CN102609587A - 使用三维快速电磁场仿真技术设计射频集成电路的方法 - Google Patents
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Abstract
使用三维快速电磁场仿真技术设计射频集成电路的方法，涉及使用电磁场分析仿真技术设计射频集成电路的方法的技术领域。本发明包括如下步骤：按照系统设计要求，制定射频芯片的设计性能要求；根据上一步的设计性能要求，设计电路原理图，仿真电路确定原理图中各器件的参数；根据电路原理图，进行设计规划检查，得到版图；对电路原理图进行三维快速电磁场仿真；对仿真结果与预设值进行比对，若判断为是，则执行结束；若判断为否，则返回第二步重新仿真。本发明改进了现有的设计流程，简化了三维模型的提取与转换过程，提高了三维电磁场仿真的速度。
Description
技术领域
本发明涉及使用电磁场分析仿真技术设计射频集成电路的方法的技术领域。
背景技术
射频集成电路是指使用半导体集成电路工艺技术制作的射频电路，具有体积小，功耗低，可靠性高等特点。常见的射频电路有：低噪声放大器，功率放大器，振荡器，混频器等，工作频率从几百MHz到几个GHz、几十个GHz不等，是无线通信设备非常重要的信号处理模块，其性能好坏直接影响产品质量。
近年来，无线通信技术发展迅速，无线产品被广泛的应用于人们生活的各个方面，对射频集成电路也提出了更高的要求，要求具有更优的信号处理能力和更短的产品开发周期。
射频集成电路主要由晶体管有源器件和电感电容等无源器件构成，按照传统的设计方法，设计者首先根据系统需求制定射频集成电路的性能参数，确定电路结构画原理图，用电路仿真确定原理图的参数设计正确，再根据电路原理图画版图，完成版图之后需要进行版图和原理图的对照验证，以确定版图的正确性，接着提取版图的寄生参数并做后仿真，如果后仿真的结果不理想，则返回原理图优化设计参数，同时修改相应的版图，然后继续提取版图的寄生参数并做后仿真，如果后仿真的结果达到设计的预期效果就送代工厂制作芯片。
然而，传统的设计方法受限于其无法考虑三维电磁场的变化，所以在高频领域中，很难提供精确的仿真结果，尽管设计者花费了很多时间用于优化电路参数和电路的版图，但是结果却收效甚微，仿真与实际测试的结果偏差很大，当信号频率升高时，尤其当信号频率达到几个GHz以后，偏差就越大。于是设计者不得不重新设计集成电路，这样不仅增加了产品的开发周期，而且还增加了成本。
于是，很多设计者在传统的射频集成电路设计的方法上做了改进，采用集成电路设计与三维电磁场仿真分析相结合的设计方式。在版图完成后，将需要做三维电磁场分析的部分提取出来并转换成三维模型，然后借助电磁场分析方法进行仿真，最后将仿真结果代入到原来的设计中进行验证。这种设计方法可以获得比传统的设计方法更高的仿真精确度，但是提取、转换与建立三维模型的过程使射频集成电路的设计流程变得复杂与繁琐，当设计者进行迭代优化设计时，就要花费很多时间。而且进行三维电磁场仿真又需要花费很多时间，设计者往往需要在仿真的精确度和仿真的时间效率两者间作出折中，增加了设计难度，对设计者的经验提出了较高的要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种使用三维快速电磁场仿真的射频集成电路设计方法，改进了现有的设计流程，简化了三维模型的提取与转换过程，提高了三维电磁场仿真的速度。
使用三维快速电磁场仿真技术设计射频集成电路的方法，包括如下步骤：
第一步：按照系统设计要求，制定射频芯片的设计性能要求；
第二步：根据第一步的设计性能要求，设计电路原理图，仿真电路确定原理图中各器件的参数；
第三步：根据第二步的电路原理图，进行设计规划检查，得到版图；
第四步：对第三步的电路原理图进行三维快速电磁场仿真；
第五步：对第四步的仿真结果与预设值进行比对，若判断为是，则执行结束；若判断为否，则返回第二步重新仿真。
本发明具体步骤包括：
a）按照系统设计要求，制定射频芯片的设计性能要求；
b）按照a)的设计性能要求，设计电路原理图，仿真电路确定原理图中各器件的参数；
c）根据电路原理图设计版图，并进行设计规则检查，得到版图；
