Redirect= Интеллектуальная система проектирования AWR Design Environment

Интеллектуальная система проектирования AWR Design Environment V15 от компании Cadence

№ 2’2020
PDF версия
Статья затрагивает исторические аспекты, лежащие в основе моделирования в области высоких и сверхвысоких частот, и знакомит с основными особенностями последней версии AWR Design Environment®, Version 15 (V15), выпущенной компанией Cadence. Публикация представлена в виде авторского перевода материалов компании с примерами и рядом поясняющих дополнений.

Компания Cadence выпустила последнюю версию AWR Design Environment®, Version 15. Это первая версия популярного продукта с тех пор, как Cadence приобрела у прежнего владельца — компании National Instruments, разработчика программного обеспечения для автоматизации электронного проектирования, компанию AWR Corporation.

Программное обеспечение AWR Design Environment имеет давнюю и заслуженную репутацию, оно создано профессионалами, обладающими фундаментальными знаниями в области физики электромагнитных (ЭМ) полей и глубоким пониманием процессов разработки радиочастотных и микроволновых устройств и возникающих при этом проблем в области ближнего и дальнего поля. Таким образом, эта детально проработанная среда проектирования способна существенно упростить решение даже самых сложных задач, без необходимости в ручном вводе параметров проекта и дополнительной обработки данных (рис. 1).

Среда проектирования AWR от компании Cadence — мощная платформа проектирования систем радиочастотной и микроволновой связи самого широкого спектра

Рис. 1. Среда проектирования AWR от компании Cadence — мощная платформа проектирования систем радиочастотной и микроволновой связи самого широкого спектра

Последняя версия, уже доступная для клиентов и разработчиков, пользующихся услугами компании, включает новые функции, дополнительные модули и усовершенствования программного обеспечения [3, 4]:

AWR Microwave Office — это универсальное программное решение для разработки всех видов радиочастотных и микроволновых устройств, от простых фильтров до монолитных интегральных схем. Высоко ценимая за свой интуитивно понятный пользовательский интерфейс, уникальная архитектура Microwave Office позволяет легко интегрировать собственные высокоэффективные и инновационные программные средства со специализированными программами компаний-партнеров, помогая завершить этап разработки любого высокочастотного проекта в кратчайшие сроки.

AWR Visual System Simulator (VSS) — модуль системного проектирования, предназначенный для разработки современных проводных и беспроводных коммуникационных систем, включая устройства сетей 5G, LTE, WiMAX, и WLAN 802.11a/b/g, а также системы радиолокации и спутниковой связи. VSS позволяет проектировать системные архитектуры и подбирать оптимальные спецификации для каждой составляющей системы.

AXIEM — 3D-планарный электромагнитный симулятор для экстракции S‑параметров и верификации проектов в составе AWR Design Environment, применяющийся для моделирования и оптимизации пассивных элементов радиочастотных печатных плат, отдельных модулей, толстопленочных микросхем (LTCC), СВЧ-микросхем (MMIC), радиочастотных микросхем (RFIC) и антенн. Точность и скорость моделирования с помощью AXIEM позволяет ускорить или даже ликвидировать многие этапы проектирования, что приводит к заметному сокращению производственных и временных затрат. Планарный ЭМ-анализ, быстрая адаптивная технология гибридного построения сетки с поддержкой металлических структур и перемычек конечной толщины помогает добиться высокой точности и надежности электромагнитного анализа благодаря автоматическому разбиению моделируемых структур на треугольные и прямоугольные элементы.

Analyst — трехмерный ЭМ-симулятор, являющийся неотъемлемой частью AWR Design Environment. Тесная интеграция со всеми модулями программного пакета позволяет инженеру сконцентрироваться на проектировании и оптимизации характеристик разрабатываемого устройства, не отвлекаясь на прорисовку сложных структур и импорт/экспорт данных между отдельными инструментами.

Дополнительные ключевые элементы:

  • схема и топология — ввод данных с использованием лучших в отрасли алгоритмов подстройки;
  • APLAC — линейное и нелинейное моделирование схем;
  • Load Pull — современный анализ согласования нагрузок;
  • анализ стабильности — линейный и нелинейный;
  • DRC/LVS — контроль проектных норм и анализ соответствия топологии схеме;
  • TX–LINE — интерактивный калькулятор линий передачи.

