專利名稱：使用三維快速電磁場仿真技術(shù)設計射頻集成電路的方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及使用電磁場分析仿真技術(shù)設計射頻集成電路的方法的技術(shù)領域。
背景技術(shù)：
射頻集成電路是指使用半導體集成電路工藝技術(shù)制作的射頻電路，具有體積小， 功耗低，可靠性高等特點。常見的射頻電路有低噪聲放大器，功率放大器，振蕩器，混頻器等，工作頻率從幾百MHz到幾個GHz、幾十個GHz不等，是無線通信設備非常重要的信號處理模塊，其性能好壞直接影響產(chǎn)品質(zhì)量。近年來，無線通信技術(shù)發(fā)展迅速，無線產(chǎn)品被廣泛的應用于人們生活的各個方面， 對射頻集成電路也提出了更高的要求，要求具有更優(yōu)的信號處理能力和更短的產(chǎn)品開發(fā)周期。射頻集成電路主要由晶體管有源器件和電感電容等無源器件構(gòu)成，按照傳統(tǒng)的設計方法，設計者首先根據(jù)系統(tǒng)需求制定射頻集成電路的性能參數(shù)，確定電路結(jié)構(gòu)畫原理圖， 用電路仿真確定原理圖的參數(shù)設計正確，再根據(jù)電路原理圖畫版圖，完成版圖之后需要進行版圖和原理圖的對照驗證，以確定版圖的正確性，接著提取版圖的寄生參數(shù)并做后仿真， 如果后仿真的結(jié)果不理想，則返回原理圖優(yōu)化設計參數(shù)，同時修改相應的版圖，然后繼續(xù)提取版圖的寄生參數(shù)并做后仿真，如果后仿真的結(jié)果達到設計的預期效果就送代工廠制作芯片。然而，傳統(tǒng)的設計方法受限于其無法考慮三維電磁場的變化，所以在高頻領域中， 很難提供精確的仿真結(jié)果，盡管設計者花費了很多時間用于優(yōu)化電路參數(shù)和電路的版圖， 但是結(jié)果卻收效甚微，仿真與實際測試的結(jié)果偏差很大，當信號頻率升高時，尤其當信號頻率達到幾個GHz以后，偏差就越大。于是設計者不得不重新設計集成電路，這樣不僅增加了產(chǎn)品的開發(fā)周期，而且還增加了成本。于是，很多設計者在傳統(tǒng)的射頻集成電路設計的方法上做了改進，采用集成電路設計與三維電磁場仿真分析相結(jié)合的設計方式。在版圖完成后，將需要做三維電磁場分析的部分提取出來并轉(zhuǎn)換成三維模型，然后借助電磁場分析方法進行仿真，最后將仿真結(jié)果代入到原來的設計中進行驗證。這種設計方法可以獲得比傳統(tǒng)的設計方法更高的仿真精確度，但是提取、轉(zhuǎn)換與建立三維模型的過程使射頻集成電路的設計流程變得復雜與繁瑣，當設計者進行迭代優(yōu)化設計時，就要花費很多時間。而且進行三維電磁場仿真又需要花費很多時間，設計者往往需要在仿真的精確度和仿真的時間效率兩者間作出折中，增加了設計難度，對設計者的經(jīng)驗提出了較高的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種使用三維快速電磁場仿真的射頻集成電路設計方法，改進了現(xiàn)有的設計流程，簡化了三維模型的提取與轉(zhuǎn)換過程，提高了三維電磁場仿真的速度。使用三維快速電磁場仿真技術(shù)設計射頻集成電路的方法，包括如下步驟
第一步按照系統(tǒng)設計要求，制定射頻芯片的設計性能要求；
第二步根據(jù)第一步的設計性能要求，設計電路原理圖，仿真電路確定原理圖中各器件的參數(shù)；
第三步根據(jù)第二步的電路原理圖，進行設計規(guī)劃檢查，得到版第四步對第三步的電路原理圖進行三維快速電磁場仿真；
第五步對第四步的仿真結(jié)果與預設值進行比對，若判斷為是，則執(zhí)行結(jié)束；若判斷為否，則返回第二步重新仿真。本發(fā)明具體步驟包括
a)按照系統(tǒng)設計要求，制定射頻芯片的設計性能要求；
