RF設(shè)計軟件和平臺大掃描

在高頻和高速器件的三維(3D)電磁仿真領(lǐng)域，Ansoft公司首次披露HFSS v11 (圖1)。該版本保證用戶可以實現(xiàn)結(jié)構(gòu)的無限仿真，而這先前由于規(guī)模太大而無法求解。基本上，HFSS v11將新的更高階、層次化基本功能與迭代求解相結(jié)合。這一求解采用了更小的網(wǎng)格提供了高精度域，因而其對大型、多波長結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了更高效的解。此外，容錯、高質(zhì)量、有限元網(wǎng)格算法允許HFSS對非常復(fù)雜的模型進(jìn)行仿真，其比先前的版本快2至5倍，但只用了一半的內(nèi)存。軟件中的其它新特點如下：增強(qiáng)的端口求解、Floquet端口、擴(kuò)大優(yōu)選的遺傳算法、終端的自動分配功能以及離散和插值頻率掃描的自動分布求解。該版本還提供了參數(shù)掃描、敏感度以及統(tǒng)計分析的分布求解。對基于EM的設(shè)計流程，Ansoft將HFSS動態(tài)連接到Ansoft的組合頻域和時域電路仿真器Nexxim，以及該公司的集成電路圖與設(shè)計管理前端Ansoft Designer。

另一個流行的EM仿真器保證在通用形狀的3D和多層結(jié)構(gòu)上求解電流分布。稱為IE3D的基于全波、矩量法(MoM)的仿真器屬于Zeland軟件(Fremont，加利福尼亞州)公司。在三月中旬，公布了IE3D 12.12。該版本提出并實現(xiàn)了共軛匹配因子(CMF)。只要提供了芯片阻抗和基本配置，CMF允許設(shè)計師來判斷RFID天線的品質(zhì)。此外，用于實時、全波EM設(shè)計的FastEM設(shè)計包允許工程師確定平面和3D結(jié)構(gòu)的參數(shù)。其可以實現(xiàn)對結(jié)構(gòu)的高精度、高效IE3D仿真，并從仿真結(jié)果中提取FastEM信號。該信號允許用戶實現(xiàn)實時EM調(diào)諧、優(yōu)化和合成。

Zeland的IE3D版還包括了分布網(wǎng)絡(luò)EM仿真，并對IE3D、ZDS和ZDM 12.1進(jìn)行了優(yōu)化。最新實現(xiàn)的ZDS和ZDM保證通過一個為10的因子來幫助分布式與多許可授權(quán)IE3D用戶提高仿真效率。此外，IE3D版12.12極大提高了IE3D引擎的速度，甚至無需多CPU的支持。具有布爾運算基于方程的、電路圖—版圖編輯器允許工程師用參數(shù)對象以電路圖方式創(chuàng)建復(fù)雜的版圖。因為所有對象的尺寸都是基于方程的，用戶可以在庫的有限對象類型覆蓋之外建立結(jié)構(gòu)。IE3D 12仿真自動產(chǎn)生頻率依賴的、集總元件、等效電路模型。

像IE3D一樣，Sonnet軟件公司的Sonnet套件可以在單片微波集成電路(MMIC)、射頻集成電路(RF IC)、平面天線及更多設(shè)計中使用。然而，Sonnet套件開發(fā)用于平面電路和天線的高精度RF模型(S、Y、Z參數(shù)或提取SPICE模型)。該軟件需要電路的物理描述，其中包含了任意版圖以及金屬和介質(zhì)的材料特性。但是，其采用了基于麥斯韋爾方程的矩量法(MoM)EM分析，包括了所有寄生、交叉耦合、封裝以及封裝諧振效應(yīng)。

Sonnet套件的11版在三月份公布，共同校準(zhǔn)內(nèi)部端口在電路版圖內(nèi)部引入了理想地校準(zhǔn)連接。因此，模型可以連接在用戶首選的頻域和時域仿真器上。為了去除組內(nèi)端口間的交叉耦合，共同校準(zhǔn)端口被組合在校準(zhǔn)組(Calibration Group)中，并且進(jìn)行去埋(de-embedded)。此外，11版采用的組件包括了EM仿真中的電氣或電路理論模型。該組件可以校準(zhǔn)有關(guān)連接器件端子寬度的連接。所以，表面貼裝焊盤與該組件端子寬度之間的間斷在Sonnet中進(jìn)行了精確表征。其還被包括在EM分析中。

