Substrat IC - Raka automatisasi untuk optimizasi bahagian depan RF

Apabila melaksanakan agregasi pembawa dalam bahagian depan RF, beberapa masalah baru akan ditemui, yang terutama berkaitan dengan pengaturan penapis dalam persekitaran dengan perubahan impedance dinamik. Artikel ini akan menjelaskan beberapa masalah ini, dan mengusulkan kaedah desain untuk secara automatik memproses sejumlah besar solusi calon tahap sirkuit, dengan itu mengurangkan beban terhadap desainer, dan relatif mudah untuk skrin keluar solusi yang boleh dilakukan. Mana tantangan desain? Figure 1 adalah diagram blok yang mudah bagi arkitektur kemungkinan bagi sistem agregasi pembawa pautan turun antar-band bidireksi (DL CA), di mana cabang RX Band 3 boleh disambung secara dinamik secara selari dengan cabang TX/RX Band 1. Rancangan ini boleh mudah dilambangkan kepada pembawa komponen berbilang dan konfigurasi penukaran berbeza. Contohnya, "Panduan Aplikasi Komunikasi Mudah Infineon" mencadangkan penggunaan arkitektur RFFE antena tunggal dan antena dua, menyokong hingga 5 pembawa komponen CA. Blok bangunan asas adalah switches, duplexers, dan penapis band-pass. Modul ini diketahui dengan baik, kualiti tinggi, dan digunakan secara luas dalam telefon bimbit. Oleh itu, masalah semasa adalah selain pemilihan arkitektur intermodulasi dan rancangan frekuensi Selain rawatan, ada masalah yang memerlukan perhatian istimewa? Malangnya, jawapannya adalah ya: salah satu penghalang reka utama ialah apabila penapis disambung secara paralel, ia akan mempengaruhi prestasi masing-masing secara signifikan. Contohnya, Gambar 2 menunjukkan bahawa penapis band 8 dan band 1 disambung secara terpisah dan disambung dengan balas frekuensi pada nod awam. Ia layak diperhatikan bahawa prestasi penapis band 1 telah dihancurkan sepenuhnya oleh penapis band 8, dan prestasi penapis band 8 pada dasarnya tidak berubah kerana wujud penapis band 1. Performasi penghalang luar-band bagi dua penapis ini sangat baik, jadi walaupun terdapat semasa bocor penapis, ia tidak dapat menjelaskan kerosakan penapis band 1. Namun, jika kita melihat impedance input bagi penapis Band 8 pada frekuensi Band 1 dalam Figur 3a, kita boleh perasan bahawa penapis Band 8 kelihatan seperti garis transmisi berakhir terbuka dengan panjang elektrik sekitar 67 darjah daripada sirkuit terbuka. Apabila penapis Band 1 digunakan untuk menyambungkannya ke nod umum, penapis Band 8 akan memuatkan prestasi penapis Band 1 dengan cara yang sama dengan stub terbuka, dan ini akan mengubah prestasi penapis sepenuhnya!

Pada masa ini, kita sudah dapat meneka mengapa wujud penapis band 1 tidak menghancurkan prestasi penapis band 8. Jika kita melihat impedance input bagi penapis Band 1 pada frekuensi Band 8 (Figur 3b), kita akan jumpa bahawa penapis Band 1 pada dasarnya ialah sirkuit terbuka, yang hanya kebetulan. Mengetahui ini, kita boleh merancang tujuan praktik, iaitu untuk merancang sirkuit yang sepadan (pemindah fasa) untuk menyimpan perilaku band laluan penapis semasa memetakan balasan frekuensi pembawa komponen lain ke sirkuit terbuka. Jika tujuan ini berjaya dicapai, maka penapis sama dengan bersinar satu sama lain dan boleh disambung dalam mana-mana konfigurasi CA. Kita panggil bahagian ini dari proses desain "penyesuaian penapis" Ini biasanya adalah kes untuk pembawa komponen dengan jarak frekuensi lebar, seperti antara pasangan band rendah (LB) dan pasangan band tinggi (HB). Apabila lebih dari satu frekuensi pembawa komponen mesti dipetakan ke sirkuit terbuka, lebih sukar untuk mencapai sirkuit terbuka bersama. Selain itu, di bawah premis tidak mempengaruhi secara signifikan perilaku band laluan, pembawa komponen frekuensi bersebelahan mungkin sukar untuk sepadan. Titik lain ialah biasanya terdapat keterangan berkonflik dalam praktek, yang menghasilkan hanya sejumlah sangat kecil komponen yang sepadan luaran. Oleh itu, situasi yang ideal adalah untuk merancang penapis akustik secara lanjut supaya ia boleh dipilih untuk beberapa skema CA dengan beberapa komponen yang sepadan, tetapi penapis sendiri masih tidak mempunyai kebebasan desain yang cukup untuk menghapuskan keperluan sepadan luaran. Oleh itu, proses desain kita masih boleh cuba untuk sepadan dulu. Jika ia berjaya, kita tahu bahawa CA boleh bekerja pada dasarnya. Dalam proses rancangan menggunakan persamaan kerjasama penapis, kita sering perlu menerima bahawa penyelesaian tidak boleh menyediakan sirkuit terbuka yang tepat pada frekuensi pembawa komponen, yang meninggalkan banyak interaksi dan muatan antara penapis. Mengingat kepada Figur 1, kita juga mempunyai tukar yang menyambungkan interaksi ini, dan saiz elektrik tukar itu cukup besar, sehingga ia juga boleh membantu memuatkan satu penapis secara efektif kepada yang lain. Secara singkat, untuk menyelesaikan masalah ini bersama-sama, perlu menyesuaikan model lengkap termasuk tukar, penapis, dan sirkuit persamaan luaran. ContohThe component carrier frequency bands are relatively close to each other. Guna model parameter S-domain awam mewakili untuk penapis RX Band 1 dan RX Band 3, serta model SP2T semikonduktor tujuan umum yang menyokong keadaan lemparan selari. Dalam konfigurasi bukan-CA, tukar menyambung antena ke cabang Band 1; dalam konfigurasi CA, tukar menyambung antena ke cabang Band 1 dan Band 3. Oleh itu, sirkuit yang sepadan sepatutnya optimum untuk membuatnya sesuai untuk kedua konfigurasi ini. Kami menukar nod RF1 kepada band 1 dan nod RF2 kepada band 3, dan gunakan saiz pakej 0201 model komponen murata diskret perpustakaan LQW03AW_00 (induktor) dan GJM03 (kondensator) untuk merancang litar yang sepadan.