b)按照a)的設計性能要求，設計電路原理圖，仿真電路確定原理圖中各器件的參數(shù)；
c)根據(jù)電路原理圖設計版圖，并進行設計規(guī)則檢查，得到版d)將需要進行電磁場仿真的部分版圖選取出來，獲得其平面幾何形狀；
e)加入厚度信息，將平面形狀轉(zhuǎn)換成三維圖形，從而獲得三維模型；
f)將三維模型導入電磁場仿真器進行仿真；
g)將電磁場仿真器的仿真結(jié)果輸出為S參數(shù)形勢；
h)將原來的電路原理圖中相應的結(jié)構(gòu)去掉，用輸出的S參數(shù)代替，然后進行整體電路的仿真；
i)如果整體電路的仿真結(jié)果滿足設計要求，則制作射頻芯片；如果整體電路的仿真結(jié)果不滿足設計要求，則返回b)步驟重新仿真。本發(fā)明采用使用三維快速電磁場仿真的射頻集成電路設計方法，改進了現(xiàn)有的設計流程，簡化了三維模型的提取與轉(zhuǎn)換過程，提高了三維電磁場仿真的速度。本發(fā)明在提高運算精確度的同時還減小了花費的時間，提出的設計流程與傳統(tǒng)的設計流程兼容性很好，簡單易操作。


圖I是傳統(tǒng)的射頻集成電路的設計方法流程圖。圖2是在傳統(tǒng)射頻集成電路設計中引入三維電磁場仿真方式流程圖。圖3是本發(fā)明介紹的采用三維快速電磁場仿真的設計方式的流程圖。圖4是三維快速電磁場仿真處理過程的流程圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體技術(shù)方案進行詳細說明
如圖3所示，使用三維快速電磁場仿真技術(shù)設計射頻集成電路的方法，包括如下步驟第一步按照系統(tǒng)設計要求，制定射頻芯片的設計性能要求；
第二步根據(jù)第一步的設計性能要求，設計電路原理圖，仿真電路確定原理圖中各器件的參數(shù)；
第三步根據(jù)第二步的電路原理圖，進行設計規(guī)劃檢查，得到版第四步對第三步的電路原理圖進行三維快速電磁場仿真；
第五步對第四步的仿真結(jié)果與預設值進行比對，若判斷為是，則執(zhí)行結(jié)束；若判斷為否，則返回第二步重新仿真。如圖2所示，使用三維快速電磁場仿真技術(shù)設計射頻集成電路的方法，具體包括如下步驟
a)按照系統(tǒng)設計要求，制定射頻芯片的設計性能要求；
b)按照a)的設計性能要求，設計電路原理圖，仿真電路確定原理圖中各器件的參數(shù)；
c)根據(jù)電路原理圖設計版圖，并進行設計規(guī)則檢查，得到版d)將需要進行電磁場仿真的部分版圖選取出來，獲得其平面幾何形狀；
e)加入厚度信息，將平面形狀轉(zhuǎn)換成三維圖形，從而獲得三維模型；
f)將三維模型導入電磁場仿真器進行仿真；
g)將電磁場仿真器的仿真結(jié)果輸出為S參數(shù)形勢；
h)將原來的電路原理圖中相應的結(jié)構(gòu)去掉，用輸出的S參數(shù)代替，然后進行整體電路的仿真；
i)如果整體電路的仿真結(jié)果滿足設計要求，則制作射頻芯片；如果整體電路的仿真結(jié)果不滿足設計要求，則返回b)步驟重新仿真。如圖4所示，本發(fā)明的三維快速電磁場仿真包括如下步驟
1)在版圖中加載工藝技術(shù)；
2)選取需要進行三維電磁場仿真的部分產(chǎn)生模型單元；
3)對于第2)步產(chǎn)生的模型單元進行快速電磁場仿真；
4)對第3)步的快速電磁場仿真結(jié)果進行模型反標仿真。如圖I所示，傳統(tǒng)的射頻集成電路的設計方法包括如下步驟
(O按照系統(tǒng)設計要求，制定射頻芯片的設計性能要求；
(2)按照性能要求，設計電路原理圖，仿真電路確定原理圖中個器件的參數(shù)；
(3)根據(jù)電路原理圖設計版圖，并進行設計規(guī)則檢查；
(4)提取版圖的電阻電容寄生參數(shù)，并做后仿真；
