单片射频微波集成电路技术与设计-MMIC设计中CAD技术

1电子科技大学电子科技大学第三章第三章ＣＡＤ技术ＣＡＤ技术••MMICMMIC设计流程设计流程2电子科技大学电子科技大学••MMICMMIC设计平台设计平台••MMICCADMMICCAD特点特点CADCAD程序作用是为设计者提供一套工具的知识程序作用是为设计者提供一套工具的知识和技能，使设计更高效和有组织性。和技能，使设计更高效和有组织性。••电路示意图捕获电路示意图捕获器器••支持工具库支持工具库••分层设计能力分层设计能力3电子科技大学电子科技大学••电路元件库电路元件库••仿真控制功能仿真控制功能••最优化仿真功能最优化仿真功能••电路版图设计功能电路版图设计功能••电路仿真器电路仿真器集成集成CADCAD程序包中有许多不同的仿真器用程序包中有许多不同的仿真器用于仿真于仿真MMICMMIC电、热、成品率的特性。每一种电、热、成品率的特性。每一种仿真器在什么域仿真器在什么域((时域、频域、时域时域、频域、时域++频域频域))中进行中进行??什么激励什么激励??仿真什么特征仿真什么特征??应用在应用在什么器件什么器件??都有响应的说明。都有响应的说明。4电子科技大学电子科技大学••常见常用的电路仿真器常见常用的电路仿真器仿真仿真器器域域激励激励数学数学解解法法应用和实例应用和实例DCDC分分析析频频域域多个多个DCDC电平电平非线性非线性代数方代数方程程建立工作状态，描绘建立工作状态，描绘DCDC偏压曲线。偏压曲线。线性线性分析分析频频域域单个小单个小信号正信号正弦信号弦信号复杂线复杂线性代数性代数方程方程小信号稳态特性。计小信号稳态特性。计算网络参数，算网络参数，MAGMAG，双，双端口同时共扼匹配条端口同时共扼匹配条件，等增益圆，稳定件，等增益圆，稳定性因子性因子KK，等稳态圆。，等稳态圆。5电子科技大学电子科技大学谐波谐波平衡平衡分析分析频频域域和和时时域域多个多个大大信号正信号正弦信号弦信号复杂线性复杂线性代数方程代数方程式，式，DFTDFT和和非线性普非线性普通差分方通差分方程（程（ODEODE））功率放大器、混频功率放大器、混频器和振荡器等器件器和振荡器等器件的大信号稳态性的大信号稳态性能。能计算稳态振能。能计算稳态振荡条件、互调失荡条件、互调失真、转换损耗、输真、转换损耗、输出功率等参量。出功率等参量。VoltVolterraerra级数级数分析分析时时域域多个大多个大信号正信号正弦信号弦信号非线性非线性ODEODE弱非线性放大器、弱非线性放大器、混频器、振荡器等混频器、振荡器等器件的精确大信号器件的精确大信号稳态性能。稳态性能。6电子科技大学电子科技大学••谐波平衡法谐波平衡法谐波平衡法中电路划分谐波平衡法中电路划分••VolterraVolterra级数分析法级数分析法VolterraVolterra级数分析法电路划分级数分析法电路划分7电子科技大学电子科技大学瞬时瞬时分析分析时时域域多个任多个任意时变意时变信号信号非线性非线性ODEODE集总元件网络的集总元件网络的瞬时响应。能用瞬时响应。能用于检验放大器的于检验放大器的稳定性，观察其稳定性，观察其非线性失真的效非线性失真的效果，仿真振荡器果，仿真振荡器起振过程。起振过程。卷积卷积分析分析频频//时时域域多个任多个任意时变意时变信号信号非线性非线性ODEODE集总元件和分布集总元件和分布式元件网络的瞬式元件网络的瞬时响应，与瞬时时响应，与瞬时分析法相同。分析法相同。8电子科技大学电子科技大学噪声噪声分析分析频频域域单个小单个小//大信大信号正弦号正弦信号信号噪声相关噪声相关系数矩阵系数矩阵级联方程级联方程线性或非线性网线性或非线性网络的噪声性能。络的噪声性能。能估计双端口网能估计双端口网络的噪声系数，络的噪声系数，振荡器的相位噪振荡器的相位噪声。声。