IC基板 - RFフロントエンド最適化のための設計自動化

RFフロントエンドにおけるキャリア集約の実現, いくつかの新しい問題が発生する, これは主に動的インピーダンス変化を伴う環境におけるフィルタの展開に関連している. この記事はこれらの問題のいくつかについて詳しく説明する, を自動的に処理するための設計方法を提案する 多数の回路レベル候補ソリューション, デザイナーの負担を減らす, と比較的簡単に画面を実行可能なソリューション.
設計課題はどこですか?
Figure 1 is a simplified block diagram of a possible architecture of a bidirectional inter-band downlink carrier aggregation (DL CA) system, バンド3のRXブランチがTXと並列に動的に接続されることができる/RXブランチバンド1. この設計は、複数のコンポーネントキャリア及び異なるスイッチング構成に容易に拡張することができる. 例えば, 「Infineon移動通信アプリケーションガイド」は、一つのアンテナと二重アンテナの使用を推薦します, 5 CAコンポーネントキャリアのサポート. 基本的なビルディングブロックはスイッチである, デュプレクサ, バンドパスフィルタ. これらのモジュールはよく知られている, 高品質, 携帯電話で広く使われている. したがって, 現在の問題は、処理に加えて相互変調アーキテクチャ選択と周波数計画に加えられます, 特別な注意を要する問題はありますか?
残念ながら, 答えはyesです：主要なデザインボトルネックの1つは、フィルタが並列に接続されていることです, 彼らは必然的に互いのパフォーマンスにかなり影響を及ぼすだろう. 例えば, 図2は、帯域8および帯域1フィルタが別々に接続されており、そして、公共のノード14における周波数応答に接続されていることを示す. バンド1フィルタの性能がバンド8フィルタによって完全に破壊されることは注目に値する, バンド8フィルタの性能は基本的には、バンド1フィルタの存在によって変化しない.
これら2つのフィルタの帯域外抑制性能は非常に良好である, フィルタリーク電流があっても, バンド1フィルターのダメージを説明できません. しかし, 図3 Aのバンド1の周波数でバンド8フィルタの入力インピーダンスを見るなら, 私たちは、バンド8フィルタが開いた回路の代わりに約67度の電気的長さで、開いた終わりの伝送線のように見えます. バンド1フィルタが共通のノードに接続されているとき, バンド8フィルタは、オープンスタブに類似した方法でバンド1フィルタのパフォーマンスをロードします, そして、これは完全にフィルタの性能を変えます!

この時に, バンド1フィルタの存在がバンド8フィルタの性能を破壊しない理由は既に推測できる. If we look at the input impedance of the Band 1 filter at the Band 8 frequency (Figure 3b), 我々は、バンド1フィルタが基本的に開いた回路であるとわかります, これはまったく偶然だ. これを知る, 我々は、実用的な目標を考えることができます, which is to design a matching circuit (phase shifter) to preserve the passband behavior of the filter while mapping the response of other component carrier frequencies to the open circuit. このゴールが首尾よく達成されるならば, それから、フィルタは互いに透明であることに等しいです、そして、どんなCA構成ででも接続されることができます. We call this part of the design process "filter matching"
The challenge of solving the filter matching problem
A matched solution can only become a more or less perfect solution under more occasional circumstances. これは通常、広い周波数間隔のコンポーネントキャリアの場合である, such as between a low-band (LB) pair and a high-band (HB) pair. つ以上のコンポーネントキャリア周波数がオープン回路にマップされなければならないとき, 相互開放回路の実現は困難である. 加えて, 通過帯域挙動に大きく影響しない前提で, 隣接する周波数のコンポーネントキャリアは一致しにくい. 別のポイントは、通常、実際に矛盾する制約があるということです, その結果、非常に少数の外部マッチングコンポーネント. したがって, 理想的な状況は、非常に少数のマッチングコンポーネントを持ついくつかのCAスキームのために修飾できるように、事前に音響フィルタを設計することである, しかし、フィルタ自体は、外部マッチングの必要性を完全に排除するのに十分な設計自由度を有していない.
したがって, 当社のデザインプロセスは、まだ最初に一致しようとすることができます. 成功すれば, 我々は、CAが基本的に働くことができるということを知っています. フィルタ協調マッチングを用いた設計プロセスについて, 解決策は、コンポーネントキャリア周波数で正確な開放回路を提供することができないことをしばしば受け入れなければならない, フィルタ間の相互作用と負荷の多くを残す. 図1を参照する, また、これらの相互作用を接続するスイッチがあります, そして、スイッチの電気的サイズは十分大きい, それで、彼らは効果的にもう一つのフィルタに1つのフィルタをロードするのを援助することもできます.
要するに, これらの問題を解決する, スイッチを含む完全なモデルを微調整する必要があります, フィルタ, および外部マッチング回路.
Example: Band 1 + Band 3 downlink carrier aggregation
The component carrier frequency bands are relatively close to each other. 帯域1デュプレクサと帯域3 Rxフィルタのための代表的パブリックドメインSパラメータモデルの使用, 並列投球状態をサポートする汎用半導体SP 2 Tモデルとともに. 非CA構成で, スイッチは、アンテナをバンド1ブランチに接続するCA構成で, スイッチは、アンテナをバンド1とバンド3ブランチに接続します. したがって, マッチング回路は、これらの2つの構成に適しているように最適化されるべきである. スイッチRF 1ノードを帯域1とRF 2ノードを帯域3に割り当てる, and use the 0201 package size Murata discrete component model of the library LQW03AW_00 (inductor) and GJM03 (capacitor) to design the matching circuit.

