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CoverFeature 封面专题

谐振。图8所示结构 于基板成一定角度，避免了强烈反射，
10,000
具有非平行边的谐 而最差的设计有三个边缘与基板平行，
振器，与具有平行 从而导致了横向波模式。
结果可以在图10中看到，其中最
1,000 边的谐振器相比， 好的五边形设计显示与方形器件相比纹
Impedance (Ohms) 100 向谐振。然而，凭 波显著减少，方形结构器件是训练的起
可以实现较弱的横
经验优化这些形状
点。值得注意的是，3,640个设计中的每
是昂贵且耗时的。
一个都是在三维模型中进行的，利用传
理想情况下，工程
10
师会使用三维全波 统求解器这项研究在同一计算资源下完
成这项仿真将需要近一年的时间。上述
仿真进行优化，但 结果表明，使用OnScale求解器通过基于
1
1.80E+09 1.85E+09 1.90E+09 1.95E+09 2.00E+09 由于传统FEM工具 云的CAE可以实现设计类型的进一步优
Frequency (Hz) 需要巨大的计算资 化。
源和时间，这种方
(a)
法并不切实际。云 总结
计算解决了这一问 尽管缺乏标准，5G仍然承诺为移
150
题，为这些复杂的 动电话提供更快的数据速率，并将成为
100 电子-机械系统提供 自动驾驶汽车和物联网的推动者。在3
了快速分析，并为 GHz以上频段，从4G到5G数据速率可以
50 工程师开辟了全新 获得数量级的提升。但是，传统CAE工
Phase (°) 0 的解决途径。 具无法完成三维模型仿真，这是进行优
化设计和缩短这些高复杂结构产品上市
我们通过构建
–50 一个五边形结构的 时间的关键步骤。OnScale的云求解器开
FBAR 三维模型验 创了并行分析的可能性，从而降低了原
–100 证这一功能，模型 型设计成本并加快了上市时间。
使用遗传算法优化
–150 滤波器，以实现最 5G射频滤波器设计工具：无限综
1.80E+09 1.85E+09 1.90E+09 1.95E+09 2.00E+09
小化的横向谐振为 合网络
Frequency (Hz)
(b) 优化目标。遗传算 Infinite Synthesized Networks Deliver RF Filter
法模拟自然选择过 Design Tools for 5G
图10：简单的方形设计（红色）和优化后的五边形设计（蓝 程，以指导候选设
色）对比。 Bob Hammond,
计的连续群体朝向 Resonant,
叉结构和20个栅指。放大部分显示在给 全局最优。每个设计群体在云上并行仿 anta Barbara, Calif.
定时间步长下表面波速度的仿真结果。 真，如图9所示。
整个模型可以在几个小时内运行完毕， 该模型运行了52代，共进行了3,640 G/LTE是面向高速移动设备服务的单
这是一项壮举，即使是市场上最强大的 个设计。共运行了68个小时，仅使用 4一技术，而5G则是一系列技术，旨
传统求解器通常也无法做到。 了8.67 GB的内存。仿真工具连接到 在服务于从超宽带固定无线通信到低数
该设计的优化过程通过云平台完 MATLAB的全局优化工具箱，该工具箱 据速率物联网应用的不同场景。向这种
成，云平台上可以同时进行数百个这种 允许在运行期间跟踪各种参数，包括当 新网络技术的过渡将导致滤波器和RFFE
模型的仿真，以分析特定参数的变化对 前最佳设计。发现最佳设计的边缘相对 复杂性的显著提升。
设计的影响。其中一次迭代获得了最佳
点，此时Q值最大，滤波器的阻抗毛刺
最小。图6显示了本例中所选设计滤波器 Chip Layout Package/Module Mask
Layout
的阻抗与频率的关系。 Physical Design Physical Design Generation
8 Patents
FBAR设计实例
与表面硅和体硅滤波器不同， Filter Circuit Filter Chip Design Integrated Filter
Design Optimization
Optimization
FBAR滤波器在谐振频率为100 MHz至 Design Computer Aided Engineering Computer Aided Engineering
Optimization
Synthesis
Process
10 GHz的腔体上使用压电薄膜。根据性 Parameters Synthesis Simulation
Simulation
能要求，可以使用各种不同的形状和尺 72 Patents Optimization Optimization
Finite Element Model Finite Element Model
寸，早期设计采用方形结构，更先进的 12 Patents GVR Aquisition 14 Patents
设计采用五边形结构。图7a是从GDSII
文件导入OnScale的五边形FBAR谐振器 Yield Prediction Data Analysis
Compliance Matrix Measured
的结构。瞬时表面速度的仿真结果如图 Temperature Behavior Add External Components Data
7b所示。 Compare
设计人员面临的主要挑战是确保滤 Note: Patents issued and pending.
波器不产生较强的破坏通带性能的横向 图11：ISN从原始设计到掩膜过程图解。
14 www.mwjournalchina.com Microwave Journal China 微波杂志 Nov/Dec 2018

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