包络包络分析分析频频//时时域域多个任多个任意调制意调制的大信的大信号正弦号正弦信号信号按一定时按一定时间间隔重间间隔重复谐波平复谐波平衡法衡法非线性网络对输非线性网络对输入的调制信号的入的调制信号的响应，仿真非线响应，仿真非线性失真效应特别性失真效应特别有用。有用。9电子科技大学电子科技大学混合混合模模式式分析分析时时域域多个任多个任意调制意调制大信大信号，和号，和//或数或数字输入字输入数字逻辑数字逻辑仿真器，仿真器，瞬时、卷瞬时、卷积或包络积或包络仿真器仿真器模拟元件和数字元模拟元件和数字元件构成的子系统性件构成的子系统性能。能。成品成品率分率分析析无无域域或或频频域域单个小单个小信号或信号或多个大多个大信号正信号正信号信号DCDC、线性、线性或谐波平或谐波平衡仿真器衡仿真器电路元件公差对电电路元件公差对电路成品率影响的统路成品率影响的统计估计。计估计。10电子科技大学电子科技大学••FabricationProcesscontrolMonitor(PCM)FabricationProcesscontrolMonitor(PCM)11电子科技大学电子科技大学••商业商业MMICMMIC设计程序设计程序仿真功能仿真功能AgilentAgilentADSADSAnsoftAnsoftSerenadeSerenadeAWRAWRMWOMWOCadenceCadenceAnalogAnalogArtistArtistOptotekOptotekMMICADMMICADEaglewareEaglewareCenesysCenesys平台平台Unix/PCUnix/PCPCPCPCPCPCPCPCPCPCPCDCDC√√√√√√√√√√线性线性√√√√√√√√√√谐波平衡谐波平衡√√√√√√VoltVolt级数级数√√瞬时瞬时√√√√√√√√卷积卷积√√√√√√噪声噪声√√√√√√√√√√√√包络包络√√√√混合模式混合模式√√√√√√√√成品率成品率√√√√√√√√√√√√布局布局√√√√√√√√√√√√EMEM仿真仿真√√√√√√√√12电子科技大学电子科技大学••商业商业MMICMMIC器件参数提取及模型程序器件参数提取及模型程序器件类型器件类型可用模型可用模型BJTBJTBCTMVBICBJTBCTMVBICBJT模型，模型，PhilipsMEXTRAMPhilipsMEXTRAMBJTBJT模型，模型，GummelGummel--PoonPoon模型，模型，AgilentAgilentHFHFGummelGummel--PoonPoon模型，模型，EEBJT2BJTEEBJT2BJTMOSFETMOSFETBSIM3v3.1BSIM3v3.1；；BSIM1,2BSIM1,2；；UCBMOSlevelUCBMOSlevel2.3,Agilentlevel32.3,Agilentlevel3，，AgilentAgilentEEMOS1MOSFETEEMOS1MOSFET，，AgilentAgilentRootMOSFETRootMOSFET模型模型MESFETMESFETCurticeCurtice，，StatzStatz，，AgilentEEFET3AgilentEEFET3，，AgilentRootMESFETAgilentRootMESFETHEMTHEMTAgilentAgilent，，EEHEMT1EEHEMT1，，AgilentAgilentRootHEMTRootHEMTTFTTFTSiTFTSiTFT，，pp--SITFTSITFT••AgilentAgilentICIC--CAPCAP13电子科技大学电子科技大学••OptotekLASIMOOptotekLASIMO器件类型器件类型可用模型可用模型IIdsds(MESFET(MESFET))CurticeCurtice，，StatzStatz，，MaterksMaterks--KacprzakKacprzak，，TriquintTriquint（（TOMTOM））高级高级CurticeCurtice,,CurticeCurtice--