稱為em的Sonnet EM分析引擎目前已經(jīng)提高為64-b Windows和Linux平臺。所以，問題規(guī)模僅僅受到用戶計算機(jī)中隨機(jī)存儲器(RAM)大小的限制。此外，Sonnet 套件11版提供了重新設(shè)計和重新寫入安捷倫ADS的接口，被稱為ebridge。其還簡化了Sonnet著名的集群運算功能，該功能允許設(shè)計師采用多臺計算機(jī)來求解大型EM分析。分析頻率在CPU之間劃分，這轉(zhuǎn)為節(jié)省了非?？捎^的時間。這一集群計算能力可以在無需第三方軟件的現(xiàn)有計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)上加以實現(xiàn)。

四個單獨的3D EM仿真工具組成了計算機(jī)仿真科技GmbH公司的CST Studio套件：CST Microwave Studio用于高頻應(yīng)用，CST EM Studio用于低頻和靜態(tài)應(yīng)用，CST Particle Studio用于帶電粒子動態(tài)應(yīng)用，而CST Design Studio用于綜合與電路仿真。這些程序全部可以通過CST設(shè)計環(huán)境進(jìn)行訪問。最新版的CST Studio Suite 2008有望在今年第四季度上市。在這一版本中進(jìn)行的改進(jìn)是兩個最新的接口，其簡化了設(shè)計工作流程，特別是針對工程師所涉及到的信號完整性問題。與Mentor Graphics的固有接口Expedition采用了COM/COM來交換整體版圖、面積或線網(wǎng)的數(shù)據(jù)。第二，這是一個ODB++接口，可以從各種工具(例如Mentor Graphics的Board Station和Zuken的CR5000)來訪問版圖。此外，CST Microwave Studio的用戶將可以利用Sigrity的電流分布作為場源并輸出HSPICE模型。

在性能方面，這一新版本承諾改善瞬態(tài)和頻域的并行求解。另外，正在與英特爾進(jìn)行的代碼優(yōu)化項目保證了最新的和即將上市的處理器世代發(fā)揮充分的優(yōu)勢。專用硬件加速板可以用于瞬態(tài)求解。對四面體網(wǎng)格上的直接頻域求解而言，都已經(jīng)提高了內(nèi)存使用與速度。CST Design Studio 2008還允許從CWT MWS中直接使用電路圖模塊來建立版圖(圖2)。對信號完整性設(shè)計師而言，IBIS和Berkeley Spice模型可以包含在CST DS仿真中。另外，CST Particle Studio 2008中的網(wǎng)格質(zhì)點(PIC)求解法可以在外部和空間電場情況下提供完全一致的帶電粒子動態(tài)仿真。

Applied Wave Research公司的(El Segundo，加利福尼亞州)Microwave Office設(shè)計套件和系統(tǒng)仿真軟件、Visual System Simulator(VSS)的2007版在五月下旬發(fā)布。Microwave Office目前提供用于提高下一代通訊產(chǎn)品設(shè)計師生產(chǎn)率的電路提取技術(shù)。因為用戶可以通過用于電路提取的基于版圖的模型，ACE自動電路提取承諾削減復(fù)雜互連最初建模所需要的時間。另外，設(shè)計師可以在設(shè)計流程中的最早期階段實現(xiàn)精確互連模型。

Microwave Office 2007的其他特性包括增強(qiáng)了與APLAC諧波平衡仿真引擎的整合，改善了EM層疊編輯器與版圖布局，以及新的版圖特性與仿真模型。由于與VSS RF Inspector進(jìn)行了整合，可以從Microwave Office環(huán)境內(nèi)部實現(xiàn)頻域仿真。此外，擴(kuò)展的Intelligent Net (iNet)技術(shù)包括了單片微波集成電路(MMIC)、模塊以及印制電路板(PCB)設(shè)計能力。2007版還提供了擴(kuò)展的設(shè)計規(guī)則檢查(DRC)覆蓋和支持，以及AC與HSPICE噪聲分析。

就其一部分而言，該公司的VSS 2007軟件目前包括了RFA技術(shù)。這一系統(tǒng)級、RF結(jié)構(gòu)規(guī)劃和指標(biāo)工具定位于RF通訊系統(tǒng)工程師，在交付硬件和/或特定電路設(shè)計前，這些工程師需要快速建立并驗證射頻設(shè)計師的初步指標(biāo)。RFA的新仿真工具RF Inspector承諾幫助設(shè)計師在系統(tǒng)級設(shè)計階段的設(shè)計過程早期發(fā)現(xiàn)潛在的陷阱。所以用戶可以查明交調(diào)噪聲的來源，以及RF鏈路有害毛刺。VSS 2007還提供了RF中心測量結(jié)果，例如累積相位噪聲和載波干擾噪聲比(CINR)。VSS 2007為WiMAX配備了WiMAX移動庫，其完全兼容IEEE 802.16e-2005規(guī)范，這是一個WirelessMAN-OFDMA物理層和一個WiMAX固定庫(802.16d-2004)接收器。