d）将需要进行电磁场仿真的部分版图选取出来，获得其平面几何形状；
e）加入厚度信息，将平面形状转换成三维图形，从而获得三维模型；
f）将三维模型导入电磁场仿真器进行仿真；
g）将电磁场仿真器的仿真结果输出为S参数形势；
h）将原来的电路原理图中相应的结构去掉，用输出的S参数代替，然后进行整体电路的仿真；
i）如果整体电路的仿真结果满足设计要求，则制作射频芯片；如果整体电路的仿真结果不满足设计要求，则返回b）步骤重新仿真。
本发明采用使用三维快速电磁场仿真的射频集成电路设计方法，改进了现有的设计流程，简化了三维模型的提取与转换过程，提高了三维电磁场仿真的速度。 本发明在提高运算精确度的同时还减小了花费的时间，提出的设计流程与传统的设计流程兼容性很好，简单易操作。
附图说明
图1是传统的射频集成电路的设计方法流程图。
图2是在传统射频集成电路设计中引入三维电磁场仿真方式流程图。
图3是本发明介绍的采用三维快速电磁场仿真的设计方式的流程图。
图4是三维快速电磁场仿真处理过程的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体技术方案进行详细说明：
如图3所示，使用三维快速电磁场仿真技术设计射频集成电路的方法，包括如下步骤：
第一步：按照系统设计要求，制定射频芯片的设计性能要求；
第二步：根据第一步的设计性能要求，设计电路原理图，仿真电路确定原理图中各器件的参数；
第三步：根据第二步的电路原理图，进行设计规划检查，得到版图；
第四步：对第三步的电路原理图进行三维快速电磁场仿真；
第五步：对第四步的仿真结果与预设值进行比对，若判断为是，则执行结束；若判断为否，则返回第二步重新仿真。
如图2所示，使用三维快速电磁场仿真技术设计射频集成电路的方法，具体包括如下步骤：
a）按照系统设计要求，制定射频芯片的设计性能要求；
b）按照a)的设计性能要求，设计电路原理图，仿真电路确定原理图中各器件的参数；
c）根据电路原理图设计版图，并进行设计规则检查，得到版图；
d）将需要进行电磁场仿真的部分版图选取出来，获得其平面几何形状；
e）加入厚度信息，将平面形状转换成三维图形，从而获得三维模型；
f）将三维模型导入电磁场仿真器进行仿真；
g）将电磁场仿真器的仿真结果输出为S参数形势；
h）将原来的电路原理图中相应的结构去掉，用输出的S参数代替，然后进行整体电路的仿真；
i）如果整体电路的仿真结果满足设计要求，则制作射频芯片；如果整体电路的仿真结果不满足设计要求，则返回b）步骤重新仿真。
如图4所示，本发明的三维快速电磁场仿真包括如下步骤：
1）在版图中加载工艺技术；
2）选取需要进行三维电磁场仿真的部分产生模型单元；
3）对于第2）步产生的模型单元进行快速电磁场仿真；
4）对第3）步的快速电磁场仿真结果进行模型反标仿真。
如图1所示，传统的射频集成电路的设计方法包括如下步骤：
（1）按照系统设计要求，制定射频芯片的设计性能要求；
（2）按照性能要求，设计电路原理图，仿真电路确定原理图中个器件的参数；
（3）根据电路原理图设计版图，并进行设计规则检查；
（4）提取版图的电阻电容寄生参数，并做后仿真；
（5）如果后仿真的结果满足设计要求，则将设计送代工厂流片，制作射频芯片；如果后仿真的结果不满足设计要求，则返回第（2）步重新设计电路原理图。
如图3所示，采用本发明的技术方案，设计者首先根据系统需求制定设计目标，然后选择合适的电路结构来实现设计。电路结构确定后，设计者根据设计要求先设计晶体管，使性能达到各项设计要求。然后利用电感、电容和电阻等无源器件对电路进行匹配，从而使电路能够在需要的状态下工作，使用电路仿真辅助设计，调试并优化电路的各个参数。
当完成电路设计与仿真后，就按照电路进行版图设计。设计者需要规划无源器件和有源的摆放位置、高频信号线的走线路径以及必要的隔离设计等。设计版图还需要进行设计规则检查，以确保版图的布局可以实际被实现。
完成版图的设计后，不同与图1传统的射频集成电路的设计方法，而是使用本发明提出的三维快速电磁场仿真的方法，详细的步骤如图4所示。
完成三维快速电磁场仿真后查看结果是否满足设计要求，如果满足设计要求，则进行下一步，将设计送代工厂流片。如果未达到设计要求，则需修改原设计。