EttenbergEttenberg,,LebovicLebovic--ZuleegZuleegCCgsgs和和CCdsds(MESFET)(MESFET)连接模型，连接模型，StatzStatz，物理基础模型，物理基础模型IIdsds(HEMT)(HEMT)CurticeCurtice,,高级高级CurticeCurticeCCgsgs和和CCdsds(HEMT)(HEMT)物理基础模型物理基础模型可重置器件可重置器件CurticeCurtice,,接头，接头，TOM3TOM3，，AlphaAlphaModel(AOMModel(AOM))••IMSTGmbHTOPASIMSTGmbHTOPASMESFET/HEMTMESFET/HEMT通用非线性模型通用非线性模型!!••IMSTGmbHCOPLANIMSTGmbHCOPLANCPWCPW元件种类元件种类可用的模型可用的模型分布式分布式线，开路，短路，间隔，步进，线，开路，短路，间隔，步进，渐变线渐变线，空气桥，，空气桥，接头，交叉线，接头，交叉线，互联金属通孔互联金属通孔，，NN路路耦合线耦合线集总集总//耦合线耦合线交指型电容，矩形螺旋电感，薄膜电阻，交指型电容，矩形螺旋电感，薄膜电阻，MIMMIM电容电容14电子科技大学电子科技大学••MMICMMIC设计的电磁仿真软件设计的电磁仿真软件••MMICMMIC模型和设计技术模型和设计技术设计方法设计方法成本成本时间时间准确度准确度局限性局限性器件特征化器件特征化模型模型高高长长高高大大器件器件分析分析//经验模型经验模型低低短短低低大大电路仿真电路仿真中等中等短短低低大大全波全波EMEM分析分析中等中等长长高高小小••电路和电路和EMEM仿真器的特点比较仿真器的特点比较功能功能电路电路仿真仿真器器EMEM仿真仿真器器模型参数范围模型参数范围受限制受限制不受限制不受限制模型几何模型几何结构结构限于内置的限于内置的器件器件模型模型任意任意元件间耦合元件间耦合非常有限非常有限自动确定自动确定程序对仿真结果的影响程序对仿真结果的影响非常有限非常有限自动确定自动确定辐射辐射效应效应非常有限非常有限自动确定自动确定模模式式无无全部全部电流分配，电流分配，EMEM场可见性场可见性无无图形界面图形界面15电子科技大学电子科技大学••全波全波EMEM仿真与仿真与分析的必要性分析的必要性芯片芯片--芯片间互连特性分析芯片间互连特性分析螺旋电感电路模型螺旋电感电路模型16电子科技大学电子科技大学••EMEM仿真器类型仿真器类型EMEM仿真器类型仿真器类型注释注释((功能功能))任意任意33--DD仿真器仿真器计算计算33--DD场和电流在任意的场和电流在任意的33--DD物体物体33--DD平面仿真器平面仿真器计算计算33--DD场，但是仅允许场，但是仅允许22--DD电流在平面电流在平面层和平面电流在层与层之间层和平面电流在层与层之间2.92.9--DD平面仿真器平面仿真器允许非均衡电流（不必正交于界面）在允许非均衡电流（不必正交于界面）在导通层和表面之间导通层和表面之间2.82.8--DD平面仿真器平面仿真器允许非均衡垂直电流（正交于界面）在允许非均衡垂直电流（正交于界面）在导通层与表面之间导通层与表面之间2.72.7--DD平面仿真器平面仿真器允许非均衡的垂直电流（正交于界面）允许非均衡的垂直电流（正交于界面）在小直径导通层之间在小直径导通层之间2.62.6--DD平面仿真器平面仿真器允许有限的均衡垂直电流（正交于界允许有限的均衡垂直电流（正交于界面）在小直径导通层之间面）在小直径导通层之间2.52.5--DD平面仿真器平面仿真器计算计算33--DD场，但仅允许场，但仅允许22--DD电导和电流在电导和电流在平面层平面层17电子科技大学电子科技大学••EMEM仿真方法仿真方法仿真方法仿真方法内存需求内存需求CPUCPU时间时间灵活性灵活性有限差分法有限差分法(FDM)(FDM)大大大大非常好非常好有限元