Agilent EEsof公司的Advanced Design System (ADS) RF電子設(shè)計自動化(EDA)軟件是電路仿真的主干。該公司還提供了RF Design Environment、IC-CAP器件建模軟件和系統(tǒng)，以及Eagleware-Elanix 公司的GENESYS與SystemVue。由于信號完整性設(shè)計、高數(shù)據(jù)速率連接以及串行數(shù)據(jù)鏈路設(shè)計師的集成驗證工具包目前可以發(fā)現(xiàn)并校正抖動源，同時預(yù)測位誤碼率(BER)的性能。安捷倫公司的信號完整性驗證工具包(Signal Integrity Verification Toolkit)設(shè)計用于ADS平臺。通過在數(shù)Gbit通訊鏈路設(shè)計中識別并分析使性能下降的抖動來源，這將幫助設(shè)計師在硬件原型開始設(shè)計之前發(fā)現(xiàn)并消除抖動的起因。

截至5月底，安捷倫還宣布了將其全波、3D仿真器Electromagnetic Design System (EMDS)集成到ADS平臺中。安捷倫基于ADS的EMDS承諾減少設(shè)計高精度高頻RF/微波模塊、RF電路板以及平面天線所需的步驟(圖3)。不僅僅作為EM專業(yè)工具，基于ADS的EMDS實現(xiàn)了全部3D EM仿真易于所有的ADS用戶區(qū)使用。安捷倫基于ADS的EMDS允許設(shè)計師在開始物理原型設(shè)計前，在知情的情況下作出設(shè)計決定和調(diào)整。當(dāng)仿真采用非同質(zhì)平面介質(zhì)構(gòu)建的電路時特別有用，這些電路例如介質(zhì)諧振器振蕩器(DRO)或下腔螺旋電感器等。其還對在開始硬件生產(chǎn)之前驗證平面EM仿真結(jié)果是有用的。

在大多數(shù)情況下，這些軟件平臺定位于電氣工程應(yīng)用，甚至更特殊地，用于RF設(shè)計出現(xiàn)的問題。然而，許多軟件平臺可以服務(wù)于這個市場，并同時滿足其他數(shù)學(xué)和自然科學(xué)領(lǐng)域。兩個來自MathWorks公司的主要例子。該公司最出名的可能是MATLAB，這是一款高級語言和交互環(huán)境，與例如c、c++和Fortran等傳統(tǒng)的編程語言相比，其能夠使設(shè)計師以更快地速度執(zhí)行計算密集型任務(wù)。該公司的Simulink平臺提供了多領(lǐng)域仿真以及動態(tài)系統(tǒng)基于模型的設(shè)計。因為Simulink與MATLAb進(jìn)行了集成，其對廣泛算法開發(fā)工具、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析與存取，以及數(shù)值計算提供了即時訪問。

國家儀器公司(NI)具有相當(dāng)大的系列軟件產(chǎn)品來滿足廣泛的行業(yè)需求。該公司的旗艦產(chǎn)品LabVIEW目前允許用戶利用面向?qū)ο缶幊涕_發(fā)可擴(kuò)展的代碼。他們還可以用自動VI接口建立與可重用擴(kuò)展代碼集成.NET網(wǎng)頁服務(wù)，這些代碼可以自動生成DLL接口。此外，自動調(diào)用DLL并利用回調(diào)是可能的。

COMSOL 公司目前正將其數(shù)學(xué)建模、仿真與虛擬原型提供給更為廣泛的工程師群體。在COMSOL Multiphysics 3.3中，AC/DC模塊允許靜態(tài)和準(zhǔn)靜態(tài)模型包括任何耦合物理和非線性材料。對聲學(xué)模塊來說，用戶可以通過固體和液體來對聲波傳播進(jìn)行建模。RF模塊允許設(shè)計師沒有RF和微波仿真限制的條件下指定圖形、物理和材料。COMSOL Multiphysics 3.3還公布了兩款新軟件。信號與系統(tǒng)實驗室(Signals Systems Lab)提供了三個圖形用戶接口(GUI)以及大量功能來支持信號處理與分析、系統(tǒng)識別以及統(tǒng)計。優(yōu)化實驗室(Optimization Lab)除無約束優(yōu)化外，包含了求解受約束的線性優(yōu)化、二次、非線性目標(biāo)和最小二乘問題。