Pertama kita cuba untuk sepadan dengan penapis band 3. Dalam semua tugas yang sepadan, kami gunakan platform perisian automatisasi reka RF OptenniLab, kerana ia boleh secara automatik sintesis dan optimisikan sejumlah besar topologi calon. Perisian ini penting untuk desain kami: walaupun hanya ada 2 komponen yang sepadan paling banyak, setiap sirkuit akan mempunyai 17 pilihan topologi yang berbeza, dan apabila tiada penyelesaian yang jelas untuk mencapai sepadan yang baik, ia sering sukar untuk meramalkan mana kombinasi topologi ini boleh mencapai prestasi terbaik. Contohnya, untuk duplekser tunggal, jika setiap cabang mempunyai paling banyak 2 komponen yang sepadan, boleh ada total 173=4913 topologi yang berbeza. Kebanyakan topologi dihukum gagal, tetapi platform perisian automatisasi reka-reka RF boleh dengan mudah optimize dan secara automatik isih lebih dari 100 topologi berkaitan, sementara juga mempertimbangkan sensitiviti penyelesaian terhadap toleransi komponen. Ini sangat membantu proses desain, sehingga pada dasarnya kita tidak akan melewatkan kombinasi topologi dengan prestasi terbaik dan kestabilan toleransi yang paling kuat, jika tidak ia akan mudah melewatkan solusi seperti itu jika kita hanya bergantung pada derivasi manual dari bilangan terbatas topologi.

Oleh itu, kita gunakan model penapis band 3 sebagai as as, dan sintesikan sirkuit yang sepadan dengan sasaran sirkuit terbuka band 1 dan kehilangan penyisihan baik RX dalam band 3 sebagai sasaran. Sejak Band 1 dan Band 3 sangat dekat satu sama lain, cabaran yang sama yang kita hadapi adalah seperti ini: frekuensi Band 1 menyeberangi lengkung panjang di tepi chart Smith, dan hasil cuba untuk meletakkannya dekat titik sirkuit terbuka terikat untuk padan. Balasan band frekuensi mencipta kompromi yang besar. Terdapat banyak skema topologi untuk dipilih, sebahagian daripada mereka mempunyai kehilangan penyisihan yang lebih baik, dan sebahagian boleh dipetakan lebih baik untuk membuka sirkuit. Sulit untuk mempunyai kedua-dua. Gambar 4 menunjukkan impedance Band 3 RX dan Band 1, dan membandingkan penapis tidak sepadan dan penapis yang sepadan kooperatif dipilih kita, termasuk 3 komponen sepadan pada input penapis dan 2 komponen pada output. Artikel ini membandingkan dua kaedah untuk sepadan penapis CA. Dalam kaedah "persamaan kooperatif", penapis pertama dipasang secara individu, dengan tujuan untuk mencapai sirkuit terbuka pada frekuensi penapis lain. Selepas hasil sub-masalah ini digabung dan ditetapkan, penyelesaian yang boleh dilakukan biasanya dicapai. Namun, proses ini pada dasarnya hanya boleh mendapatkan topologi yang sepadan, atau ia mengambil masa dan usaha untuk menggabungkan secara manual keputusan calon bagi setiap sub-masalah. Oleh itu, kami cadangkan kaedah kedua yang dipanggil "optimizasi imej penuh", yang mengabaikan langkah persamaan kerjasama dan secara langsung mencari sirkuit terbaik menurut indikator prestasi sebenar (iaitu kehilangan penyisihan isyarat dan penghalangan). Dengan cara ini, penyelesaian paling ekonomi boleh dikenali dengan sangat efektif. Untuk arkitektur CA yang lebih kompleks dalam praktek, ia mungkin lebih berguna untuk mencampur dua kaedah. Kita boleh guna rancangan "penuh optimasi graf" untuk beberapa blok fungsi, dan kemudian menggabungkannya dan memperbaikinya, sama dengan kaedah "kerjasama" Match ”. Dalam semua kaedah ini, platform automatasi rancangan RF yang kita jadikan bermain peran penting, kerana ia menghapuskan kebanyakan operasi manual yang perancang mesti habiskan untuk merancang perisian apabila memecahkan masalah CA.