UWB與WMAN無(wú)線(xiàn)電系統的先期驗證

采用正交頻分多路轉換（OFDM）實(shí)體層的無(wú)線(xiàn)區域網(wǎng)路（WLAN），目前已經(jīng)在全球各地廣泛地進(jìn)行商業(yè)建置，它主要是根據IEEE 802.11a/g OFDM 無(wú)線(xiàn)電標準?，F在設計工程師正使用移動(dòng)無(wú)線(xiàn)平臺專(zhuān)用的多模態(tài)IEEE 802.11a/b/g 晶片組，來(lái)提升IC 整合的程度，以配合價(jià)格低廉的無(wú)線(xiàn)上網(wǎng)服務(wù)。新興的IEEE 802.15.3a超寬頻（UWB）和IEEE 802.16d 無(wú)線(xiàn)都會(huì )區域網(wǎng)路（WMAN, 又稱(chēng)WiMAX）標準，將促使IC 設計朝更高資料速率的OFDM 應用發(fā)展。

過(guò)去三年產(chǎn)業(yè)全力開(kāi)發(fā)WLAN OFDM 產(chǎn)品的結果，不但改革了設計與驗證的程序，還因為強調初期驗證而提升了設計的效率，并因此加快了在競爭激烈的消費者市場(chǎng)引進(jìn)新的OFDM 產(chǎn)品的腳步。零中頻（Zero IF）的CMOS RFIC 徹底顛覆了WLAN 的設計，讓低價(jià)產(chǎn)品得以展現經(jīng)濟效益。這些產(chǎn)品通常包括基頻和RFIC，它們會(huì )在電路板層級的模組或封裝內整合一些晶片外（off-chip）元件，像是功率放大器、濾波器和天線(xiàn)，如圖1 所示。

RF 和基頻IC 通常會(huì )整合到參考無(wú)線(xiàn)電（reference radio）的原型中，以便在量產(chǎn)IC 之前進(jìn)行系統層級的OFDM無(wú)線(xiàn)電認證測試。舉例來(lái)說(shuō)，使用可程控的基頻IC 補償演算法，可以減少RF IC的瑕疵，而這些演算法必須在系統層級的參考無(wú)線(xiàn)電測試過(guò)程中進(jìn)行驗證。將模擬與驗證工具整合在一起的好處是，WLAN無(wú)線(xiàn)電系統設計工程師不必等到后期整合時(shí)才能找出RFIC 或基頻演算法中的問(wèn)題，而是在設計流程的初期就能驗證重要的OFDM 無(wú)線(xiàn)電規格。

在整合的設計流程中，一開(kāi)始必須進(jìn)行RF 和基頻IC 的模擬，以便在tape-out之前驗證重要的規格，進(jìn)而縮短設計週期。在模擬的過(guò)程中應執行各項虛擬量測，亦即分析候選OFDM 設計，以取得發(fā)射器的差錯向量幅度（EVM），并且進(jìn)行除錯。將模擬時(shí)所合成的測試信號下載到儀器中，可產(chǎn)生OFDM 測試信號以評估原型IC。至于接收器的信號擷取與誤碼率（BER）測試，則必須在包含發(fā)射器失真、通道瑕疵及不想要的干擾信號下執行。為簡(jiǎn)化設計程序，可使用事先設好的測試與驗證設定，依據發(fā)射器頻譜、EVM 和BER 等效能量測標準來(lái)評估設計。

