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射频芯片的关键是过程和包装的物理限制或模型的不准确性

日期:2022-7-28 类别: 阅读:521 (来源:互联网)

射频芯片设计面临着许多问题,包括设计师理论和经验的主观因素,最大的问题是过程和包装的客观限制。

首先,让我们谈谈主观因素。射频芯片BSS110设计确实需要大量的理论知识。许多设计理论甚至被认为是神秘的。此外,射频芯片的设计有各种指标的折叠平衡。什么样的折叠是最好的?如何折叠取决于产品的实际应用要求。没有最终结论,因此经验的积累也是一个难题。此外,许多射频芯片的指标要求是挑战工艺极限,这需要许多创新的电路结构,如噪声抵消和交调重量抵消。为了提高功率放大器的效率,采用了动态偏置。有时,为了降低功耗,我们尽力重用各种电流。

关键是过程和包装的物理限制或模型的不准确性。射频芯片最重要的指标是噪声系数和线性度,与过程完全相关,如cmos各种噪声干扰将在工艺衬底上耦合,cmos该设备的线性度也很差。这个问题是一个严重的伤害,无法解决。只有通过适当的电路结构或采取一些不能定量分析的隔离措施来缓解问题,存在许多不确定性。

其次,随着射频电路加,射频电路对寄生参数越来越敏感。大的寄生电阻和电容会将电路的性能降低到难以忍受的水平。如何准确评估这些寄生参数的数量是一个大问题,涉及设备的精确射频模型建模和地图上寄生参数的精确提取。设备的射频精度模型是行业中的一个大问题。频率越高,偏差越大。有些设备特性难以建模,如亚阈值区域特性、大信号条件下的高级非线性特性、各种噪声特性的准确建模等。这些模型的问题将带来模拟结果与实际产品之间的差异。近年来,设备模型发展迅速。成熟工艺厂提供的模型在射频频段相对准确,微波和毫米波频段会有很大差异。另一个问题是地图寄生参数提取的准确性和电磁模拟的建模精度。地图寄生参数通常只提取寄生电阻和耦合电容,精度也非常有限。这些寄生参数对电路的影响往往是致命的,可能会严重降低高频增益,噪声急剧恶化,完全偏离设计,甚至带来稳定性问题;此外,在工作频率上升后,分布寄生参数对电路影响的评估变得非常不准确,电磁耦合干扰问题将非常严重。此时,需要电磁模拟工具进行评估。电磁模拟严重依赖于晶圆上各层材料的建模。这个模型很难准确地建造,特别是衬底模型通常简化许多因素来建立一个相对简单实用的模型。其次,电磁模拟本身存在精度问题,这导致了地图对电路性能影响评估的偏差。

很多时候,寄生参数的分布或电磁耦合对射频芯片电路的影响可以通过一些手段进行评估,但对电路地图无能为力,无法优化,或者如何优化没有实质性的改进,这是一个令人头疼的问题。

以上基本上是单功能模块电路设计中遇到的问题,整个复杂芯片的总版图和包装设计阶段还存在许多其他问题。例如,完整性transceiver包括射频前端,锁相环,ad采样、发射变频通道和射频功率放大器,许多部分是数字模具混合电路,各部分之间存在相互干扰,特别是通过底部、电源、地面干扰和电磁耦合干扰,这些因素的评价和分析真的可以上升到形而上学,通常依靠多次流片测试来评价,因为基本上没有定量分析。另一个问题是射频芯片esd设计,小的esd二极管带来的寄生电容器也可能是致命的,太小esd二极管不能满足抗静电要求,总之是矛盾的。

射频芯片设计完成后的包装影响也是一个大问题,一个小的包装线是1nH在成本可控的前提下,尽量采用先进的包装形式,减少包装带来的引线电感。