IC 기판 - 무선 주파수 프런트엔드 최적화 설계 자동화

무선 주파수 프런트엔드에서 반송파 집합을 구현할 때 동적 임피던스가 변화하는 환경에서 필터를 배치하는 것과 관련된 새로운 문제가 발생할 수 있습니다.이 문서에서는 이러한 문제점 중 일부를 자세히 설명하고, 설계자의 부담을 줄이고, 실행 가능한 솔루션을 비교적 쉽게 선별할 수 있도록 대량의 회로 레벨 후보 솔루션을 자동으로 처리하는 설계 방법을 제시합니다. 설계 과제는 어디에 있습니까?그림 1은 주파수 대역 3의 RX 분기가 주파수 대역 1의 TX/RX 분기와 동적으로 병렬될 수 있는 양방향 대역 간 다운링크 반송파 집합(DL CA) 시스템의 가능한 아키텍처의 단순화 프레임맵입니다.이 설계는 여러 컴포넌트 반송파와 서로 다른 스위치 구성으로 쉽게 확장할 수 있습니다.예를 들어, Infineon Mobile Communication Application Guide는 단일 안테나 및 이중 안테나 다운링크 RFFE 아키텍처를 권장하며 최대 5개의 CA 컴포넌트 반송파를 지원합니다.기본 빌드 블록은 스위치, 이중 작업자 및 대역 필터입니다.이 모듈들은 지명도가 높고 품질이 좋아 휴대전화에서 광범위하게 응용된다.따라서 현재의 문제는 상호 조정 아키텍처의 선택과 주파수 계획 외에 특별히 주의해야 할 문제가 있습니까?불행히도 대답은 긍정적입니다. 주요 디자인 병목 현상 중 하나는 필터가 병렬되면 서로의 성능에 큰 영향을 미칠 수밖에 없다는 것입니다.예를 들어, 그림 2는 주파수 대역 8과 주파수 대역 1 필터가 각각 연결되고 공용 노드에 연결된 주파수 응답을 보여줍니다.특히 대역 1 필터의 성능은 대역 8 필터에 의해 완전히 파괴되었지만 대역 8 필터의 성능은 대역 1 필터가 존재하기 때문에 거의 변하지 않았다. 이 두 필터는 대역 외 억제 성능이 매우 좋기 때문에 필터가 전류를 누출해도 대역 1 필터가 손상된 원인을 설명할 수 없다.그러나 그림 3a에서 주파수 대역 1 주파수의 주파수 대역 8 필터의 입력 임피던스를 관찰하면 주파수 대역 8 필터가 회로가 아니라 전기 길이가 약 67도인 개방형 전송선처럼 보인다는 것을 알 수 있다.Band 1 필터를 사용하여 공용 노드에 연결하면 Band 8 필터는 Band 1 필터의 성능을 회로 스텁과 유사한 방식으로 로드하여 필터의 성능을 완전히 변경합니다!

이때 우리는 왜 주파수대역 1필터의 존재가 주파수대역 8필터의 성능을 파괴하지 않는지 이미 추측할수 있다.만약 우리가 주파수대역 1필터가 주파수대역 8주파수에서의 입력임피던스 (그림 3b) 를 관찰한다면 주파수대역 1필터는 본질적으로 하나의 길을 열어놓았음을 발견하게 되는데 이는 순전히 우연의 일치이다.이 점을 알면 필터의 대역 동작을 유지하면서 다른 컴포넌트 반송파 주파수의 응답을 회로에 매핑할 수 있는 일치 회로 (컨버터) 를 설계하는 실제 목표를 구상할 수 있습니다.이 목표를 성공적으로 달성하면 필터는 서로 투명하고 모든 CA 구성에 연결할 수 있습니다.설계 프로세스의 이 부분을 "필터 일치" 라고 하며 필터 일치 문제를 해결하는 과제 일치 솔루션은 간혹 많든 적든 완벽한 솔루션이 될 수 있습니다.이것은 일반적으로 저주파 대역(LB) 쌍과 고주파 대역(HB) 쌍 사이에 넓은 주파수 간격의 컴포넌트 반송파가 있는 경우입니다.다중 컴포넌트 반송파 주파수를 경로설정에 매핑해야 할 경우 상호 경로설정이 더욱 어려워집니다.이밖에 통대역행위에 뚜렷한 영향을 주지 않는 전제하에 린접주파수의 분량반송파는 일치하기 어려울수 있다.또 다른 점은 실천 중에 일반적으로 충돌하는 구속이 존재하기 때문에 극소수의 외부 일치 어셈블리만 있게 된다.따라서 사운드 필터를 미리 설계하여 일치하는 구성 요소가 적은 일부 CA 시나리오에 적용할 수 있도록 하는 것이 이상적이지만, 필터 자체는 여전히 설계 자유도가 충분하지 않아 외부 일치의 요구를 완전히 제거할 수 없습니다. 따라서 우리의 설계 과정은 여전히 먼저 일치를 시도할 수 있습니다.만약 그것이 성공한다면, 우리는 CA가 기본적으로 일할 수 있다는 것을 안다.필터와 함께 일치하는 설계를 사용하는 과정에서 우리는 종종 이 솔루션이 분량 반송파 주파수에서 정확한 회로를 제공할 수 없으며, 이는 필터 사이에 대량의 상호작용과 부하를 남긴다는 것을 인정하지 않을 수 없다.그림 1을 참조하여 우리는 또한 이러한 상호 작용을 연결하는 스위치를 가지고 있으며 스위치의 전기 크기가 충분히 크기 때문에 한 필터를 다른 필터에 효과적으로 로드하는 데 도움이됩니다. 간단히 말해서, 이러한 문제를 함께 해결하려면 스위치, 필터,,및 외부 일치 회로. 예: 주파수 대역 1 + 주파수 대역 3 하행 링크 반송파 집합 컴포넌트 반송파 주파수 대역은 서로 상대적으로 가깝다.대역 1 트윈과 대역 3 RX 필터에 대표적인 공용 도메인 S 매개변수 모델과 병렬 배출 상태를 지원하는 범용 반도체 SP2T 모델을 사용합니다.비CA 구성에서 스위치는 주파수 대역 1 분기에 안테나를 연결합니다.CA 구성에서 스위치는 안테나를 대역1 및 대역3 분기에 연결합니다.따라서 일치 회로가 두 구성에 적합하도록 최적화되어야 합니다.스위치 RF1 노드를 주파수 대역 1에 할당하고 RF2 노드를 대역 3에 할당하며 LQW03AW_00(센서) 및 GJM03(콘덴서) 라이브러리의 0201 패키징 크기의 Murata 이산 컴포넌트 모델을 사용하여 일치 회로를 설계합니다.