OFDM 無(wú)線(xiàn)電系統

遵循IEEE 802.15.3a 標準的UWB 無(wú)線(xiàn)個(gè)人網(wǎng)路（WPAN），使用低于11 GHz的載波頻率及110 到480 Mbp s的資料速率，提供短距離（＜30 呎）的應用，例如家庭辦公室的無(wú)線(xiàn)USB 和串流視頻。遵循IEEE 802.16d 標準的無(wú)線(xiàn)都會(huì )區域網(wǎng)路（WMAN）則使用低于11 GHz 的載波頻率及最高75 Mbps 的資料速率，提供4 到6哩遠的寬頻無(wú)線(xiàn)上網(wǎng)（BWA），或“最后一哩”上網(wǎng)服務(wù)。由于頻譜管理單位、標準制定組織、工業(yè)團體及各個(gè)協(xié)會(huì )都在推動(dòng)IEEE 標準，究竟哪些標準會(huì )勝出目前還不明朗。一般認為各家WLAN產(chǎn)品廠(chǎng)商針對消費性產(chǎn)品的相互操作性所做的努力，將有助于IEEE 802.11a/b/g 標準成為全球的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)路標準。至于新興的WPAN/WMAN 標準，還得花上好幾年的時(shí)間才能完成。在各界競相推出新標準的這段期間，OFDM 無(wú)線(xiàn)電晶片設計師需要有彈性的設計與驗證工具，以便因應不同的標準來(lái)設定新的模擬與測試解決方案。

加速新興的OFDM 產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)

混合信號系統整合單晶片（SoC）的驗證作業(yè)，可在IC tape-out 及交付生產(chǎn)之前，根據模擬的行為和元件模型來(lái)確保設計達到效能規格。目前0.1 um IC 的生產(chǎn)過(guò)程都很久，所需的光罩成本大約是100萬(wàn)美金。內含幾千萬(wàn)個(gè)閘的SoC 設計，往往需要用到幾千億個(gè)二進(jìn)位測試碼型（測試向量）；產(chǎn)生及模擬無(wú)數個(gè)輸入組合，可以確保設計永遠不會(huì )發(fā)生無(wú)法恢復的狀態(tài)。工程小組可能要花上總設計時(shí)間的50% 到70% 來(lái)執行驗證工作。生產(chǎn)混合信號SoC 最大的挑戰之一，就是必須為模擬和數字信號開(kāi)發(fā)出適合的test benches，以便在自動(dòng)化的設計與驗證流程中控制及觀(guān)察內部的IC 信號。當SoC變得愈來(lái)愈復雜時(shí)，在設計週期中進(jìn)行驗證就變得格外重要且富挑戰性。

OFDM 設計工程人員整合了系統層級的模擬與驗證設計流程，以便在模擬過(guò)程中對復雜的IC 設計進(jìn)行生產(chǎn)前的初期驗證，同時(shí)他們也將上述流程與生產(chǎn)流程和制造測試程序連接在一起。如此一來(lái)，設計工程師就可以在整個(gè)產(chǎn)品生命週期中使用設計智財元件（IP），以達到降低成本的目標。以下三個(gè)重要的策略，可以讓新的OFDM 產(chǎn)品具備更高的可預測性和獲利能力：
• 執行先期驗證
• 整合設計、驗證與制造測試
• 進(jìn)行完美的RF 模擬

當產(chǎn)品進(jìn)入開(kāi)發(fā)的最后階段時(shí)，設計問(wèn)題對財務(wù)與時(shí)程的影響將會(huì )愈來(lái)愈明顯。后期的整合問(wèn)題及RFIC 未能達到效能目標，是造成專(zhuān)案進(jìn)度落后及成本超出預期的兩個(gè)最常見(jiàn)的原因，但可藉由整合設計、模擬與測試工具和方法來(lái)解決。在開(kāi)發(fā)IEEE 802.11 WLAN OFDM 產(chǎn)品的過(guò)程中，幾個(gè)重要的成功因素包括：
• 使用OFDM 通信模型程式庫來(lái)執行合乎標準的參考無(wú)線(xiàn)電模擬。
• 參考無(wú)線(xiàn)電的端對端模擬與驗證，各個(gè)系統區塊是在不同的時(shí)間開(kāi)發(fā)而成的。
• 當每個(gè)設計小組將個(gè)別的IP 區塊移到下一個(gè)開(kāi)發(fā)階段時(shí)，都會(huì )執行效能檢查。
• 在模擬與實(shí)體儀器之間使用一致的量測與分析演算法。
• 不同據點(diǎn)及單位的設計與測試站，都使用相同的效能量測標準。
　

圖1. OFDM 參考無(wú)線(xiàn)電。