我々は、最初にバンド3フィルタに一致しようとします。すべてのマッチングタスクにおいて，我々はrf設計自動化ソフトウェアプラットフォームoptennilabを使用する。このソフトウェアは、私たちのデザインに不可欠です：ほとんどの場合、2つのマッチングコンポーネントがある場合でも、各回路は17の異なるトポロジーオプションを持っています、そして、良いマッチを達成するために明白な解決がないとき、トポロジーのこの組合せがどれが最高のパフォーマンスを成し遂げることができるかを予測するのは、しばしば難しいです。例えば、1つのデュプレクサの場合、各ブランチが2つのマッチングコンポーネントを持つ場合、合計173 = 4913の異なるトポロジーが存在する。ほとんどのトポロジーは失敗する運命にあるが、RF設計自動化ソフトウェアプラットフォームは、100以上の関連トポロジーを簡単に最適化し、自動的にソートすることができ、一方、コンポーネントの許容範囲に対する解決策の感度を考慮している。これは設計プロセスを大いに助けたので、私たちは基本的に最高のパフォーマンスと最も強い許容範囲安定性とのトポロジー的な組合せを見逃すことはありません、さもなければ、我々が限られた数のトポロジーのマニュアル派生に頼るだけであるならば、それはそのような解決を逃しやすいです。

したがって, バンド3フィルタモデルを基礎として使います, そして、バンド1の開いた回路目標と一致している回路を合成して、目標としてバンド3のRxの良い挿入損失を合成します. バンド1とバンド3は非常に近いので, 我々が直面する一般的なマッチングの課題は以下の通りである。バンド1の周波数はスミスチャートのエッジ上の長いアークと交差する, そして、開いた回路点の近くにそれを配置しようとする結果は、マッチするために結びつく. 周波数帯域応答はかなりの妥協を生み出す. から選択する多くのトポロジースキームがあります, いくつかのより良い挿入損失, そして、いくつかは、より良い回路にマップされることができます. 両方を持つのは難しい. バンド3 RXとバンド1のインピーダンスを示す, とマッチしていないフィルタと, フィルタの入力および出力の2つのコンポーネントの3つのマッチしたコンポーネントを含むこと.
この記事は2つのマッチング方法を比較します フィルター. 協調マッチング法について, フィルタは最初に個別にマッチングされる, 別のフィルタの周波数で開放回路を達成することを目標とする. これらのサブ問題の結果が結合され、微調整された後, 通常実現可能な解決策が得られる. しかし, このプロセスは基本的にマッチングトポロジーを得ることができる, それとも、各サブ問題の候補結果を手動で組み合わせるには時間と労力がかかる. したがって, 我々は、フルイメージ最適化と呼ばれる第2の方法を提案する, は、協調マッチングステップを省略し、 ベストサーキット according to actual performance indicators (ie, signal insertion loss and suppression). このように, 最も経済的な解決策は非常に効果的に識別できる. より複雑なCAアーキテクチャのために, つの方法を混ぜるのは、より役に立つかもしれません. いくつかの機能ブロックのための“完全グラフ最適化”設計を使用することができる, そして、それらを組み合わせて微調整, “コラボレーション”に似ています. これらすべての方法で, 採用したRF設計自動化プラットフォームが中心的役割を果たす, CA問題を解決するとき、デザイナーがソフトウェアを設計するのに費やさなければならない手動操作の大部分を排除するので.