RF設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(hù)可以實(shí)現結構的無(wú)限仿真，而這先前由于規模太大而無(wú)法求解?；旧?，HFSS v11將新的更高階、層次化基本功能與迭代求解相結合。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(cháng)結構產(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，但只用了一半的內存。軟件中的其它新特點(diǎn)如下：增強的端口求解、Floquet端口、擴大優(yōu)選的遺傳算法、終端的自動(dòng)分配功能以及離散和插值頻率掃描的自動(dòng)分布求解。該版本還提供了參數掃描、敏感度以及統計分析的分布求解。對基于EM的設計流程，Ansoft將HFSS動(dòng)態(tài)連接到Ansoft的組合頻域和時(shí)域電路仿真器Nexxim，以及該公司的集成電路圖與設計管理前端Ansoft Designer。

另一個(gè)流行的EM仿真器保證在通用形狀的3D和多層結構上求解電流分布。稱(chēng)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(shí)現了共軛匹配因子(CMF)。只要提供了芯片阻抗和基本配置，CMF允許設計師來(lái)判斷RFID天線(xiàn)的品質(zhì)。此外，用于實(shí)時(shí)、全波EM設計的FastEM設計包允許工程師確定平面和3D結構的參數。其可以實(shí)現對結構的高精度、高效IE3D仿真，并從仿真結果中提取FastEM信號。該信號允許用戶(hù)實(shí)現實(shí)時(shí)EM調諧、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(shí)現的ZDS和ZDM保證通過(guò)一個(gè)為10的因子來(lái)幫助分布式與多許可授權IE3D用戶(hù)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(wú)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對象以電路圖方式創(chuàng )建復雜的版圖。因為所有對象的尺寸都是基于方程的，用戶(hù)可以在庫的有限對象類(lèi)型覆蓋之外建立結構。IE3D 12仿真自動(dòng)產(chǎn)生頻率依賴(lài)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(xiàn)及更多設計中使用。然而，Sonnet套件開(kāi)發(fā)用于平面電路和天線(xiàn)的高精度RF模型(S、Y、Z參數或提取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。

Sonnet套件的11版在三月份公布，共同校準內部端口在電路版圖內部引入了理想地校準連接。因此，模型可以連接在用戶(hù)首選的頻域和時(shí)域仿真器上。為了去除組內端口間的交叉耦合，共同校準端口被組合在校準組(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。該組件可以校準有關(guān)連接器件端子寬度的連接。所以，表面貼裝焊盤(pán)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(chēng)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(wèn)題規模僅僅受到用戶(hù)計算機中隨機存儲器(RAM)大小的限制。此外，Sonnet 套件11版提供了重新設計和重新寫(xiě)入安捷倫ADS的接口，被稱(chēng)為ebridge。其還簡(jiǎn)化了Sonnet著(zhù)名的集群運算功能，該功能允許設計師采用多臺計算機來(lái)求解大型EM分析。分析頻率在CPU之間劃分，這轉為節省了非?？捎^(guān)的時(shí)間。這一集群計算能力可以在無(wú)需第三方軟件的現有計算機網(wǎng)絡(luò )上加以實(shí)現。

四個(gè)單獨的3D EM仿真工具組成了計算機仿真科技GmbH公司的CST Studio套件：CST Microwave Studio用于高頻應用，CST EM Studio用于低頻和靜態(tài)應用，CST Particle Studio用于帶電粒子動(dòng)態(tài)應用，而CST Design Studio用于綜合與電路仿真。這些程序全部可以通過(guò)CST設計環(huán)境進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)。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(gè)最新的接口，其簡(jiǎn)化了設計工作流程，特別是針對工程師所涉及到的信號完整性問(wèn)題。與Mentor Graphics的固有接口Expedition采用了COM/COM來(lái)交換整體版圖、面積或線(xiàn)網(wǎng)的數據。第二，這是一個(gè)ODB++接口，可以從各種工具(例如Mentor Graphics的Board Station和Zuken的CR5000)來(lái)訪(fǎng)問(wèn)版圖。此外，CST Microwave Studio的用戶(hù)將可以利用Sigrity的電流分布作為場(chǎng)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(zhuān)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(lái)建立版圖(圖2)。對信號完整性設計師而言，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(diǎn)(PIC)求解法可以在外部和空間電場(chǎng)情況下提供完全一致的帶電粒子動(dòng)態(tài)仿真。