Новые возможности, представленные в версии AWR Design Environment V15, предназначены для разработки продуктов в области миллиметровых волн и реализации других, не менее важных задач, например, при проектировании фильтров электромагнитных помех в условиях ограниченного пространства [5]. AWR Design Environment V15 помогает специалистам решать проблемы, возникающие при создании и интеграции RFIC (Radio Frequency Integrated Circuit, радиочастотная интегральная схема), MMIC (Microwave Monolithic Integrated Circuit, сверхвысокочастотная монолитная интегральная схема), при корпусировании устройств и модулей, а также сборок печатных плат для автомобильной, аэрокосмической и оборонной промышленности. В этих системах все чаще используются передовые РЧ-компоненты и специализированные, сложные многоэлементные антенны, которые должны быть соответствующим образом спроектированы и интегрированы в конечный продукт [6] для достижения пространственной и спектральной эффективности при минимальном энергопотреблении. Для того чтобы удовлетворить эти потребности, последняя версия среды AWR расширяет поддержку проектирования усилителей мощности (УМ) и антенн и антенных решеток, выполняет их электромагнитное моделирование (симуляцию), облегчая интеграцию в конечные продукты.

Кроме того, новая среда проектирования AWR V15 предназначена для решения проблем разработки продуктов, связанных с выполнением технических требований к коммуникациям 5G, которые для обеспечения сверхплотной и высокопроизводительной связи с малыми задержками сочетают технологии фиксированной, мобильной, оптической, микроволновой и IP-связи. Интеллектуальная сеть с макро- и малыми сотами, использующая передовые радиочастотные компоненты и антенные технологии, созданная для большей пространственной/спектральной эффективности и минимального энергопотребления, необходима для поддержки требований высокой пропускной способности 5G в широком спектре приложения и сложности сценария их развертывания [6, 7].

Отвечая на эти  требования, среда разработки AWR V15 расширяет поддержку проектирования усилителей мощности (PA) и антенн и антенных решеток, моделирования печатных плат, модулей и микросхем, проводит моделирование электромагнитных полей, а также интеграцию радиочастотных и микроволновых компонентов, необходимых для реализации IP-связи, в гетерогенные системы.

Использование таких передовых инструментов, как AWR Design Environment, помогает сократить затраты времени на проектирование, оптимизацию и избежать дорогостоящих, причем зачастую не явно видимых ошибок. В практике автора статьи был случай — в одном из изделий специального назначения для радиосистемы нашей собственной разработки мы использовали в качестве базы корпус с антенной сторонней компании. Во‑первых, мы не могли реализовать в сборе те высокие характеристики передатчика, которые получали на стенде, во‑вторых, диаграмма направленности была по крайне мере странной. Подозрение пало на антенну. Соразработчик уверил нас: антенна штатная и сто раз проверенная в «боевых» условиях. Исчерпав собственные возможности для согласования с антенной (а используемый нами инструмент для трехмерного ЭМ-моделирования задачу не решал), мы обратились к специалисту по комплексному ЭМ-моделированию, который составил детальную «до винтика» модель устройства, включая противовес (поверхность морской/океанической воды). Пришел ответ: антенна нерабочая, в ней вместо дюралевой трубки в основании необходим изолятор! Кто сделал нам такой «подарок», мы уже не разбирались — с ним с большим удивлением разбирались те, кто поставил нам для прототипа бракованную антенну. Решить проблему удалось только с помощью комплексного ЭМ-моделирования, по-другому мы ее просто не увидели — антенна ведь была «штатная и гарантированно рабочая».

Кроме чисто высокочастотных приложений, моделирование в среде AWR Design Environment может решить и более низкочастотные проблемы — например, провести модельно-ориентированной анализ при разработке фильтров подавления ЭМП для преобразователей большой мощности с учетом взаимного влияния элементов в области ближнего поля [5].

 

Из прошлого в будущее

Технологии, которые являются основой рынков систем сотовой связи 5G, автомобилестроения, аэрокосмической и оборонной промышленности, прошли долгий и непростой путь развития. Эти технологии, выйдя на новый уровень, соединили в себе платформы интеграции, то есть программное обеспечение, которое интегрирует различные приложения и сервисы, достижения ведущих производителей полупроводников и компаний, предоставляющих средства автоматизации проектирования электронных приборов и устройств (electronic design automation software, EDA — комплекс программных средств для облегчения разработки электронных устройств, создания микросхем и печатных плат), а также контрольно-измерительные приборы (КИП).