먼저 밴드 3 필터를 일치시키려고 시도했습니다.모든 일치 작업에서 우리는 무선 주파수 설계 자동화 소프트웨어 플랫폼인 OptenniLab을 사용하는데, 이는 대량의 후보 토폴로지를 자동으로 합성하고 최적화할 수 있기 때문이다.이 소프트웨어는 설계에 매우 중요합니다. 최대 2개의 일치 구성 요소만 있어도 회로당 17개의 다른 토폴로지 옵션이 있습니다. 적절한 일치를 위한 뚜렷한 솔루션이 없을 때 어떤 토폴로지 조합이 최적의 성능을 낼 수 있는지 예측하기 어렵습니다.예를 들어, 단일 이중 작업자의 경우 브랜치당 최대 2개의 일치하는 컴포넌트가 있는 경우 총 173 = 4913개의 서로 다른 토폴로지가 있을 수 있습니다.대부분의 토폴로지는 실패할 수밖에 없지만, 무선 주파수 설계 자동화 소프트웨어 플랫폼은 100개 이상의 관련 토폴로지를 쉽게 최적화하고 자동으로 정렬할 수 있으며, 구성 요소 공차에 대한 솔루션의 민감성도 고려한다.이것은 설계 프로세스를 크게 도와줍니다. 따라서 최적의 성능과 가장 강력한 내결함성 안정성을 갖춘 토폴로지 조합을 놓치지 않을 것입니다. 그렇지 않으면 제한된 수의 토폴로지의 수동 유도에만 의존하면 이러한 솔루션을 놓치기 쉽습니다.

따라서 주파수 대역 3 필터 모델을 기반으로 주파수 대역 1의 회로 목표와 주파수 대역 3의 RX의 양호한 삽입 손실을 목표로 일치 회로를 합성합니다.주파수 대역 1과 주파수 대역 3은 서로 매우 가깝기 때문에, 우리가 직면한 흔히 볼 수 있는 일치 도전은 다음과 같다: 주파수 대역 1의 주파수는 스미스 원도 가장자리의 긴 호를 통과하고, 이를 개로점 부근에 배치하려고 시도한 결과는 필연적으로 일치한다.주파수 대역 응답은 상당한 절충을 초래했다.선택할 수 있는 토폴로지 시나리오가 많은데, 그 중 일부는 더 나은 삽입 손실을 가지고 있고, 일부는 더 나은 로드에 매핑할 수 있습니다.양자 겸득이 어렵다.그림 4는 Band 3 RX와 Band 1의 임피던스를 보여 주며, 필터 입력단의 3개 일치 분량과 출력단의 2개 분량을 포함한 비일치 필터와 우리가 선택한 협력 일치 필터를 비교했다. 이 문서는 CA 필터의 두 가지 일치 방법을 비교했다."협동 일치" 방법에서, 필터는 먼저 단독으로 일치하는데, 그 목적은 다른 필터의 주파수에서 길을 여는 것이다.이러한 하위 문제의 결과를 조합하고 미세 조정하면 일반적으로 실행 가능한 해결 방안을 얻을 수 있다.그러나 이 과정은 기본적으로 일치하는 토폴로지만 얻을 수 있거나 각 하위 문제의 후보 결과를 수동으로 조합하는 데 시간과 노력이 필요하다.따라서 공동 작업 매칭 단계를 생략하고 실제 성능 지표 (즉, 신호 삽입 손실과 억제) 에 따라 최적 회로를 직접 검색하는'전체 이미지 최적화'라는 두 번째 방법을 제안했습니다.이를 통해 가장 경제적인 솔루션을 효과적으로 파악할 수 있습니다.실제로 더 복잡한 CA 아키텍처의 경우 두 가지 방법을 혼합하는 것이 더 도움이 될 수 있습니다.우리는 일부 기능 블록에 대해"전체 그래픽 최적화"설계를 사용한 다음 그것들을 그룹화하여 미세 조정할 수 있는데, 이는"협업"Match – 방법과 유사하다.이러한 모든 접근 방식에서 당사가 채택한 무선 주파수 설계 자동화 플랫폼은 설계자가 CA 문제를 해결하는 데 필요한 설계 소프트웨어의 수작업 대부분을 제거하기 때문에 핵심적인 역할을 수행합니다.