仿真與測量相結合運用在射頻產(chǎn)品設計中

縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期一直以來(lái)都是研發(fā)機構的主要目標。減少開(kāi)發(fā)時(shí)間的方法之一是將設計和測試工作同步進(jìn)行——即通常遵循V型圖產(chǎn)品開(kāi)發(fā)模式。這種方法已經(jīng)應用于汽車(chē)業(yè)和航空業(yè)。

　　在這些行業(yè)中，最終的產(chǎn)品是一個(gè)高度復雜的“由系統組成的系統”，V型圖的左側是設計，右側代表的是測試/驗證(如圖1所示)。V型圖真正的含義是指在整個(gè)系統開(kāi)發(fā)完成之前，即開(kāi)始對子系統進(jìn)行測試和驗證，從而實(shí)現更高的效率。

　　圖1： 當設計大型的“由系統組成的系統”時(shí)，從V型圖中可以很方便地看出：哪些子系統可以獨立于整個(gè)系統進(jìn)行測試。

　　并行設計和測試的方法，例如V型圖方法，在具有高度管制環(huán)境的行業(yè)中已經(jīng)得到了普遍應用，而且這些方法在其它行業(yè)以及其它類(lèi)型的設備中的使用也在不斷增加。例如，在半導體和消費電子行業(yè)，更短的產(chǎn)品生命周期和日益復雜的產(chǎn)品復雜性迫使企業(yè)不斷地減少產(chǎn)品開(kāi)發(fā)時(shí)間。

　　根據2009年 McKinsey公司對半導體IC設計過(guò)程的調查(www.mckinsey.com/Client_Service/Semiconductors/Latest_thinking/Getting_More_out_of_semiconductor_RD)，半導體行業(yè)的產(chǎn)品生命周期與產(chǎn)品開(kāi)發(fā)類(lèi)型的比例大約是汽車(chē)行業(yè)的三分一。McKinsey公司的此項調查還估算出一個(gè)新半導體設計的平均開(kāi)發(fā)時(shí)間大約是19個(gè)月。因此，他們認為企業(yè)的研發(fā)能力是一個(gè)關(guān)鍵區分因素。

　　由于在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中提高研發(fā)能力是企業(yè)的當務(wù)之急，并行設計和測試的理念已經(jīng)遍及整個(gè)電子行業(yè)。實(shí)行這一目標的一個(gè)關(guān)鍵方法是增加電子設計自動(dòng)化(EDA)仿真軟件和測試軟件間的連通性，并一直貫徹至組件級。

　　開(kāi)發(fā)過(guò)程中的軟件使用

　　為了理解產(chǎn)品設計流程中仿真軟件的作用，理解軟件在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的設計和測試兩個(gè)階段中的作用是很重要的。在初步設計和仿真中，EDA軟件用于仿真產(chǎn)品的物理或者電氣特性。實(shí)際上，我們可以認為EDA軟件是一種實(shí)用工具，可以使用數學(xué)模型來(lái)表示被測設備(DUT)在一系列輸入的條件下產(chǎn)生的輸出——然后向設計師展示這些參數指標。

　　在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的驗證/確認階段，工程師們使用軟件的環(huán)境略有不同——在真正的原型上自動(dòng)進(jìn)行測量。但是，與設計和仿真階段相似的是，驗證/確認階段需要EDA軟件工具使用的那些測量算法。

　　圖2：在整個(gè)開(kāi)發(fā)周期中，軟件起著(zhù)關(guān)鍵作用。

　　當前的EDA軟件的一個(gè)新特性是能夠不斷提高EDA環(huán)境和測試軟件間軟件之間連通性。更具體地說(shuō)，這種連通性能夠實(shí)現：(1)現代的EDA軟件環(huán)境推動(dòng)測量軟件的發(fā)展，以及(2)測量自動(dòng)化環(huán)境能夠實(shí)現EDA設計環(huán)境的自動(dòng)化。

　　連通設計和測試軟件環(huán)境的好處之一是，它允許設計工程師在設計過(guò)程的早期階段就使用更為豐富的測量算法。這不僅讓工程師在設計過(guò)程中及早地了解其設計相關(guān)的重要信息，而且還能夠將來(lái)自驗證/確認過(guò)程的測量數據與仿真建立關(guān)聯(lián)。增加EDA和測試環(huán)境的連通性的第二個(gè)好處是，它允許測試工程師在設計過(guò)程中更快地開(kāi)發(fā)工作測試代碼——最終減少復雜產(chǎn)品的上市時(shí)間。