Applied Wave Research公司的(El Segundo，加利福尼亞州)Microwave Office設計套件和系統仿真軟件、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)品設計師生產(chǎn)率的電路提取技術(shù)。因為用戶(hù)可以通過(guò)用于電路提取的基于版圖的模型，ACE自動(dòng)電路提取承諾削減復雜互連最初建模所需要的時(shí)間。另外，設計師可以在設計流程中的最早期階段實(shí)現精確互連模型。

Microwave Office 2007的其他特性包括增強了與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)境內部實(shí)現頻域仿真。此外，擴展的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)設計能力。2007版還提供了擴展的設計規則檢查(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)。這一系統級、RF結構規劃和指標工具定位于RF通訊系統工程師，在交付硬件和/或特定電路設計前，這些工程師需要快速建立并驗證射頻設計師的初步指標。RFA的新仿真工具RF Inspector承諾幫助設計師在系統級設計階段的設計過(guò)程早期發(fā)現潛在的陷阱。所以用戶(hù)可以查明交調噪聲的來(lái)源，以及RF鏈路有害毛刺。VSS 2007還提供了RF中心測量結果，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(dòng)庫，其完全兼容IEEE 802.16e-2005規范，這是一個(gè)WirelessMAN-OFDMA物理層和一個(gè)WiMAX固定庫(802.16d-2004)接收器。

Agilent EEsof公司的Advanced Design System (ADS) RF電子設計自動(dòng)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，以及Eagleware-Elanix 公司的GENESYS與SystemVue。由于信號完整性設計、高數據速率連接以及串行數據鏈路設計師的集成驗證工具包目前可以發(fā)現并校正抖動(dòng)源，同時(shí)預測位誤碼率(BER)的性能。安捷倫公司的信號完整性驗證工具包(Signal Integrity Verification Toolkit)設計用于A(yíng)DS平臺。通過(guò)在數Gbit通訊鏈路設計中識別并分析使性能下降的抖動(dòng)來(lái)源，這將幫助設計師在硬件原型開(kāi)始設計之前發(fā)現并消除抖動(dòng)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A(yíng)DS的EMDS承諾減少設計高精度高頻RF/微波模塊、RF電路板以及平面天線(xiàn)所需的步驟(圖3)。不僅僅作為EM專(zhuān)業(yè)工具，基于A(yíng)DS的EMDS實(shí)現了全部3D EM仿真易于所有的ADS用戶(hù)區使用。安捷倫基于A(yíng)DS的EMDS允許設計師在開(kāi)始物理原型設計前，在知情的情況下作出設計決定和調整。當仿真采用非同質(zhì)平面介質(zhì)構建的電路時(shí)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(kāi)始硬件生產(chǎn)之前驗證平面EM仿真結果是有用的。

在大多數情況下，這些軟件平臺定位于電氣工程應用，甚至更特殊地，用于RF設計出現的問(wèn)題。然而，許多軟件平臺可以服務(wù)于這個(gè)市場(chǎng)，并同時(shí)滿(mǎn)足其他數學(xué)和自然科學(xué)領(lǐng)域。兩個(gè)來(lái)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(yǔ)言和交互環(huán)境，與例如c、c++和Fortran等傳統的編程語(yǔ)言相比，其能夠使設計師以更快地速度執行計算密集型任務(wù)。該公司的Simulink平臺提供了多領(lǐng)域仿真以及動(dòng)態(tài)系統基于模型的設計。因為Simulink與MATLAb進(jìn)行了集成，其對廣泛算法開(kāi)發(fā)工具、數據可視化、數據分析與存取，以及數值計算提供了即時(shí)訪(fǎng)問(wèn)。

國家儀器公司(NI)具有相當大的系列軟件產(chǎn)品來(lái)滿(mǎn)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(hù)利用面向對象編程開(kāi)發(fā)可擴展的代碼。他們還可以用自動(dòng)VI接口建立與可重用擴展代碼集成.NET網(wǎng)頁(yè)服務(wù)，這些代碼可以自動(dòng)生成DLL接口。此外，自動(dòng)調用DLL并利用回調是可能的。

