大規(guī)模射頻集成電路如無線收發(fā)系統(tǒng)，往往包含了模擬和數(shù)字部份，如壓控振蕩器(VCO)、鎖相環(huán)(PLL)、混頻器、濾波器、放大器、數(shù)字模擬/模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(DAC/ADC)等。這些組件的各種功能特性需要在時域和頻域內(nèi)進行模擬，以得到它們各自的行為特性。
此外，這些系統(tǒng)工作在GHz頻段，并采用先進訊號產(chǎn)生方法，如正交頻分多任務(wù)(OFDM)和快速跳頻技術(shù)等。高頻電路的開關(guān)速度很快，對主動與被動組件的模型、電路布局的寄生效應(yīng)、介質(zhì)耦合效應(yīng)、級間阻抗匹配、IC封裝和電源噪音等非常敏感。
模擬挑戰(zhàn)
諧波失真、增益壓縮、振蕩器相位噪音及混頻器噪音系數(shù)等非線性效應(yīng)經(jīng)常在頻域進行模擬和報告。而開關(guān)行為、電路初始啟動狀態(tài)以及收發(fā)系統(tǒng)對瞬時事件(如跳頻)的響應(yīng)則必須在時域進行模擬。由于經(jīng)常需要包含基于頻域定義的寬帶寄生效應(yīng)建模，而這種建模必須進行轉(zhuǎn)換以用于基于時間的模擬，因此導(dǎo)致時域分析復(fù)雜化。
很明顯，同時支持在時域和頻域內(nèi)進行一致的模擬，并能高效和精確地對基于頻率的模型實現(xiàn)瞬時分析的技術(shù)，對于現(xiàn)在的RF電路仿真和驗證至關(guān)重要。
為組成一個完整的收發(fā)器或接收器鏈，由許多無線電單元組合在一起產(chǎn)生的電路包含非常多的組件，這通常超過了傳統(tǒng)EDA工具的極限，從而產(chǎn)生了另外一個模擬挑戰(zhàn)。
這迫使設(shè)計師引入人為的、不準(zhǔn)確的設(shè)計分割，從而犧牲了他們驗證的寬度。因此，設(shè)計師迫切需要新的技術(shù)，它不僅要能在對敏感的模擬電路模塊仿真時具有良好的模擬精度和收斂性，同時，由于在系統(tǒng)單芯片(SoC)的電路中經(jīng)常包含了大量晶體管和寄生組件，因此新技術(shù)還必須具備處理這種電路的能力和必要的仿真速度。
解決挑戰(zhàn)
為解決這些模擬挑戰(zhàn)，Ansoft公司開發(fā)了Nexxim。利用專用的數(shù)值算法和先進的軟件架構(gòu)，Nexxim提供了具有一致結(jié)果的時間和頻率分析，以及與Ansoft公司的寄生行為3D電磁建模的協(xié)同模擬能力。新設(shè)計技術(shù)主要利用了高頻結(jié)構(gòu)仿真器(HFSS)對部件和布局電磁寄生效應(yīng)進行萃取，這將為SoC設(shè)計人員提高一次投片成功的機會。
復(fù)雜SoC的設(shè)計需要完善的EDA設(shè)計流程。Cadence Virtuoso模擬設(shè)計環(huán)境(ADE)在模擬/RF設(shè)計業(yè)界得到廣泛使用�，F(xiàn)在，可以將Nexxim仿真和HFSS模型萃取工具固有的優(yōu)勢整合到這個設(shè)計流程中。像ADC、AGC和PLL這類IC功能現(xiàn)在可透過Cadence環(huán)境來建構(gòu)，在單個芯片中整合，并使用Nexxim按SPICE級別精度對這些功能模塊驗證。
此外，HFSS與Cadence的設(shè)計流程協(xié)同工作，以提供可擴展的芯片上被動模型、全波互連與介質(zhì)耦合寄生效應(yīng)萃取以及復(fù)雜的封裝模型萃取。
本文描述在建立好的設(shè)計流程中設(shè)計與驗證射頻及模擬電路的新技術(shù)，并以正在開發(fā)中的超寬帶(UWB)多波段正交頻分多任務(wù)(MB-OFDM)無線系統(tǒng)計劃為實例展示這項全新技術(shù)。