RFIC設計所面臨的挑戰及設計流程詳解

　　4. 模塊電路設計

　　接下來開始電路的初步設計，首先進行電路研究并了解性能規范要求。這種早期研究有助于形成頂層的版圖規劃，對于RFIC來說頂層版圖規劃對噪聲和模塊級互連非常敏感。在該階段，可嘗試對螺旋電感等無源器件進行綜合以滿足規范要求，并在芯片上進行最初的布局。這個階段可進行兩項重要的工作：為螺旋電感創建早期的模型，并在模塊級版圖完成前用于仿真；對螺旋電感之間的互感進行初始分析。可在該階段為所有的電感創建器件模型以用于仿真。

　　可以按照設計工程師偏好的方法進行仿真，頻域或者時域仿真均可，設計工程師要綜合考慮電路特點、仿真類型和仿真量等因素后再決定。一個單一的工藝設計套件和配套的設計環境可幫助設計工程師選擇合適的仿真算法。可根據仿真類型以合適的方式顯示結果。當模塊級的電路完成后，設計工程師可以在頂層環境下使用行為激勵和對外圍芯片的描述來驗證這些電路。

　　5. 物理實現

　　版圖設計自動化功能(自動布線、連通性驅動和設計規則驅動的版圖設計和布局等)是非常高效的。由于緊密地結合了原理圖和設計約束規則，版圖設計自動化能夠極大地提升工作效率。布線器能夠解決差分對、屏蔽線的布線問題，并支持手動設置每一根走線的布線約束。這就使物理設計過程像前端設計過程一樣具有可重復性。雖然在初期要投入一些時間來建立這些工具，但它們在以后的設計過程中都是可復用的。

　　6. 寄生參數提取

　　在版圖完成后，電磁場仿真(EM)可為無源器件生成高精度的模型。例如，可選擇幾個螺旋電感作為EM仿真的關鍵對象，具體做法是：用螺旋電感替換在設計過程中已經創建的一些模型，混合并匹配現有的模型。設計工程師需要全面監控螺旋電感的建模過程，并對運行時間和精確度進行權衡。

　　基于網絡的寄生提取是隨著版圖出現后在整個設計過程中最重要的一個環節。RF設計對于寄生效應非常的敏感。由于設計工程師能夠掌握任何區域、走線或模塊的相關寄生信息，因此管理不同層次的寄生參數的信息就變得更為重要。不敏感的走線只需要RC參數，而敏感走線則需要RLC參數。帶有螺旋電感的走線可以以RLC和電感參數的形式提取出來，甚至可對最敏感的走線添加襯底效應。同時，這些走線可以與無源器件的器件模型混合匹配。

　　當頂層版圖實現后，噪聲分析(特別是襯底噪聲分析)可以保證有噪電路(如數字邏輯和PLL)不會影響到高度敏感的RF電路。設計工程師可以對此進行檢查，如果關注的電路區域被影響到，設計工程師可以修改版圖規劃或在有噪電路周圍增加保護帶。然而，想在晶體管級對整個電路進行仿真或包含所有的寄生信息往往是不現實的。一種解決方法是提取行為模型，但這會忽略不同模塊間連線的寄生效應，因此必須支持層次化的提取能力和設計模塊間連線的寄生參數提取。

　　7. 校準HDL模型

　　在模塊開發完成后，可以根據關鍵的電路性能參數對最初的行為模型進行反標注，這樣可實現更為精確的HDL級仿真。雖然并不適用于所有效應，但是這種方法能夠以更少的運行時間成本獲得更為精確的性能信息，并能加速驗證，減少全晶體管級驗證的工作量。

　　用混合級仿真對模塊進行驗證有三個步驟。首先，在對模塊功能進行驗證時，要在系統級仿真中包含一個理想化的模塊模型；然后，用這個模塊的網表替換理想化模型來驗證模塊的功能。這樣就能檢測出模塊缺陷給系統性能帶來的影響。

　　最后，用一個提取模型代替模塊的網表。通過對網表和提取模型的仿真結果進行比較分析，可以對提取模型的功能性和精確度進行驗證。在以后對其他模塊進行混合級仿真時使用經過驗證的提取模型而不是理想模型能有效提高其有效性。

　　如果操作合理，自下而上的驗證方式能夠對大型系統實現更為詳細的驗證。由于去掉了物理實現的細節而僅保留行為細節，行為仿真的執行速度非常快。隨著模塊逐漸成熟，由自下而上驗證過程生成的行為模型越來越有用，并可用于第三方IP驗證和復用。

　　對于包括射頻前端的無線系統來說，自下而上的驗證過程是驗證大型系統性能的必然方法。如前所述，晶體管級的RF系統驗證需要將調制信號運行數千個周期，這往往是不現實的。用先進的包絡分析技術替代傳統的瞬態仿真只能將仿真速度提高10~20倍。即使將傳統的通帶模型用于自下而上的提取技術，由于RF載頻仍然存在，也無法將仿真速度提高到令人滿意的程度。只有將自下而上的模型提取技術和復雜的基帶或低通等效模型結合起來，載波信號才會被有效抑止，其仿真時間才足以實現全芯片級的誤包率分析。

　　為所有模塊都生成行為模型是一件耗時費力的工作，而且只有極少的設計工程師具有這種專業技術。而自動化的工具和方法學能夠根據特定應用和技術需要，借助經過驗證的精度和開放API來修改現有模板生成詳細的行為模型。