EDA Update Improves EM and PA Stability Analyses and Transmission Line Synthesis

Cadence公司，www.awr.com，www.cadence.com

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Cadence发布了AWR Design Environment®最新版本V15(以下简称V15) ，这是自公司从NI收购AWR以来发布的第一个新版本。该最新版本可供当前的客户和评估人员使用，包括新功能、附加模块以及对AWR Microwave Office^®电路设计软件、AWR Visual System Simulator™（VSS）系统设计软件、AXIEM^® 3D平面矩量法和Analyst™ 3D有限元方法电磁（EM）仿真器的增强功能。

V15中引入的新功能可帮助设计人员解决5G、汽车、航空航天和国防应用中开发和集成RFIC、MMIC、器件和模块封装以及PCB组件面临的难题。这些系统越来越多地使用先进的射频前端组件和天线，它们的设计必须以最小的功耗实现最优的空间和频谱效率。为了满足这些需求，最新版本的AWR设计环境扩展了对功率放大器（PA）和天线/阵列设计、EM建模以及异构系统中射频/微波集成的支持。

过去即现在……以及未来

当今的射频技术源于平台集成商、半导体制造商和电子设计自动化（EDA）供应商的长期努力。在1980年代后期，美国国防部启动了MIMIC计划，开发用于军事系统的“价格合理、可实现、广泛适用”的微波和毫米波子系统。该计划将计算机辅助工程作为开发GaAs MMIC的基本能力。MIMIC计划和其辅助性工作为半导体设计和开发奠定了工业基础，这一点在军事系统获得了技术证实，随后在商业通信中得到了证实。Cadence成立于1988年，加入了MIMIC计划并负责开发“智能”微波库，将MMIC元件的电气模型与其物理布局相结合。

电子设计已成为一个复杂的过程，涉及一系列分析、验证和制造工具，重复使用设计IP可以降低复杂性并提高首次成功通过的可能性。系统越来越多地具有嵌入式无线电Wi-Fi，蓝牙、蜂窝或其他一些标准，而实现这种无线连接的射频元件在设计上最具挑战性。需要对整个系统进行整体设计。

Cadence正在通过Intelligent System Design™（智能系统设计）策略来应对这些挑战，并在电子系统的所有设计元件中提供其软件的计算功能。该策略的核心通过卓越的设计，实现最优的EDA工具组合，包括：一流的射频、微波和毫米波电路系统级EM分析功能；用于半导体、封装和PCB设计的IP以及云端扩展功能。

无线革命的未来：集成设计

无线应用将射频技术集成到前所未有的智能互联设备和系统中。开发这些系统需要在多域分析、仿真能力、设计自动化以及射频/微波EDA之间实现无缝互操作以及包括混合信号IC、PCB、系统级封装和系统级芯片（SoC）设计在内的更广泛的组合工具。电子设计的“超越摩尔”进程是通过使用高密度各向异性基板进行技术集成实现的。这些紧密堆叠的元件就像具有复杂电子设备的机械系统一样，通过复杂的互连网络传输射频和高速信号。为了正常运行，混合技术系统需要跨多个领域进行协同设计和协同优化：借助大规模EM和热分析以及可靠的设计验证和签核，可以实现射频、模拟和数字仿真。V15提供了以下功能来辅助此设计过程：

快速混合电磁分析技术

AXIEM EM仿真器中的网格剖分和求解器技术得到增强，以使用最新的过孔网格剖分技术进行“修复”以减小网格尺寸，从而提高了表征RFIC、MMIC和层压结构的速度和能力（图1）。复杂的PCB和SoC器件包含的制造特征不会影响RF性能，但会降低EM分析的速度。形状预处理规则获得扩展，可以更好地处理位于指定区域内部或外部的用户指定层上的大型通孔阵列。AXIEM DC求解器包含一项新的稀疏对称矩阵技术，该技术可以节省10倍的时间和内存。

针对PA设计人员的加强工具

稳定性分析对于功率放大器的设计和优化至关重要。常用的K和µ因子无法检测并联的多级放大器或器件中的不稳定性。其他稳定性分析（例如归一化确定函数）以计算运行时间为代价克服了这些限制，使它们在优化方面过于缓慢。V15支持新的环路增益包络技术，从而将这种严格的稳定性分析的仿真时间从数小时减少到数秒，使其非常适合进行稳定性优化（图2）。环路增益包络稳定性分析具有许多优点，可以量化MMIC放大器中每个器件的稳定性和阈值。通过分析应用输入和输出终端可以提高分析速度。通过提高速度可以优化MMIC中每个器件的相位阈值，可以选择源和负载伽马的大小，以快速确定不同负载下的稳定性。

基带阻抗随频率的变化会影响宽带PA的线性度，导致互调水平随瞬时信号带宽不对称变化，这与基带存储效应有关。当采用有源的基带注入架构（例如包络跟踪）时，PA开发人员已在线性方面取得了显著改善。使用V15，设计者可以通过视频带负载牵引分析优化PA的线性度，结合第四和第五谐波负载牵引功能，可以在矩形图中绘制性能随负载阻抗变化的曲线（图3）。

综合算法加速

传输线的特性阻抗和电长度是诸如λ/ 4阻抗变换器、威尔金森功率分配器和合路器、耦合器、滤波器等无源RF/微波电路中的重要设计参数。使用V15，设计人员可以根据所需的电气特性直接在给定的基板上综合得到这些微带、带状线或共面波导的结构参数（图4）。同样，无需手动调用TX-LINE计算器并输入结果，即可直接从物理特性中计算出电气特性。最新的综合向导工具使用户能够使用Microwave Office供应商库中用于表面贴装的PCB设计或工艺设计套件的组件生成匹配网络，并将结果传递到MMIC设计中。

总结

Cadence AWR Design Environment的V15版本将射频/微波仿真引入Cadence的EDA解决方案组合中。新功能可解决稳定性分析、视频带和第四次和第五次谐波负载牵引以及更快的谐波平衡。网络综合技术支持使用供应商器件、单个和耦合的传输线综合以及更快的平面EM网格划分和求解技术。Cadence Intelligent System Design策略描绘了未来多领域的电子设计将依赖于多物理场和众多学科，集射频、微波和毫米波内容于一体。