如何用DFM方法提高LTCC設計效率

在所有可能的過(guò)程和布線(xiàn)參數變差中，一些變差對輸出參數造成的影響比其它變差更為關(guān)鍵。要理解輸出參數對這些關(guān)鍵參數變差的敏感度并不難，但有效的首要步驟是DFM方法。例如，插損可以受到布線(xiàn)寬度或基底厚度變差不同的影響。為了在設計中實(shí)現性能偏差更小，關(guān)鍵是首先理解和控制最為敏感的參數。仿真軟件里的靈敏度分析包括將性能響應函數對有用設計變量取偏導數，這就有助于準確找到那些對性能變化有不同程度影響的變量。作為其基本統計包的一部分，ADS軟件提供了靈敏度分析功能。

定向耦合器的插損、方向性和耦合比作為基底厚度、線(xiàn)寬和對齊度三種不同參數的函數而發(fā)生變化。這三種情況代表標稱(chēng)、低端和高端極端情形。例如，W0代表線(xiàn)寬標稱(chēng)值而W0+代表上端極端情況。大量采用Momentum EM仿真收集變差數據來(lái)研究此問(wèn)題。

盡管設計人員可以從這些曲線(xiàn)對敏感度做出一些類(lèi)推，但使用圖形表示結果就更容易和更有用。例如排列圖(Pareto)顯示了某個(gè)參數變差對性能影響的百分比。圖5給出了對定向耦合器性能變差造成影響的參數或因子的Pareto圖。該圖顯示基底厚度變差對插損的影響超過(guò)其它參數或它們的組合。例如，在性能上有60%的變差來(lái)自于基底厚度變差的作用。

本文中低通濾波器實(shí)例采用一個(gè)三階橢圓濾波器設計，使用了一個(gè)電感來(lái)使插損最小。實(shí)際上，濾波器損耗的根本原因來(lái)自電感響應或品質(zhì)因素(Q)。濾波器的全部元件實(shí)現為具有內嵌式無(wú)源元件的LTCC層。

任何設計始于確定性能要求，接下來(lái)是可行性研究，這一時(shí)期可能設計出電路拓撲結構。對于濾波器，設計人員常常依賴(lài)濾波器綜合工具來(lái)試驗不同的結構。這個(gè)階段之后，要確定出基線(xiàn)電路模型及其合適的理想集總元件參數值。由于設計人員必須為LTCC制作一個(gè)內嵌式無(wú)源部件來(lái)代替理想集總元件部件，這就需要進(jìn)行EM仿真來(lái)準確建模和仿真這些內嵌的無(wú)源部件。

利用仿真產(chǎn)生的S參數可以抽取出包含寄生電路元件的寬帶集總無(wú)源模型。抽取過(guò)程使用數值優(yōu)化程序，用解析表達式計算電路模型的各初值。寬帶集總無(wú)源模型有助于進(jìn)行統計分析，包括比直接用EM仿真器更為快速實(shí)的優(yōu)化實(shí)現。

提取的寬帶模型用來(lái)代替簡(jiǎn)單的集總元件模型。然后，用電路仿真器通過(guò)對每個(gè)元件尋找給定一組性能條件下的最優(yōu)元件參數值使新的基線(xiàn)電路得到優(yōu)化。這個(gè)過(guò)程要反復進(jìn)行直到所有先前的理想部件被內嵌物理部件所代替。一旦設計滿(mǎn)足其性能要求，就該進(jìn)行蒙特卡洛分析以了解性能作為制造過(guò)程的函數的統計特性。

在抽取出寬帶模型，獲得內嵌電容和電感后，低通濾波器例子的最終布局示于圖4。圖6針對濾波器插損將EM仿真跟提取的集總部件模型結果進(jìn)行了比較，集總元件模型與EM模型之間一致性很好。圖7把EM仿真響應與測量數據作了對比，結果又一次接近一致。