降低研發時間與硬體成本 整合性RF設計環境漸成形

2007-06-21
過去數十年來,無線應用的蓬勃發展帶動更為複雜的射頻(RF)電子的需求;許多電子產業因此必須利用更合適的工具,協助電子通訊產品進行分析、預測、最佳化和物理實現等工作。隨著無線通訊市場的高度成長,業者對於射頻積體電路(RFIC)的需求也日益增加,這讓業者必須在產品進入正式生產流程前,利用射頻電子設計自動化工具(RF EDA)進行資料擷取、模擬、布局,以及驗證產品效能和成本等工作。  

遺憾的是,射頻電子設計自動化的產業尚未有效地開發,還有許多改進的空間;針對通訊領域的設計需求,軟體開發商必須提供完整的開發設計工具,並整合射頻產品各個階段的設計需求,讓首次產品設計就符合規格需求,縮短射頻產品上市時程;提供與其他相關軟體間的溝通介面,以幫助設計者能夠輕易且有效地使用不同供應商所提供的工具;與其他開發商一起合作,建立並實現OpenAccess和製程設計套件(PDK)標準化。  

今日產品設計團隊在追求高效能的同時,面臨最大的挑戰在於射頻電子設計自動化工具在過去幾年的發展過程並不完整,除技術封閉外,各個針對不同設計階段如電路的一致性(Schematic)、布局(Layout)等的資料還須以人工方式做轉換;為達到同步,常在設計流程間做重覆的轉換動作。傳統上,每個設計流程都在各自的EDA設計環境獨立作業,不能透過共通的資料庫相容;而軟體提供的模型也必須評估是否仍然適用於高頻,如GHz頻率的模擬。  

然而現今已有業者透過單一資料庫(Unified Database)可讓設計在單一且前後一致的環境下完成,彌補傳統設計方法在正確性、有效性和經濟成本上的不足(圖1)。許多高頻電路板和訊號完整性所面對的問題,如時間延遲、雜訊、訊號失真及電阻抗不協調等情況,常在訊號通過晶片、封裝和模組化/電路板(PCB)過程中被忽略。各自獨立的EDA設計環境和資料庫使得設計者無法在設計初期進行完整的效能分析,而這一點通常是設計環節中最重要的部分。市場上的解決方案和廠商所提供的工具之間缺乏整合性,也讓設計者無法從各種解決方案中找出最適切的工具。  

目前,針對客製化的IC設計所開發出來的基本元件,是以套件工具組的方式呈現,如製程設計套件和晶圓設計套件。套件和半導體的製程技術緊密地結合在一起, IC設計者、EDA工具供應商以及IC晶圓廠對EDA工具的依賴性極高,因此他們必須用「兩人三腳」的方式合作,以保留設計和製程資料間的訊號完整性。但這種客製化設計方法所產生的結果,不僅耗費時間,而且極為複雜也容易出錯,因為沒有兩個套件是完全相同的。建立標準的共通格式,如OpenAccess將大幅減少IC設計者、IP供應商、IC晶圓廠和EDA工具供應商花在建立和驗證設計套件上的時間。採取標準的溝通模式,不論是簡單的電路元件或是納入設計規則驗證(DRC)規則的複雜元件,都可以提升IC設計者、EDA工具供應商以及IC晶圓廠等供應商之間,對於元件設計的溝通效率;除此之外,也可改善製程的機能、效率與誤差預測,並因此減少設計產品的時間,及縮短進入量產的時程。  

比較市場上同類型的解決方案,廠商開發出射頻與微波設計套裝方案設計環境,使用者進行設計時能直接從概念進行到生產的階段。它能讓包含如線性、諧波平衡以及時域等模擬,以及電磁(EM)模擬與實體Layout在單一整合的環境中完成。射頻與微波設計套裝方案把IC與電路板之Layout編輯器,與電路模擬與電磁分析工具整合在一起,它也能讓線性與非線性之干擾分析在一個整合的設計環境下完成,特別是電磁分析、實體Layout與設計檢測規則之確認(圖 2)。  

總而言之,射頻電子設計自動化工具的供應商必須齊心合作,一同解決客戶的問題,並且提供可以解決客戶問題的設計方案,而非解決供應商本身的問題。供應商需要的是一個全新的設計方法,能夠整合不同的設計階段,同時能夠在設計初期進行問題分析並找出問題,以避免多重設計流程的時間延誤,和耗費硬體實現的成本。供應商必須提供整合性的射頻設計環境,包含系統層面、電路電子和實體設計等。建立標準的共通格式,將可大幅減少工程研發時間,同時也能協助EDA工具供應商,CAD團隊和晶圓廠研發、設計和維護更加一致且可信的設計套件,這樣一來也可促進更多人採用新的製程技術。  

(本文作者任職於Applied Wave Research)  

(詳細圖表請見新通訊元件雜誌76期6月號)  

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