由于其計算能力可達(dá)500至1500兆單元/秒，Schmid Partner Engineering AG或SPEAG公司的EM仿真工具溝通了眾多不同行業(yè)。就12.4版SEMCAD X仿真平臺而言，該公司已經(jīng)采用最新的EMC/EMI有關(guān)特性以及材料建模方法。還取得了內(nèi)存效率的極大提高。SEMCAD X V12.4提供了額外的優(yōu)化目標(biāo)，這包括了OTA參數(shù)、一致性和更多的CAD結(jié)構(gòu)GA優(yōu)化。其還提供特異材料(雙負(fù))、擴(kuò)展的色散材料，以及耗散金屬和涂層板建模。3D固體建模工具箱也已經(jīng)進(jìn)行擴(kuò)展。

業(yè)界正在證明電路和EM仿真的持續(xù)發(fā)展。但是，這些公司開始認(rèn)識到還需要獨特的軟件功能。例如，F(xiàn)lomerics公司(Marlborough，馬薩諸塞州)從事EM仿真的同時提供熱效應(yīng)分析軟件。由于設(shè)計師不斷努力在更小的空間之外獲得更多的能量，能夠理解、預(yù)測和分析設(shè)計的散熱方面是至關(guān)重要的。ADI公司用ADIsimPLL回應(yīng)了不同的需求，這是一款鎖相環(huán)(PLL)電路設(shè)計和計算軟件。3.0版將仿真器中PLL環(huán)路濾波器可以獲得的拓?fù)浞秶鷱?提高到18。九個新的環(huán)路濾波器拓?fù)涞拇蟛糠职烁唠A的有源濾波器，這可以提供額外的諧波抑制。新的專用壓控振蕩器(VCO)/參考庫文件編輯器允許通過VCO或參考振蕩器庫文件進(jìn)行瀏覽，與用戶訪問VCO調(diào)諧和相位噪聲數(shù)據(jù)一樣。此外，計算PLL的閉環(huán)增益并在FreqDomain頁面上進(jìn)行顯示。相位噪聲圖已經(jīng)被提高從而顯示來自每個PLL噪聲源的貢獻(xiàn)。

Modelithics公司將其分開的方法之一就是利用其獨特的庫。該公司的最新CLR庫就是一個底層和部分價值伸縮性、表面貼裝、RLC模型庫。目前，許多這些模型包括了焊盤的幾何尺寸。此外，某些具有水平/垂直方向選擇。對4.1版，全部Modelithics全局模型(Modelithics Global Model)允許用簡單仿真模式設(shè)置來去埋焊盤影響。然后可以應(yīng)用用戶指定的焊盤影響。在三月，該公司還將新一類模型引入到高精度RF和微波仿真模型的Modelithics庫中。系統(tǒng)器件庫(SCL)引入了用于功能系統(tǒng)模塊的高精度線性和非線性模型的集合，其包括了濾波器、開關(guān)、衰減器、變壓器、放大器以及混頻器。

在過去幾年里，EDA巨人Cadence設(shè)計系統(tǒng)公司已經(jīng)步入RF領(lǐng)域。例如，Cadence RF SiP Methodology Kit在系統(tǒng)設(shè)計、物理實現(xiàn)以及生產(chǎn)之間進(jìn)行了連接廣泛的整合。所以，其允許全系統(tǒng)封裝(full-SiP)電分析并表征關(guān)鍵路徑，這與通過自頂向下的驗證從整個系統(tǒng)級仿真進(jìn)行行為建模一樣。該公司還提供了Cadence RF Design Methodology Kit，該工具包承諾縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，提高硅的可預(yù)見性，并實現(xiàn)更高的射頻設(shè)計生產(chǎn)率。其功能包括了證明智能管理RLCK寄生的先進(jìn)方法，電感綜合與建模，通過新—本地包絡(luò)技術(shù)進(jìn)行全芯片驗證，以及PLL仿真指南。它還通過IC設(shè)計來連接系統(tǒng)級設(shè)計。

這些例子僅僅為RF軟件領(lǐng)域及其表面上無盡的能力提供了一個小窗口。從實現(xiàn)最窄、最具挑戰(zhàn)的任務(wù)到滿足幾乎每個設(shè)計師的EM仿真需求，軟件正在消除日益增加的設(shè)計麻煩和錯誤。隨著軟件開發(fā)的增加，將會出現(xiàn)實現(xiàn)新的仿真，甚至執(zhí)行大部分實際設(shè)計的軟件。