本发明中提出的三维快速电磁场仿真的设计流程，与传统的射频集成电路设计方法具有很好的兼容性，简化了流程，无需花费很多时间做二维模型到三维模型的提取、转换与建立工作。设计者只需定义工艺技术，对于相同工艺的设计，设计者只需要进行一次定义即可。完成工艺技术的定义后，便可由二维的版图直接获得三维模型。
本发明的三维快速电磁场处理技术，优化了算法，软件通过结合快速矩量法和并行算法来实现快速电磁场计算技术，使得仿真分析的速度大大加快，在不影响求解精度的前提下，利用高速数值方法结合物理特性，加速求解速度。
模型反标仿真是将三维快速电磁场分析所得的S参数或者Spice模型直接应用于原电路图，构成新的电路图，然后进行仿真。
因为版图只有平面信息，所以首先需要在原有的设计中加载工艺技术。工艺技术包含：器件结构的厚度以及器件材料的信息，如，电导率，介电常数，损耗等。对于采用相同工艺的集成电路设计，则只需要做一次加载工艺技术即可。
选择版图中需要进行三维电磁场仿真的部分，按照关联性将它们划分为一个单元或多个单元。因为拥有了厚度信息，所以这些单元由版图直接生成三维模型结构，直接应用优化算法的三维电磁场仿真，对划分的各个单元进行分析。
为了进一步研究所选模型是如何影响整体的设计性能并据此优化设计，最后需要将模型反标到原来的电路设计中并进行整体电路仿真。用S参数模型或者Spice模型来代表原来设计中对应的电路结构，构成一个新的完整的电路结构后进行仿真，从而验证并优化设计。
Claims (6)
1.使用三维快速电磁场仿真技术设计射频集成电路的方法，其特征在于包括如下步骤：
第一步：按照系统设计要求，制定射频芯片的设计性能要求；
第二步：根据第一步的设计性能要求，设计电路原理图，仿真电路确定原理图中各器件的参数；
第三步：根据第二步的电路原理图，进行设计规划检查，得到版图；
第四步：对第三步的电路原理图进行三维快速电磁场仿真；
第五步：对第四步的仿真结果与预设值进行比对，若判断为是，则执行结束；若判断为否，则返回第二步重新仿真。
2.根据权利要求1所述的使用三维快速电磁场仿真技术设计射频集成电路的方法，其特征在于具体包括如下步骤：
a）按照系统设计要求，制定射频芯片的设计性能要求；
b）按照a)的设计性能要求，设计电路原理图，仿真电路确定原理图中各器件的参数；
c）根据电路原理图设计版图，并进行设计规则检查，得到版图；
d）将需要进行电磁场仿真的部分版图选取出来，获得其平面几何形状；
e）加入厚度信息，将平面形状转换成三维图形，从而获得三维模型；
f）将三维模型导入电磁场仿真器进行仿真；
g）将电磁场仿真器的仿真结果输出为S参数形势；
h）将原来的电路原理图中相应的结构去掉，用输出的S参数代替，然后进行整体电路的仿真；
i）如果整体电路的仿真结果满足设计要求，则制作射频芯片；如果整体电路的仿真结果不满足设计要求，则返回b）步骤重新仿真。
3.根据权利要求1所述的使用三维快速电磁场仿真技术设计射频集成电路的方法，其特征在于第四步的三维快速电磁场仿真包括如下步骤：
1）在版图中加载工艺技术；
2）选取需要进行三维电磁场仿真的部分产生模型单元；
3）对于第2）步产生的模型单元进行快速电磁场仿真；
4）对第3）步的快速电磁场仿真结果进行模型反标仿真。
4.根据权利要求3所述的使用三维快速电磁场仿真技术设计射频集成电路的方法，其特征在于上述加载工艺技术包括器件结构的厚度以及器件材料的信息。
5.根据权利要求3所述的使用三维快速电磁场仿真技术设计射频集成电路的方法，其特征在于选取版图中需要进行三维仿真的部分，按照关联性划分为一个单元或多个单元，所述每个单元由版图直接生成三维模型结构，直接应用优化算法的三维电磁场仿真，对划分的每个单元进行分析。
6.根据权利要求3所述的使用三维快速电磁场仿真技术设计射频集成电路的方法，其特征在于上述第4）步具体为：将模型反标到原来的电路设计中并进行整体电路仿真，用S参数模型或者Spice模型来代表原来设计中对应的电路结构，构成一个新的完整的电路结构后进行仿真，从而验证并优化设计。
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