(5)如果后仿真的結(jié)果滿足設計要求，則將設計送代工廠流片，制作射頻芯片；如果后仿真的結(jié)果不滿足設計要求，則返回第(2)步重新設計電路原理圖。如圖3所示，采用本發(fā)明的技術(shù)方案，設計者首先根據(jù)系統(tǒng)需求制定設計目標，然后選擇合適的電路結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)設計。電路結(jié)構(gòu)確定后，設計者根據(jù)設計要求先設計晶體管， 使性能達到各項設計要求。然后利用電感、電容和電阻等無源器件對電路進行匹配，從而使電路能夠在需要的狀態(tài)下工作，使用電路仿真輔助設計，調(diào)試并優(yōu)化電路的各個參數(shù)。當完成電路設計與仿真后，就按照電路進行版圖設計。設計者需要規(guī)劃無源器件和有源的擺放位置、高頻信號線的走線路徑以及必要的隔離設計等。設計版圖還需要進行設計規(guī)則檢查，以確保版圖的布局可以實際被實現(xiàn)。
完成版圖的設計后，不同與圖I傳統(tǒng)的射頻集成電路的設計方法，而是使用本發(fā)明提出的三維快速電磁場仿真的方法，詳細的步驟如圖4所示。完成三維快速電磁場仿真后查看結(jié)果是否滿足設計要求，如果滿足設計要求，則進行下一步，將設計送代工廠流片。如果未達到設計要求，則需修改原設計。本發(fā)明中提出的三維快速電磁場仿真的設計流程，與傳統(tǒng)的射頻集成電路設計方法具有很好的兼容性，簡化了流程，無需花費很多時間做二維模型到三維模型的提取、轉(zhuǎn)換與建立工作。設計者只需定義工藝技術(shù)，對于相同工藝的設計，設計者只需要進行一次定義即可。完成工藝技術(shù)的定義后，便可由二維的版圖直接獲得三維模型。本發(fā)明的三維快速電磁場處理技術(shù)，優(yōu)化了算法，軟件通過結(jié)合快速矩量法和并行算法來實現(xiàn)快速電磁場計算技術(shù)，使得仿真分析的速度大大加快，在不影響求解精度的前提下，利用高速數(shù)值方法結(jié)合物理特性，加速求解速度。模型反標仿真是將三維快速電磁場分析所得的S參數(shù)或者Spice模型直接應用于原電路圖，構(gòu)成新的電路圖，然后進行仿真。因為版圖只有平面信息，所以首先需要在原有的設計中加載工藝技術(shù)。工藝技術(shù)包含器件結(jié)構(gòu)的厚度以及器件材料的信息，如，電導率，介電常數(shù)，損耗等。對于采用相同工藝的集成電路設計，則只需要做一次加載工藝技術(shù)即可。選擇版圖中需要進行三維電磁場仿真的部分，按照關(guān)聯(lián)性將它們劃分為一個單元或多個單元。因為擁有了厚度信息，所以這些單元由版圖直接生成三維模型結(jié)構(gòu)，直接應用優(yōu)化算法的三維電磁場仿真，對劃分的各個單元進行分析。為了進一步研究所選模型是如何影響整體的設計性能并據(jù)此優(yōu)化設計，最后需要將模型反標到原來的電路設計中并進行整體電路仿真。用S參數(shù)模型或者Spice模型來代表原來設計中對應的電路結(jié)構(gòu)，構(gòu)成一個新的完整的電路結(jié)構(gòu)后進行仿真，從而驗證并優(yōu)化設計。
權(quán)利要求
1.使用三維快速電磁場仿真技術(shù)設計射頻集成電路的方法，其特征在于包括如下步驟第一步按照系統(tǒng)設計要求，制定射頻芯片的設計性能要求；第二步根據(jù)第一步的設計性能要求，設計電路原理圖，仿真電路確定原理圖中各器件的參數(shù)；第三步根據(jù)第二步的電路原理圖，進行設計規(guī)劃檢查，得到版圖；第四步對第三步的電路原理圖進行三維快速電磁場仿真；第五步對第四步的仿真結(jié)果與預設值進行比對，若判斷為是，則執(zhí)行結(jié)束；若判斷為否，則返回第二步重新仿真。