Толчок развитию дало то, что в конце 1980‑х годов Министерство обороны приступило к осуществлению программы по развитию MIMIC. Выглядело это так: «Программа по разработке подсистем микроволновых и миллиметровых волн для их использования в «передних частях» систем оружия военного назначения, которые должны быть осуществимы с финансовой точки зрения, доступны для поставок и широко применимы». Программа поддерживала исследования в таких материалах, как арсенид галлия (GaAs), и предназначалась для разработки устройств, интеграции, управления дефектами и предусматривала производство и другие направления. Общая цель этой программы состояла в том, чтобы предоставить аналоговые микроволновые сенсоры, сенсоры работающие в области миллиметровых волн и основанные на технологии GaAs. Для MMIC это позволило бы улучшить их производительность, уменьшить размер, вес и стоимость, а также повысить надежность оборонных систем США. Особый акцент был сделан на автоматизированное проектирование в качестве средств для разработки. Эти усилия привели к созданию новой инфраструктуры для технологии MIMIC с приложениями, распространяющимися по всему рынку продукции военного назначения, и ее проникновению в конечном итоге на рынок коммерческих продуктов для сферы коммуникаций [8].

Программа по развитию MMIC побудила поставщиков программного обеспечения (ПО) радиочастотного моделирования объединиться с основными подрядчиками и изготовителями полупроводников для оборонной области с целью налаживания сотрудничества в поисках большей функциональности платформы. К этому альянсу присоединилась созданная в тот период компания Cadence (1988), чья задача состояла в разработке библиотек «умного» микроволнового моделирования, сочетающих в единую электрическую модель компонентов MMIC с их физической компоновкой. Спустя три десятилетия системы защиты и связи стали результатом технологий, разработанных в рамках альянса системных интеграторов, производителей полупроводников и поставщиков инструментов моделирования.

Разработка электроники в этих системах предполагает очень сложный процесс и требует широкого набора инструментов, которые преобразуют, анализируют, оптимизируют и проверяют дизайн на протяжении всего процесса, а возможность повторно использовать представляющие интеллектуальную собственность решения позволяют сокращать объемы проектных работ. Например, современные системы все чаще поддерживают радиосвязь, будь то 5G, Bluetooth, Wi-Fi или другие стандарты беспроводной связи на сверхвысоких частотах и миллиметровых волнах. Внешние радиочастотные компоненты, отвечающие за беспроводную связь, являются одними из самых сложных при проектировании, поскольку результат зависит от каждого разъема, вывода корпуса и трассировки печатной платы. Соответственно, здесь необходим целостный подход к проектированию и анализу всей системы как единого целого.

Такие проблемы компания Cadence решает с помощью стратегии Intelligent System Design, которая обеспечивает возможности вычислительного ПО наивысшего уровня во всех аспектах, связанных с проектированием электронных систем самого широко назначения. В основе этой стратегии лежит концепция совершенства проектирования, оптимизированный набор инструментов EDA, включающий лучшие в своем классе радиочастотные и микроволновые схемы, системный и электромагнитный анализ, а также собственные проприетарные подходы и технологии для проектирования полупроводников, корпусов и печатных плат с масштабируемым доступом в облаке.

 

Беспроводная революция будет осуществлена через широкую интеграцию

Новейшие радиочастотные и микроволновые технологии для инфраструктуры 5G и мобильных устройств воплощают достижения инженерной мысли и уровень технической сложности. И эта сложнейшая радиочастотная электроника будет интегрирована в беспрецедентное количество подключенных интеллектуальных устройств и систем. Но для реализации поставленных целей необходим и прогресс в области многодоменного анализа, возможность эффективного моделирования систем, автоматизация проектирования и высокая совместимость между радиочастотным и микроволновым EDA, а также широкий портфель коммерчески доступных интегральных схем, которые входят в состав печатных плат и систем со смешанными сигналами. Кроме того, потребуются и инструменты разработки таких устройств, как системы в корпусе (system-in-package, SiP) и системы на кристалле (system-on-chip, SoC).

