RFIC設(shè)計所面臨的挑戰(zhàn)及設(shè)計流程詳解

　　近年來，移動通信的市場需求增長迅速，當(dāng)前的移動通信系統(tǒng)已經(jīng)可以使用成熟的信號處理技術(shù)來獲取更高的信息傳輸速率。下一代無線系統(tǒng)的設(shè)計難度將增大，主要體現(xiàn)在對多標(biāo)準(zhǔn)和可重配置性的支持。不同的通信標(biāo)準(zhǔn)在中心頻率、信號帶寬、信噪比和線性度等方面差異很大。這對所有的射頻(RF)前端構(gòu)建模塊的設(shè)計有很重要的影響，必須進(jìn)行全面的權(quán)衡分析以選擇最佳的架構(gòu)，并為單獨的電路模塊選擇合適設(shè)計規(guī)范。

　　RFIC設(shè)計挑戰(zhàn)

　　數(shù)字信號處理的復(fù)雜度正在穩(wěn)步上升。數(shù)字模塊能夠部分補(bǔ)償由模擬前端模塊帶來的信號損害。為了充分驗證復(fù)雜的數(shù)字補(bǔ)償算法以及由相位噪聲、非線性和失配等模擬非理想特性所帶來的影響，數(shù)字和模擬模塊必須協(xié)同驗證。實現(xiàn)RF/基帶協(xié)同設(shè)計的瓶頸是在RF前端出現(xiàn)的頻率高達(dá)GHz的RF載波信號。為了在晶體管級對一個完整的通信鏈路的誤碼率(BER)和誤包率(PER)進(jìn)行仿真，必須將已調(diào)信號運(yùn)行數(shù)千個周期，這種做法成本很高甚至無法實現(xiàn)。

　　除了對實際設(shè)計進(jìn)行設(shè)計規(guī)范確認(rèn)的性能驗證外，另一個關(guān)鍵要求是對整個芯片的功能驗證。在數(shù)字控制電路(負(fù)責(zé)各種操作模式的使能，如上電、斷電、接收、發(fā)射和頻帶選擇等)和模擬前端之間的接口的實現(xiàn)錯誤是導(dǎo)致設(shè)計返工的重要原因。

　　IC設(shè)計工程師通常會恪守由系統(tǒng)設(shè)計師制定的預(yù)算要求。他們也許能證明更寬松的IC設(shè)計規(guī)范也能達(dá)到系統(tǒng)級設(shè)計要求，但是在缺乏理論驗證的情況下，花費大量時間用于優(yōu)化電路并不必要。由于需要不同的專業(yè)知識和工具，通?；鶐Ш湍M/RF這兩部分是分開進(jìn)行設(shè)計、仿真和驗證。系統(tǒng)級設(shè)計的主要目標(biāo)是找到一種合適的算法和架構(gòu)，以便以最低的成本實現(xiàn)需要的功能和性能。

　　但是在實際物理實現(xiàn)階段，RFIC設(shè)計工程師仍然要面對很多嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。以無線收發(fā)器這種大型IC為例，較高的信號傳輸速率使電路對寄生效應(yīng)(包括寄生電感和噪聲)非常敏感等。因此RFIC設(shè)計流程的實質(zhì)是管理、復(fù)制和控制版圖后仿真及其效果，并在整個設(shè)計過程中高效地使用這些信息。

　　RFIC設(shè)計還要求設(shè)計工程師具有RF領(lǐng)域?qū)I(yè)的和獨特的分析技術(shù)，這些跨越頻域和時域的分析方法，其選擇決定于電路類型、設(shè)計工程師技術(shù)水平、電路尺寸或設(shè)計風(fēng)格。為了方便選擇，就需要用仿真的方法提供一個無縫的集成環(huán)境。

　　在RFIC設(shè)計領(lǐng)域，集成化也是大勢所趨。過去，RFIC被看作一個相對獨立的設(shè)計領(lǐng)域，現(xiàn)在，很多RFIC包含了ADC、DAC和PLL功能，以及在數(shù)字設(shè)計環(huán)境中創(chuàng)建并集成到芯片中的數(shù)字合成器。另一方面，RF模塊也正在被添加進(jìn)大型SoC中以實現(xiàn)單芯片解決方案。采用系統(tǒng)級封裝(SiP)還可以集成其它功能，與RFIC和SoC設(shè)計方法一樣，采用SiP技術(shù)也會面臨相似的驗證問題。

　　一個全面的設(shè)計解決方案必須能夠解決這些挑戰(zhàn)，包括：

　　1. 為系統(tǒng)級設(shè)計和IC實現(xiàn)提供全面的鏈接；

　　2. 在一個系統(tǒng)級環(huán)境下進(jìn)行IC驗證，以充分利用現(xiàn)有的無線單元庫、模型和測試基準(zhǔn)(TEST bench)；

　　3. 支持在不同抽象級的全芯片混合級仿真；

　　4. 在經(jīng)過優(yōu)化的仿真時間內(nèi)，在芯片級和模塊級進(jìn)行詳細(xì)的分析；

　　5. 可管理和仿真全部寄生效應(yīng)；

　　6. 在適當(dāng)?shù)脑O(shè)計點，提供版圖自動化功能；

　　7. 支持在整個設(shè)計過程中多個層次的無源器件建模(passive modeling)。

　　必須在單一設(shè)計環(huán)境中滿足以上所有要求，這不僅有助于RFIC設(shè)計工作，而且有助于與模擬/AMS和數(shù)字設(shè)計的集成。在多個抽象級(包括芯片級和模塊級)情況下，設(shè)計可以獨立于物理實現(xiàn)策略而被往復(fù)迭代以方便驗證/實現(xiàn)。