RFIC設(shè)計所面臨的挑戰(zhàn)及設(shè)計流程詳解

　　4. 模塊電路設(shè)計

　　接下來開始電路的初步設(shè)計，首先進行電路研究并了解性能規(guī)范要求。這種早期研究有助于形成頂層的版圖規(guī)劃，對于RFIC來說頂層版圖規(guī)劃對噪聲和模塊級互連非常敏感。在該階段，可嘗試對螺旋電感等無源器件進行綜合以滿足規(guī)范要求，并在芯片上進行最初的布局。這個階段可進行兩項重要的工作：為螺旋電感創(chuàng)建早期的模型，并在模塊級版圖完成前用于仿真；對螺旋電感之間的互感進行初始分析。可在該階段為所有的電感創(chuàng)建器件模型以用于仿真。

　　可以按照設(shè)計工程師偏好的方法進行仿真，頻域或者時域仿真均可，設(shè)計工程師要綜合考慮電路特點、仿真類型和仿真量等因素后再決定。一個單一的工藝設(shè)計套件和配套的設(shè)計環(huán)境可幫助設(shè)計工程師選擇合適的仿真算法。可根據(jù)仿真類型以合適的方式顯示結(jié)果。當(dāng)模塊級的電路完成后，設(shè)計工程師可以在頂層環(huán)境下使用行為激勵和對外圍芯片的描述來驗證這些電路。

　　5. 物理實現(xiàn)

　　版圖設(shè)計自動化功能(自動布線、連通性驅(qū)動和設(shè)計規(guī)則驅(qū)動的版圖設(shè)計和布局等)是非常高效的。由于緊密地結(jié)合了原理圖和設(shè)計約束規(guī)則，版圖設(shè)計自動化能夠極大地提升工作效率。布線器能夠解決差分對、屏蔽線的布線問題，并支持手動設(shè)置每一根走線的布線約束。這就使物理設(shè)計過程像前端設(shè)計過程一樣具有可重復(fù)性。雖然在初期要投入一些時間來建立這些工具，但它們在以后的設(shè)計過程中都是可復(fù)用的。

　　6. 寄生參數(shù)提取

　　在版圖完成后，電磁場仿真(EM)可為無源器件生成高精度的模型。例如，可選擇幾個螺旋電感作為EM仿真的關(guān)鍵對象，具體做法是：用螺旋電感替換在設(shè)計過程中已經(jīng)創(chuàng)建的一些模型，混合并匹配現(xiàn)有的模型。設(shè)計工程師需要全面監(jiān)控螺旋電感的建模過程，并對運行時間和精確度進行權(quán)衡。

　　基于網(wǎng)絡(luò)的寄生提取是隨著版圖出現(xiàn)后在整個設(shè)計過程中最重要的一個環(huán)節(jié)。RF設(shè)計對于寄生效應(yīng)非常的敏感。由于設(shè)計工程師能夠掌握任何區(qū)域、走線或模塊的相關(guān)寄生信息，因此管理不同層次的寄生參數(shù)的信息就變得更為重要。不敏感的走線只需要RC參數(shù)，而敏感走線則需要RLC參數(shù)。帶有螺旋電感的走線可以以RLC和電感參數(shù)的形式提取出來，甚至可對最敏感的走線添加襯底效應(yīng)。同時，這些走線可以與無源器件的器件模型混合匹配。

　　當(dāng)頂層版圖實現(xiàn)后，噪聲分析(特別是襯底噪聲分析)可以保證有噪電路(如數(shù)字邏輯和PLL)不會影響到高度敏感的RF電路。設(shè)計工程師可以對此進行檢查，如果關(guān)注的電路區(qū)域被影響到，設(shè)計工程師可以修改版圖規(guī)劃或在有噪電路周圍增加保護帶。然而，想在晶體管級對整個電路進行仿真或包含所有的寄生信息往往是不現(xiàn)實的。一種解決方法是提取行為模型，但這會忽略不同模塊間連線的寄生效應(yīng)，因此必須支持層次化的提取能力和設(shè)計模塊間連線的寄生參數(shù)提取。

　　7. 校準HDL模型

　　在模塊開發(fā)完成后，可以根據(jù)關(guān)鍵的電路性能參數(shù)對最初的行為模型進行反標注，這樣可實現(xiàn)更為精確的HDL級仿真。雖然并不適用于所有效應(yīng)，但是這種方法能夠以更少的運行時間成本獲得更為精確的性能信息，并能加速驗證，減少全晶體管級驗證的工作量。

　　用混合級仿真對模塊進行驗證有三個步驟。首先，在對模塊功能進行驗證時，要在系統(tǒng)級仿真中包含一個理想化的模塊模型；然后，用這個模塊的網(wǎng)表替換理想化模型來驗證模塊的功能。這樣就能檢測出模塊缺陷給系統(tǒng)性能帶來的影響。

　　最后，用一個提取模型代替模塊的網(wǎng)表。通過對網(wǎng)表和提取模型的仿真結(jié)果進行比較分析，可以對提取模型的功能性和精確度進行驗證。在以后對其他模塊進行混合級仿真時使用經(jīng)過驗證的提取模型而不是理想模型能有效提高其有效性。

　　如果操作合理，自下而上的驗證方式能夠?qū)Υ笮拖到y(tǒng)實現(xiàn)更為詳細的驗證。由于去掉了物理實現(xiàn)的細節(jié)而僅保留行為細節(jié)，行為仿真的執(zhí)行速度非常快。隨著模塊逐漸成熟，由自下而上驗證過程生成的行為模型越來越有用，并可用于第三方IP驗證和復(fù)用。

　　對于包括射頻前端的無線系統(tǒng)來說，自下而上的驗證過程是驗證大型系統(tǒng)性能的必然方法。如前所述，晶體管級的RF系統(tǒng)驗證需要將調(diào)制信號運行數(shù)千個周期，這往往是不現(xiàn)實的。用先進的包絡(luò)分析技術(shù)替代傳統(tǒng)的瞬態(tài)仿真只能將仿真速度提高10~20倍。即使將傳統(tǒng)的通帶模型用于自下而上的提取技術(shù)，由于RF載頻仍然存在，也無法將仿真速度提高到令人滿意的程度。只有將自下而上的模型提取技術(shù)和復(fù)雜的基帶或低通等效模型結(jié)合起來，載波信號才會被有效抑止，其仿真時間才足以實現(xiàn)全芯片級的誤包率分析。

　　為所有模塊都生成行為模型是一件耗時費力的工作，而且只有極少的設(shè)計工程師具有這種專業(yè)技術(shù)。而自動化的工具和方法學(xué)能夠根據(jù)特定應(yīng)用和技術(shù)需要，借助經(jīng)過驗證的精度和開放API來修改現(xiàn)有模板生成詳細的行為模型。