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1个回答
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在对比之前我们先做一点仿真软件中电磁场计算方法的介绍。
仿真软件中的电磁场计算方法 在射频芯片设计软件中都集成了EM仿真软件,其作用就是用数学手段求解或近似求解麦克斯韦方程。不同的软件采用不同的方法,大体上都采用以下几种:MoM (Method of Moments),FEM,FDTD,BEM等等。 通常2D和2.5D仿真采用MoM,将金属分成小单元,单元足够小,使得其电流为常数,通过计算电流来计算电磁场。另一个代表性的就是FEM (有限元法),把需要分析的空间分成小单元,单元足够小,使得其电场强度E为常数,以此求解maxwell方程,求得电磁场的分布。 大家可以猜到MoM的仿真速度会更快,但是FEM的应用范围更广。在射频芯片设计中常用的是2.5D的EM仿真,因为大多电路结构是平面结构,.5是指非平面结构:过孔。因此可以使用MoM仿真,提高设计效率。图1摘自NI公司AWR软件培训PPT,展示了不同计算方法的应用范围。 图1[1]:不同电磁计算方法的应用范围 可以看出patch antenna 和芯片layout都可以使用MoM仿真。 对比EM和schematic仿真 哪些元件需要EM仿真? 一般来讲无源器件和传输线需要EM仿真,而晶体管不做EM仿真,因为无源器件比如电阻、电容都是金属结构,没有偏置的概念;而晶体管更多的是和工作点有关,不同偏置的晶体管的高频特性不同,因此通常不做EM仿真。 举例:一阶LC匹配的EM仿真 为了简单起见,我们仿一个一阶LC匹配电路,看看EM和schematic(原理图)仿真的结果。电路如图2所示: 图2:一阶LC匹配电路示意图 下面我们使用NI公司的AWR Microwave Office 软件做仿真。将LC在layout中连接起来,电路通过过孔接地,Layout的3D效果图如图3所示: 图3:一阶LC匹配电路Layout的3D效果图 这里为了节约时间我们不对过孔进行电磁分析,只对电容电感以及连接他们的微带线做EM仿真。现在,我们在Layout的基础上生成EM文件,自动生成Port或者人工加Port,然后做Meshing(网格化),这个过程中请注意Deembedding的问题(Meshing和Deembedding参见上一篇文章)。这样我们获得了如图4的EM Meshing图: 图4:LC匹配网络的EM Meshing图 从图中可以看出,每个Port都做了延伸,也就意味着做了Deembedding,避免了不连续性的问题,EM的结构是合理的。下面我们对这个匹配网络做原理图和EM仿真,结果如图5所示: 图5:LC匹配网络在3 GHz - 9 GHz的仿真对比 粉色线为EM仿真,可以看出EM仿真的结果向下移动了一点,说明EM仿真发现了更多“电容性”的影响,在射频芯片的设计中,如果大家留心这些对比会发现很多有趣的结果,记录下来就离大神又进了一步,我们一起共勉吧 ? |
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