 R（电阻）网络、RC（阻容）网络、RCC（耦合电容）网络、甚至 RLCK（电感和电感耦合系数）网络。较小的几何尺寸和较高的频率，使得完成IC连线的物理建模工作更具挑战性。通常，提取工具产生一份接受 Spice 语法的任何仿真器都能够阅读的类似 Spice 的网表。
　　然而，提取的网表有时可能是数千万个元素，尤其在它包括 RCC 或 RLCK 时更是如此。当寄生网络的规模使仿真速度严重变慢时，提取工具和仿真器必须提供纠正措施。通过改变提取参数，你应该能够缩小网络的规模。借助对提取工具或仿真器的控制，你还能把网络缩小成一个较小的等效网络。另外，你只要去掉网络中小得可忽略的电阻器，还可以提高仿真精确度。
　　衬底建模问题与互连问题有些类似。用很大保护环来防止敏感模拟电路和射频电路免遭数字电路噪声干扰的超安全标准设计，会占用较大的硅片面积，通常是令人无法接受的。为了建立衬底的模型，设计师要么使用自己的 Spice 等效网络，要么使用商品工具，从布局信息提取出一个等效网络。这些网络通常是简化的 RC 网络，但它们仍然能给仿真器带来沉重的负担。
　　在内含射频电路的单片系统所采用的频率上，精确地建立焊接线物理效应的模型可能是至关重要的。由一根焊接线引起的几分之纳亨的阻抗变化都会使一个稳定的设计很不稳定。设计师一般根据重要程度选用两种分析方法中的一种。大多数设计师使用 Spice 等效网络，而另外一些设计师则把电磁仿真应用到实际的物理结构中，以获得 S-参数描述。然后，他们对 S-参数块和有源器件一起进行仿真。
　　这些进出网络有相当好的线性性，而且使用 S-参数也是高效率的。然而，电磁仿真的成本可能很高，尤其是当你需要很宽带宽的时候更是如此。你可以在时域或频域中仿真 S-参数。再则，在仿真速度方面，频域显然是更好的选择。无论用哪种建模方法（Spice 等效网络或电磁场），最终得到的网络都比较小。（焊盘数量并不随每一代IC呈指数式增长。）焊线的建模可能很棘手，但它们不会造成过大的仿真负担。有些应用需要对芯片外的互连与 IC 自身一起进行仿真。例如，设计师也许必须把 I/O 匹配网络看作系统的组成部分。在这种情况下，你通常要把片外的互连线当作微带结构来建立模型，微带结构在频域里定义得最好，因此也可以仿真。Mentor 公司的 ADMS RF 工具允许设计师在物理设计一级采用这些分析技术。作为安捷伦公司和 Cadence 公司合作的成果，RFDE 也可以帮助设计师完成设计的物理分析。

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