射频电路设计的困境及对策

技术分类: 模拟设计  通信  | 2004-04-09
Gabe Moretti,EDN技术编辑

llo 系列射频收发器的元件数量和成本时,设计师们必须使用各种技术来解决体系结构问题。直接变频的最大问题是直流偏移校正,特别是当你将直接变频应用于时分多路复用系统如GSM(全球移动通信系统)时更是如此,这是因为时分多路复用系统对每个突发脉冲串都必须进行偏移补偿,而每个突发脉冲串的偏移则各不相同。多数客户和同行引用其他供应商以前的失败尝试,都竭力劝告不要采用直接变频。首要问题是要通过仔细地设计发射器电路,尽可能减小偏移。设计师在射频系统首先要进行的是频率规划,使本振泄漏导致的自混频减少至最低程度。其次是对高增益基带放大器和滤波器进行细心设计;这需要传统的模拟电路设计工具和仿真,获得良好的——但不是足够好的——性能。
  当时工程师们增加了几个低精度数/模转换器,用以进行软件控制的直流偏移调整,使情况有所改善,但仍不足以应付各种可能的情况。进一步减小偏移需要更高的功率、更大的芯片面积,因此混合信号设计师和系统设计师必须找到一个共同的解决方案。系统设计师建议,动态范围增加几分贝是吸收残余偏移所必不可少的。作为对此建议的响应,模/数转换器设计师改进了以前的设计,他们结合运用模拟电路和数字电路的
设计工具和仿真,使增加的功耗为最小。然后,系统小组与物理层软件小组合作,利用一个不会大量增加运算能力的、经过改进的偏移校正例程来完善信道补偿算法。经过集体努力,终于开发出一种牢靠的直接变频收发器。
  射频电路设计
  模拟器件公司高速变换器部产品系列总监Dave Robertson说,在产品规划和开发期间,射频电路设计师必须处理四类问题。他们必须考虑各种商业问题,如芯片尺寸、成品率和上市时间。他们必须考虑为产品打开最大的应用市场的互操作性标准。工程师们还必须考虑产品工作的频率域。要使用的频段可能是特许的,也可能是非特许的,不过,无论哪种情况,它都将受到国家机构和国际组织的监管。最后,设计师必须处理产品的物理层,因为他们必须在这一层解决许多非线性问题。
  在系统级上,无线产品设计师必须评估系统的整体功能和性能,其中包括数据吞吐量、信道干扰和功耗。评估结果有助于系统体系结构设计师确定各种设计元件的要求和规范,供电路级设计使用。电路设计师在晶体管级实现每个元件,并在理想情况下应能利用系统级规范作为测试基准,对照系统要求来验证元件性能。在物理实现级,设计师设计出每个射频元件的布局,并根据原始产品要求,把每个元件封装在一个或多个器件中。他们必须对包括器件和互连线寄生效应在内的布局进行验证,以确保最终的性能和可制造性。将射频器件集成到产品中的设计师必须有一种能在设计完成之前评估系统性能的方法。
  AWR(Applied Wave Research)公司总裁兼首席执行官James Spoto看到了某种挑战,因为所有这些设计领域或阶段均被孤立的 EDA 环境和数据库隔离开来,并且都使用不适用于吉赫频率的工具和模型。体系结构模型和实际电路性能之间的相关性很差。体系结构模型忽视射频电路的多种缺陷,如噪声、失真和阻抗不匹配,或与这些缺陷的近似性很差。
  AWR 公司的Analog Office设计套件旨在缓解这个问题。它侧重于射频收敛,并在跨越 IC 设计流(从系统级到电路级的设计和验证)的统一设计环境中提供一种互连线驱动的、具有射频意识的并行设计方法。它包括设计和原理图的输入,时间域和频率域的仿真和分析,物理布局(带有自动器件级布局布线以及集成式设计规则校验程序)基于求解程序的 3D 全场提取[使用 OEA 国际公司(www.oea.com)的技术],以及支持射频测量的整套波形显示和分析功能。
  Ansoft 公司用具有数据输入和可视化功能以及时间、频率和混合模式仿真的Ansoft Designer 来支持射频电路设计。在系统级仿真时,除了其射频与 DSP 元件库以外,Ansoft Designer支持编译型和解释型 C 和 C++ 用户自定义模型的联合仿真,以及Mathworks 公司的 Matlab 联合仿真。电路仿真求解包括为获得非线性噪声、瞬态、数字调制、非线性稳定性以及负载与信源拉升而进行的分析。它还具有适用于滤波器和传输线的设计综合功能。该产品包括一个布局与制造模块以及一个 3D 平面电磁仿真引擎。
  Eaglewave 公司的 Genesys套件包括原理图输入、若干仿真引擎、适用于一些模拟电路的综合功能,以及生产和定制功能。仿真引擎支持线性电路仿真、频谱域系统仿真、谐波平衡非线性仿真,以及多级平面 3D 电磁仿真。它还具有适用于传输线、运算放大器滤波器、LC 滤波器、直接 LC/分布式滤波器、锁相环、振荡器、微波分布式滤波器以及延迟均衡和阻抗匹配电路的综合功能。
  Neolinear 公司为射频电路设计师提供的是 NeoCircuit-RF。该工具具有适用
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