В связи с быстрым развитием беспроводной связи, радиолокационных систем и военного электронного оборудования потребность в высокой производительности, высокой степени интеграции и миниатюризации радиочастотных систем становится всё более острой. В этом контексте РЧ-чипы служат основными компонентами радиочастотного интерфейса, а технологии их проектирования и моделирования играют ключевую роль в повышении производительности системы. Особенно в эпоху после Мура, когда традиционное масштабирование процессов сталкивается с узкими местами, технологии моделирования на основе IP для РЧ-чипы стал важным путем к достижению быстрой итерации системы и эффективного совместного проектирования.

Предпосылки и значение моделирования IP-схем радиочастотных чипов

Моделирование IP-частотного чипа Это относится к инкапсуляции функциональности, производительности и компоновки радиочастотных микросхем в повторно используемые ядра интеллектуальной собственности (ИС), что позволяет быстро вызывать их и интегрировать в различные системы, аналогично цифровым IP-ядрам. Эта технология особенно подходит для ключевых модулей схем, таких как усилители мощности и коммутаторы, в полупроводниковых технологиях третьего поколения, таких как GaAs и GaN. Создавая точные модели устройств и комбинируя их с моделированием компоновки микросхем, можно создавать IP-адреса RF-чипов которые отражают полные характеристики чипа, обеспечивая возможность совместного проектирования и прогнозирования производительности от устройства до системы.

Теоретические основы моделирования радиочастотных микросхем

Моделирование радиочастотных микросхем в основном подразделяется на поведенческие и компактные модели. Поведенческие модели основаны на связях вход-выход для создания сопоставления по принципу «черного ящика», что делает их пригодными для моделирования на системном уровне. Компактные модели, с другой стороны, создают эквивалентные схемы на основе физических свойств устройства и обеспечивают четкий физический смысл и масштабируемость. РЧ-чипыHEMT и PIN-диоды являются двумя ключевыми активными устройствами, а их рабочие механизмы и точность моделирования напрямую влияют на общий прогноз производительности чипа.

Методы моделирования для радиочастотных микросхем усилителей мощности на основе GaAs и GaN

В этой статье представлены IP-модели как для микросхем усилителей мощности на основе GaAs миллиметрового диапазона, так и для микросхем усилителей мощности на основе GaN X-диапазона:

В технологии GaAs: Была использована эмпирическая модель EEHEMT, и путем тестирования и подгонки характеристик постоянного тока, S-параметров и характеристик большого сигнала была создана модель усилителя мощности с точностью более 90% в диапазоне частот 29–39 ГГц.

В технологии GaN: Предложена квазифизическая модель разбиения области, которая полностью учитывает эффекты саморазогрева и захвата. Точность прогнозирования выходной мощности и коэффициента усиления в X-диапазоне превышает 95%.

Обе модели были объединены с моделированием топологии микросхем для проверки их применимости в реальных схемах, что демонстрирует высокие возможности прогнозирования IP-адреса RF-чипов в практических системах.

Исследование моделирования для микросхем РЧ-переключателей с PIN-переключателями

Для микросхем PIN-диодных ключей на основе GaAs была разработана физическая модель, основанная на уравнении биполярной диффузии с учётом модуляции проводимости и эффектов накопления носителей заряда. Затем модель была точно представлена как в частотной, так и во временной областях с помощью аппроксимации Паде и методов эквивалентной схемы. В сочетании с топологией ключа для моделирования модель продемонстрировала хорошую точность в режимах слабого и частично сильного сигнала, обеспечивая техническую поддержку для создания IP-ключей в РЧ-чипы.

Заключение и перспективы на будущее

В данной статье систематически изучаются ключевые технологии моделирования на основе IP-технологий. РЧ-чипы, охватывающий комплексный подход от физики устройства до системного моделирования. Разработка точных моделей для микросхем усилителей мощности на основе GaAs и GaN, а также микросхем PIN-переключателей позволила подтвердить огромный потенциал моделирования IP-схем для повышения эффективности проектирования и сокращения циклов НИОКР.

В будущем, Моделирование IP-частотного чипа Технология по-прежнему сталкивается со следующими вызовами и направлениями развития:

Дальнейшее улучшение сходимости модели и физической согласованности, особенно с точки зрения нелинейной емкости и термоэлектроловушковой связи.

Разработка более универсальных и масштабируемых фреймворков моделирования для РЧ-чипы которые обрабатывают многопроцессные, многочастотные и многофункциональные приложения.

Усиление глубокой интеграции моделей с инструментами EDA для содействия стандартизации и широкому использованию IP-адреса RF-чипов в отрасли.

В заключение следует отметить, что моделирование на основе IP-адресов РЧ-чипы Это не только неизбежная тенденция технологического развития, но и основной двигатель достижения высокой производительности, короткого цикла и низкой стоимости разработки следующего поколения радиочастотных систем. Благодаря постоянному совершенствованию методов моделирования и расширению сфер применения, IP-адреса RF-чипов будет играть все более важную роль в таких областях, как 5G/6G, спутниковая связь и оборонная электроника.