COMSOL 公司目前正將其數學(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)和準靜態(tài)模型包括任何耦合物理和非線(xiàn)性材料。對聲學(xué)模塊來(lái)說(shuō)，用戶(hù)可以通過(guò)固體和液體來(lái)對聲波傳播進(jìn)行建模。RF模塊允許設計師沒(méi)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。信號與系統實(shí)驗室(Signals Systems Lab)提供了三個(gè)圖形用戶(hù)接口(GUI)以及大量功能來(lái)支持信號處理與分析、系統識別以及統計。優(yōu)化實(shí)驗室(Optimization Lab)除無(wú)約束優(yōu)化外，包含了求解受約束的線(xiàn)性?xún)?yōu)化、二次、非線(xiàn)性目標和最小二乘問(wèn)題。

由于其計算能力可達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。還取得了內存效率的極大提高。SEMCAD X V12.4提供了額外的優(yōu)化目標，這包括了OTA參數、一致性和更多的CAD結構GA優(yōu)化。其還提供特異材料(雙負)、擴展的色散材料，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)行擴展。

業(yè)界正在證明電路和EM仿真的持續發(fā)展。但是，這些公司開(kāi)始認識到還需要獨特的軟件功能。例如，Flomerics公司(Marlborough，馬薩諸塞州)從事EM仿真的同時(shí)提供熱效應分析軟件。由于設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、預測和分析設計的散熱方面是至關(guān)重要的。ADI公司用ADIsimPLL回應了不同的需求，這是一款鎖相環(huán)(PLL)電路設計和計算軟件。3.0版將仿真器中PLL環(huán)路濾波器可以獲得的拓撲范圍從9提高到18。九個(gè)新的環(huán)路濾波器拓撲的大部分包括了更高階的有源濾波器，這可以提供額外的諧波抑制。新的專(zhuān)用壓控振蕩器(VCO)/參考庫文件編輯器允許通過(guò)VCO或參考振蕩器庫文件進(jìn)行瀏覽，與用戶(hù)訪(fǎng)問(wèn)VCO調諧和相位噪聲數據一樣。此外，計算PLL的閉環(huán)增益并在FreqDomain頁(yè)面上進(jìn)行顯示。相位噪聲圖已經(jīng)被提高從而顯示來(lái)自每個(gè)PLL噪聲源的貢獻。

Modelithics公司將其分開(kāi)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(gè)底層和部分價(jià)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(pán)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(jiǎn)單仿真模式設置來(lái)去埋焊盤(pán)影響。然后可以應用用戶(hù)指定的焊盤(pán)影響。在三月，該公司還將新一類(lèi)模型引入到高精度RF和微波仿真模型的Modelithics庫中。系統器件庫(SCL)引入了用于功能系統模塊的高精度線(xiàn)性和非線(xiàn)性模型的集合，其包括了濾波器、開(kāi)關(guān)、衰減器、變壓器、放大器以及混頻器。

在過(guò)去幾年里，EDA巨人Cadence設計系統公司已經(jīng)步入RF領(lǐng)域。例如，Cadence RF SiP Methodology Kit在系統設計、物理實(shí)現以及生產(chǎn)之間進(jìn)行了連接廣泛的整合。所以，其允許全系統封裝(full-SiP)電分析并表征關(guān)鍵路徑，這與通過(guò)自頂向下的驗證從整個(gè)系統級仿真進(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(kāi)發(fā)周期，提高硅的可預見(jiàn)性，并實(shí)現更高的射頻設計生產(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(guò)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(guò)IC設計來(lái)連接系統級設計。

這些例子僅僅為RF軟件領(lǐng)域及其表面上無(wú)盡的能力提供了一個(gè)小窗口。從實(shí)現最窄、最具挑戰的任務(wù)到滿(mǎn)足幾乎每個(gè)設計師的EM仿真需求，軟件正在消除日益增加的設計麻煩和錯誤。隨著(zhù)軟件開(kāi)發(fā)的增加，將會(huì )出現實(shí)現新的仿真，甚至執行大部分實(shí)際設計的軟件。