Нынешние темпы развития электроники уже выходят за рамки закона Мура, благодаря интеграции технологий с использованием неоднородных подложек с плотно размещенными компонентами. Они стали, если можно так выразиться, больше, чем Мур. Такие плотно уложенные компоненты ведут себя как механические системы, построенные на сложной электронике, передающей высокочастотные высокоскоростные сигналы через сложную сеть межсоединений. Для правильной работы систем со смешанными технологиями требуется совместное проектирование и совместная оптимизация сразу в нескольких областях, включая радиочастотное, аналоговое и цифровое моделирование. И все это нужно осуществлять с помощью крупномасштабного электромагнитного и теплового анализа и предпринимать все необходимые шаги для надежной проверки взаимодействия и взаимовлияния столь разнородных по своей природе структур и их согласования в ходе выполнения проекта. AWR Design Environment V15 дополняет обширный портфель программного обеспечения Cadence, предоставляя инженерам весьма совершенные инструменты, позволяющие успешно решать именно такие задачи проектирования.

 

Ускоренный электромагнитный анализ для устройств на основе смешанной технологии

В симуляторе AXIEM — для повышения скорости и возможностей ЭМ-анализа и распределений плотности тока для MMIC и RFIC, а также для структур в виде корпусов и плат — было сделано несколько ключевых усовершенствований технологии построения сетки и непосредственно самого решателя. Новейшая технология сквозной сетки обеспечивает надежное решение для уменьшения размера ячейки (общего числа неизвестных) в многослойных конструкциях печатных плат и MMIC. AXIEM поддерживает электромагнитный анализ линий передачи и произвольных планарных структур одно- и многослойных схем, используя метод моментов (Method of Moments, MoM — часто называется «планарный 3D-метод») и продвинутые алгоритмы построения сетки для точного расчета S‑, Y‑ и Z‑параметров (более подробно в [9]). В качестве примера на рис. 2 показан импорт из Cadence Allegro в среду AWR Design для ЭМ-анализа 8‑элементной (2×4) антенной решетки и фидера, выполненных на печатной плате телефона сотовой связи пятого поколения (более подробно о проблемах проектирования таких антенн в [6, 7]).

Пример анализа для печатной платы сотового телефона 5G, импортированной в среду AWR Design для ЭМ-анализа 8-элементной (2×4) антенной решетки и фидера

Рис. 2. Пример анализа для печатной платы сотового телефона 5G, импортированной в среду AWR Design для ЭМ-анализа 8-элементной (2×4) антенной решетки и фидера

Такие сложные компоненты, как печатные платы и SoC, конструктивно содержат элементы, необходимые для их изготовления, и вспомогательные цепи, которые не влияют на производительность в радиочастотной области, однако замедляют ЭМ-анализ, излишне увеличивая число анализируемых элементов. В программном обеспечении AWR Design Environment V15 были расширены правила предварительной обработки формы, чтобы лучше адресовать связанные с микросхемами процессы, такие как обработка большого количества металлических слоев, путем объединения через массивы на пользовательских слоях и внутри/вне указанной области. Кроме того, усовершенствования решателя AXIEM для цепей напряжения постоянного тока (используемые для характеристики низкочастотного поведения, например цепей смещения) включают новую технологию разреженных симметричных матриц, что обеспечивает как минимум 10‑кратную экономию времени и такое же уменьшение требуемого для этого объема памяти.

Связанный с этими типами структур файл обработки слоя (layer process definition file, LPF — файл управления слоями, в нем определены установки, необходимые для просмотра геометрии макета и видов электромагнитных структур), который создается и импортируется через меню Import Process Definition (импорт определения процессов), в программном обеспечении Microwave Office определяет уровни обработки и параметры проектирования физического макета. Среда разработки AWR в рамках одного иерархического проекта для поддержки анализа неоднородных подложек и многокристальных модулей, использующих различные полупроводниковые процессы и ламинаты, всегда предлагала несколько вариантов определения и назначения слоя. Последняя версия AWR Design Environment V15 теперь поддерживает собственные LPF-модули «для каждой технологии», что позволяет различным процессам указывать единицы измерения (милы или микроны), наиболее подходящие для конкретной технологии. Те, кто уже работал с подобными продуктами, сразу почувствовал облегчение от такой опции, не правда ли?

 

Больше возможностей для проектирования высокочастотных усилителей мощности

Для того чтобы удовлетворить требования к полосе пропускания, системы технологии 5G, работающие сейчас на частотах около 6 ГГц, в скором будущем смогут использовать преимущества доступной полосы пропускания на частотах миллиметровых волны. И это будущее не такое уж и далекое. Качество и надежность самой передачи в сети 5G на миллиметровых волнах были продемонстрированы в мобильной сети в тестовых системах во время Олимпийских игр в Сеуле и на скоростях выше 200 км/ч на гоночной трассе, поэтому структура кадра 5G признана пригодной для переключений в условиях даже экстремального доплеровского сдвига.