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的使用三維快速電磁場仿真技術(shù)設計射頻集成電路的方法，其特征在于具體包括如下步驟a)按照系統(tǒng)設計要求，制定射頻芯片的設計性能要求；b)按照a)的設計性能要求，設計電路原理圖，仿真電路確定原理圖中各器件的參數(shù)；c)根據(jù)電路原理圖設計版圖，并進行設計規(guī)則檢查，得到版圖；d)將需要進行電磁場仿真的部分版圖選取出來，獲得其平面幾何形狀；e)加入厚度信息，將平面形狀轉(zhuǎn)換成三維圖形，從而獲得三維模型；f)將三維模型導入電磁場仿真器進行仿真；g)將電磁場仿真器的仿真結(jié)果輸出為S參數(shù)形勢；h)將原來的電路原理圖中相應的結(jié)構(gòu)去掉，用輸出的S參數(shù)代替，然后進行整體電路的仿真；i)如果整體電路的仿真結(jié)果滿足設計要求，則制作射頻芯片；如果整體電路的仿真結(jié)果不滿足設計要求，則返回b)步驟重新仿真。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的使用三維快速電磁場仿真技術(shù)設計射頻集成電路的方法，其特征在于第四步的三維快速電磁場仿真包括如下步驟.)在版圖中加載工藝技術(shù)；.)選取需要進行三維電磁場仿真的部分產(chǎn)生模型單元；.)對于第2)步產(chǎn)生的模型單元進行快速電磁場仿真；.)對第3)步的快速電磁場仿真結(jié)果進行模型反標仿真。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的使用三維快速電磁場仿真技術(shù)設計射頻集成電路的方法，其特征在于上述加載工藝技術(shù)包括器件結(jié)構(gòu)的厚度以及器件材料的信息。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的使用三維快速電磁場仿真技術(shù)設計射頻集成電路的方法，其特征在于選取版圖中需要進行三維仿真的部分，按照關(guān)聯(lián)性劃分為一個單元或多個單元， 所述每個單元由版圖直接生成三維模型結(jié)構(gòu)，直接應用優(yōu)化算法的三維電磁場仿真，對劃分的每個單元進行分析。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的使用三維快速電磁場仿真技術(shù)設計射頻集成電路的方法，其特征在于上述第4)步具體為將模型反標到原來的電路設計中并進行整體電路仿真，用S 參數(shù)模型或者Spice模型來代表原來設計中對應的電路結(jié)構(gòu)，構(gòu)成一個新的完整的電路結(jié)構(gòu)后進行仿真，從而驗證并優(yōu)化設計。
全文摘要
使用三維快速電磁場仿真技術(shù)設計射頻集成電路的方法，涉及使用電磁場分析仿真技術(shù)設計射頻集成電路的方法的技術(shù)領域。本發(fā)明包括如下步驟按照系統(tǒng)設計要求，制定射頻芯片的設計性能要求；根據(jù)上一步的設計性能要求，設計電路原理圖，仿真電路確定原理圖中各器件的參數(shù)；根據(jù)電路原理圖，進行設計規(guī)劃檢查，得到版圖；對電路原理圖進行三維快速電磁場仿真；對仿真結(jié)果與預設值進行比對，若判斷為是，則執(zhí)行結(jié)束；若判斷為否，則返回第二步重新仿真。本發(fā)明改進了現(xiàn)有的設計流程，簡化了三維模型的提取與轉(zhuǎn)換過程，提高了三維電磁場仿真的速度。
文檔編號G06F17/50GK102609587SQ201210030360
公開日2012年7月25日 申請日期2012年2月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月13日
發(fā)明者代文亮, 凌峰, 葉宇誠 申請人:蘇州芯禾電子科技有限公司