　　EDA豐富了測量的內容

　　EDA和測試軟件的連通性改進(jìn)產(chǎn)品設計過(guò)程的方法之一是提供了更豐富的測量。從根本上說(shuō)，EDA工具使用行為模型來(lái)預測新設計產(chǎn)品的行為。但可惜的是，仿真設計的驗證所使用的測量標準，與用于驗證最終產(chǎn)品的測量標準完全不同——這使得關(guān)聯(lián)仿真和測量數據變得相當困難。

　　一個(gè)日益明顯的趨勢是：在設計和測試過(guò)程中使用相同的工具鏈——這種趨勢最終能夠使工程師將測量結果及早引入到設計流程中。

　　例如，考慮一個(gè)蜂窩多模式RF功率放大器的設計案例。過(guò)去，這種類(lèi)型的放大器使用RF EDA工具來(lái)設計和建模，如AWR Microwave Office。在EDA環(huán)境中，工程師們通常“測量”RF的特性，如效率、1-dB壓縮點(diǎn)，并通過(guò)仿真獲取這些參數。但是，最終的產(chǎn)品必須應用額外的RF測量標準，以符合公開(kāi)發(fā)布的蜂窩通信標準，例如，GSM/EDGE、 WCDMA、和 LTE。

　　從過(guò)去來(lái)看，針對特定標準的參數測量數據，例如LTE標準的誤差向量幅度(EVM)和相鄰信道泄露比(ACLR)，都需要連接被測設備的測量?jì)x器，因為其測量方法非常復雜。而展望未來(lái)，由于EDA軟件和自動(dòng)化軟件之間的連通性，能夠在EDA環(huán)境中的仿真設備上實(shí)現這些復雜的測量算法, 因此，工程師能夠及早地在設計階段就識別出系統相關(guān)的或者復雜產(chǎn)品相關(guān)的問(wèn)題，從而大大地縮短產(chǎn)品的設計時(shí)間。

　　產(chǎn)品開(kāi)發(fā)流程的并行化

　　將設計和測試過(guò)程連通的另一個(gè)趨勢是：使用EDA生成的行為模型，可加速產(chǎn)品驗證/確認過(guò)程和生產(chǎn)測試軟件的開(kāi)發(fā)。過(guò)去，導致產(chǎn)品設計過(guò)程中效率低下的原因之一就是：對于一個(gè)特定的產(chǎn)品，只有在完成第一個(gè)物理原型后，才能夠開(kāi)始開(kāi)發(fā)測試代碼。

　　改進(jìn)這一過(guò)程的方法之一就是：針對一個(gè)特定的產(chǎn)品設計，建立其軟件原型，并將其作為編寫(xiě)特性測試或產(chǎn)品測試代碼時(shí)的待測設備(DUT)。通過(guò)這一方法，特性測試或產(chǎn)品測試軟件的開(kāi)發(fā)過(guò)程能夠與產(chǎn)品的設計過(guò)程并行，從而減少產(chǎn)品投向市場(chǎng)的總體時(shí)間。

　　以Medtronic公司的工程師在最近的一個(gè)起搏器產(chǎn)品設計過(guò)程中所使用的方法為例，他們采用了一個(gè)新的軟件工具，將Mentor Graphics EDA環(huán)境與NI LabVIEW軟件連通。在連通這兩個(gè)軟件環(huán)境之后，Medtronic公司的工程師可以在生產(chǎn)出實(shí)際的產(chǎn)品之前，就開(kāi)始著(zhù)手建立一個(gè)測試工作站。這種設計方法所實(shí)現的固有的并行機制，能夠讓工程師比過(guò)去更快地將產(chǎn)品推向市場(chǎng)。

　　Mentor Graphics公司系統工程部門(mén)的副總裁Serge Leef指出：“將EDA工具和我們的測試軟件連通，能夠在開(kāi)發(fā)產(chǎn)品的同時(shí)開(kāi)發(fā)測試工作站，并將測試結果更早地反饋至開(kāi)發(fā)過(guò)程中，通過(guò)開(kāi)發(fā)過(guò)程與測試過(guò)程的并行運行，而非串行運行，大大地縮短產(chǎn)品設計周期。”

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