Однако переход на этот диапазон волн довольно сложен и становится вызовом для проектировщиков УМ, которым необходимо решать проблемы линейности и эффективности при наличии высокого отношения пиковой мощности к средней (peak-to-average power ratio, PAPR). Трудность заключается и в том, что в широкополосных УМ изменения импеданса по ширине полосы может влиять на линейность устройства, что приводит к интермодуляционным искажениям, которые асимметрично изменяются с изменением текущей ширины полосы сигнала.

Кроме того, транзисторы, разработанные для усилителей миллиметровых волн, имеют высокий коэффициент усиления на низких частотах, что делает их более склонными к потенциальным паразитным колебаниям, а усилитель — к самовозбуждению. Решающее значение для проектирования и оптимизации таких устройств, особенно для моделей с высоким коэффициентом усиления, имеет анализ устойчивости.

Обычно используемые коэффициенты K и μ, полученные из моделирования линейных цепей, способны точно предсказать, является ли двухпортовая схема безусловно устойчивой, но не могут обнаружить неустойчивость для многокаскадных усилителей или транзисторов, подключенных параллельно. Другие виды анализа устойчивости, такие как нормализованная детерминированная функция (normalized determinate function, NDF) и методы, основанные на оценке петлевого усиления, преодолевают эти ограничения, но обычно делают это за счет более сложных вычислений и увеличения времени проведения анализа и, соответственно, слишком медленны для выполнения оптимизации.

Метод оценки устойчивости усилителя на основе оценки огибающей традиционных контуров устойчивости петлевого усиления (Loop Gain Envelope или LoopGainEnv) заключается в том, что здесь вычисляется комплексная огибающая всех графиков усиления контура в комплексной плоскости со всеми возможными пассивными нагрузками. Если величина огибающей меньше 1, когда угол равен 0, то схема устойчива для всех комбинаций импеданса входного и выходного оконечного сопротивления. Данный метод позволяет с часов до секунд сократить время моделирования этого более строгого подхода к анализу устойчивости, что делает его идеальным для оптимизации стабильности [2]. Новая версия AWR Design Environment V15 теперь поддерживает этот метод с указанным алгоритмом и блоком уравнений, которые могут быть легко применены к новым конструкциям усилителей, как показано на рис. 3.

Результат анализа устойчивости усилителя на основании метода, положенного в основу AWR Design Environment Version 15, компания Cadence

Рис. 3. Результат анализа устойчивости усилителя на основании метода, положенного в основу AWR Design Environment Version 15, компания Cadence

Поддержка кратко описанного выше анализа устойчивости (полное описание методики не входило в задачи этой обзорной статьи и требует отельного рассмотрения) дает разработчикам сразу несколько преимуществ. Во‑первых, стабильность и запас устойчивости каждого устройства в конструкции усилителя MMIC выражены количественно. Во‑вторых, за счет аналитического применения входных и выходных окончаний возрастает скорость анализа. В‑третьих, требуется меньше оценок комбинаций, что также увеличивает скорость анализа. Благодаря повышению скорости теперь возможна оптимизация запаса по фазе для каждого устройства в MMIC. Величину согласования источника и нагрузки теперь можно выбирать, что позволяет разработчику MMIC быстро определять стабильность при различных условиях нагрузки и оптимизировать работу в условиях меньшего импеданса нагрузки при повышении общей производительности УМ.

Изменения импеданса на основной полосе в полосе пропускания широкополосных УМ влияют на линейность устройства, что приводит к интермодуляционным искажениям, которые могут изменяться асимметрично текущей шириной полосы сигнала. Это связано с так называемыми эффектами памяти в основной полосе частот [11, 12], обусловленными инерциальностью элементов схемы (индуктивностей, конденсаторов и т. д.), напряжения и токи в которых зависят от значений в предыдущие моменты времени. В традиционной конструкции УМ влияние эффекта памяти снижается за счет использования обводных конденсаторов сигнала.

Производительность УМ может быть улучшена и путем рассмотрения альтернативных условий полного сопротивления основной полосы. Разработчики УМ достигли значительных улучшений в линейности, используя активные архитектуры внедрения в основной полосе, такие как отслеживание огибающей (envelope tracking, ET) [13]. AWR Design Environment V15 позволяет проектировщикам оптимизировать производительность в части линейности УМ с помощью анализа нагрузок во всем диапазоне частот, в котором поддерживается настройка импеданса на 4‑ и 5‑й гармониках. Также для улучшенной визуализации производительности в зависимости от импеданса нагрузки имеется возможность генерировать контуры на прямоугольных графиках, как это показано на рис. 4. Эти новые функции дополняют существующие лучшие в своем классе возможности загрузки в программном обеспечении AWR Microwave Office как часть расширенного набора инструментов.

Контуры производительности при нагрузке, нанесенные на прямоугольную координатную сетку мнимой (Image) и действительной (Real) составляющих импеданса в выпуске AWR Design Environment V15 программного обеспечения Microwave Office

Рис. 4. Контуры производительности при нагрузке, нанесенные на прямоугольную координатную сетку мнимой (Image) и действительной (Real) составляющих импеданса в выпуске AWR Design Environment V15 программного обеспечения Microwave Office

Пример пошагового процесса проектирования приемопередающего модуля с антенной решеткой 2×2 элемента (рис. 5), работающего в диапазоне 8–12 ГГц и выполненного при помощи САПР AWR Design Environment и уникальных программных решений, входящих в его состав, включающих полноценную косимуляцию на системном и схемном уровнях, поддержку нескольких техпроцессов в одном проекте, возможность синтеза антенных устройств и моделирование антенных решеток приведен в [14].

Приемопередающий модуль с антенной решеткой 2×2 элемента и результат моделирования диаграммы направленности антенны, синтезированной в AXIEM

Рис. 5. Приемопередающий модуль с антенной решеткой 2×2 элемента и результат моделирования диаграммы направленности антенны, синтезированной в AXIEM

 

Выполнение проекта ускоряет синтез

Характеристический импеданс и электрическая длина (а точнее задержка) линий передачи представляют собой два важных конструктивных параметра, используемых для управления частотно-зависимой характеристикой (АЧХ) схем на основе пассивных радиочастотных и микроволновых компонентов, таких как четвертьволновые импедансные трансформаторы, делители/сумматоры мощности Уилкинсона, гибридные ответвители, фильтры и т. п. В программном обеспечении AWR Design Environment V15 разработчики могут напрямую синтезировать физические атрибуты (ширину, длину) этих микрополосковых, полосковых или копланарных волноводных структур для данной подложки и на основе требуемых электрических характеристик (рис. 6).

С AWR Design Environment V15 программного обеспечения Microwave Office разработчики могут напрямую синтезировать микрополосковые, полосковые и копланарные волноводные линии передачи из расчетных параметров

Рис. 6. С AWR Design Environment V15 программного обеспечения Microwave Office разработчики могут напрямую синтезировать микрополосковые, полосковые и копланарные волноводные линии передачи из расчетных параметров

Аналогично электрические характеристики могут быть рассчитаны непосредственно из физических свойств одиночной или соединенной с выходом УМ линии передачи, размещенной на плате. Синтез параметров модели схемы обеспечивает важные данные для создания точного расположения этих линий передачи без ручного вызова калькулятора TX–LINE и передачи результатов в диалоговое окно свойств линии передачи.

Последняя версия мастера синтеза сетей Microwave Office, предусматривающая дальнейшее расширение синтеза, представлена в качестве мощной утилиты проектирования и ускоряет разработку цепей с согласованием импедансов, позволяя напрямую генерировать подходящую схему с использованием компонентов поверхностного монтажа на печатных платах из библиотеки поставщиков Microwave Office. Эта возможность также поддерживает модели из комплектов для проектирования процессов (process design kit, PDK), расширяя функцию синтеза схемы согласования, чтобы включать в себя УМ MMIC и другие основанные на MMIC конструкции.

Еще одной важной опцией является моделирование методом согласования нагрузки (Load Pull), которое относится к наиболее ценным инструментам проектирования высокоэффективных УМ, работающих в режиме с отсечкой. Для этих режимов (классы E, F, инверсный F и другие) класс работы определяется поведением входной и выходной согласующих цепей на частотах гармоник. Разработчик УМ должен одновременно обеспечить наиболее эффективное согласование импеданса на основной гармонике и правильно нагрузить остальные при помощи коротких замыканий или обрывов цепи.

Возможность использовать моделирование для определения характеристического импеданса устройства на частотах гармоник значительно ускоряет и упрощает процесс проектирования. Моделирование методом согласования нагрузки Load Pull в среде AWR Design Environment для разработки широкополосных высокоэффективных усилителей мощности описано в указаниях по применению [15].

 

Заключение

Среда Cadence AWR Design Environment V15 предлагает решения для проектирования радиочастотных и микроволновых технологий для MMIC, печатных плат и небольших RFIC-интерфейсных блоков в портфеле программных решений EDA компании Cadence. Эти новые возможности предназначены для анализа стабильности, анализа нагрузки по полосе сигнала (с учетом 4‑ и 5‑й гармоник), а также для моделирования нелинейных схем по методу гармонического баланса (harmonic balance, HB). Все этапы проектирования ускоряются благодаря последним усовершенствованиям в синтезе цепей, которые поддерживают включение компонентов поставщиков непосредственно в синтезированную схему согласования, синтез одиночных и связанных линий передачи и более быструю технологию планарного ЭМ анализа, предназначенную для конструирования микросхем и печатных плат.

Кроме того, стратегия Cadence Intelligent System Design согласуется с будущим, в котором электронное проектирование несомненно станет многогранным и будет связан с самыми разными физическими процессами и множеством дисциплин проектирования, с интегрированным радиочастотным и микроволновым контентом в качестве общего фактора. Микроволновая технология и технология миллиметровых волн, включая и средства разработки, требуемые в программе MIMIC 1980‑х годов, развились до уровня сложности, который мало кто мог себе представить. И все же процесс «больше, чем Мур» стремительно развивается благодаря созданию инструментов и совместной работе, которые полностью соответствуют первоначальному видению этой программы и в настоящее время служат 5G и другим беспроводным системам связи следующего поколения.

Естественно, в рамках журнальной статьи можно было дать только общие сведения. Наиболее полная информация по AWR Design Environment v15 приведена в подробной документации, находящейся в открытом доступе на сайте Базы Знаний AWR [16].

Литература
  1. EDA Update Improves EM and PA Stability Analyses and Transmission Line Synthesis. Cadence//Microwave Journal 2020. May 13.
  2. Intelligent System Design Empowered with Cadence AWR Design Environment V15//
  3. RF/Microwave Design Software. Cadence AWR Design Environment, Version 15. Technical Brief, 2020 Cadence Design Systems, Inc.
  4. Программное обеспечение AWR. Линейка продуктов. 2020 Cadence Design Systems, Inc.
  5. Манушин И. (Illia Manushyn), перевод Рентюк В.  Модельно-ориентированная разработка эффективных фильтров подавления ЭМП для преобразователей большой мощности в CST STUDIO SUITE. Сб. «Электромагнитная совместимость в электронике — 2019». 
  6. Рентюк В. От структуры сигналов к MIMO: пять важных моментов для понимания проблем 5G New Radio//Беспроводные технологии. 2020. №1
  7. Рентюк В. 5G и миллиметровые волны//СВЧ-электроника. № 4.
  8. Vye D. How Design Software Changed the World, Part I//Microwave Journal. Jul. 1.
  9. Моррис Д. (David Morris). Моделирование электромагнитных полей: как выбрать лучший метод//Электроника НТБ. 2012. № 3 .
  10. Roberg M. Loop Gain Envelope Evaluation for Rapid MMIC Amplifier Stability Analysis,» in IEEE Texas Symposium on Wireless and Microwave Circuits and Systems (WMCS). Waco, TX, 2019.
  11. Vuolevi J., Rahkonen T. Distortion in RF Power Amplifiers. Norwood, MA, Artech House, 2003.
  12. Vuolevi J., Manninen J., Rahkonen T. Cancelling the Memory Effects in RF Power Amplifiers. IEEE Int. Symp. Circuits and Systems, 2001.
  13. Akmal M., Lees J., Ben Smida S., Woodington S., Carrubba V., Cripps S., Tasker P. J. The Effect of Baseband Impedance Termination on the Linearity of GaN HEMTs. European Microwave Conference, 2010.
  14. Хаддад Б. AWR Microwave Office. Проектирование LTCC-приемопередатчика Х-диапазона с антенной решеткой в NI AWR Design Environment //СВЧ-электроника. 2019. № 2. 
  15. Моделирование методом согласования нагрузки (load-pull) в среде AWR Design Software для разработки широкополосных высокоэффективных усилителей мощности. Указание по применению. Cadence Design Systems, Inc., 2020. 
  16. База Знаний (Knowledge Base) AWR.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *