如何用DFM方法提高LTCC設計效率
在所有可能的過程和布線參數(shù)變差中,一些變差對輸出參數(shù)造成的影響比其它變差更為關鍵。要理解輸出參數(shù)對這些關鍵參數(shù)變差的敏感度并不難,但有效的首要步驟是DFM方法。例如,插損可以受到布線寬度或基底厚度變差不同的影響。為了在設計中實現(xiàn)性能偏差更小,關鍵是首先理解和控制最為敏感的參數(shù)。仿真軟件里的靈敏度分析包括將性能響應函數(shù)對有用設計變量取偏導數(shù),這就有助于準確找到那些對性能變化有不同程度影響的變量。作為其基本統(tǒng)計包的一部分,ADS軟件提供了靈敏度分析功能。
定向耦合器的插損、方向性和耦合比作為基底厚度、線寬和對齊度三種不同參數(shù)的函數(shù)而發(fā)生變化。這三種情況代表標稱、低端和高端極端情形。例如,W0代表線寬標稱值而W0+代表上端極端情況。大量采用Momentum EM仿真收集變差數(shù)據(jù)來研究此問題。
盡管設計人員可以從這些曲線對敏感度做出一些類推,但使用圖形表示結果就更容易和更有用。例如排列圖(Pareto)顯示了某個參數(shù)變差對性能影響的百分比。圖5給出了對定向耦合器性能變差造成影響的參數(shù)或因子的Pareto圖。該圖顯示基底厚度變差對插損的影響超過其它參數(shù)或它們的組合。例如,在性能上有60%的變差來自于基底厚度變差的作用。
本文中低通濾波器實例采用一個三階橢圓濾波器設計,使用了一個電感來使插損最小。實際上,濾波器損耗的根本原因來自電感響應或品質因素(Q)。濾波器的全部元件實現(xiàn)為具有內嵌式無源元件的LTCC層。
任何設計始于確定性能要求,接下來是可行性研究,這一時期可能設計出電路拓撲結構。對于濾波器,設計人員常常依賴濾波器綜合工具來試驗不同的結構。這個階段之后,要確定出基線電路模型及其合適的理想集總元件參數(shù)值。由于設計人員必須為LTCC制作一個內嵌式無源部件來代替理想集總元件部件,這就需要進行EM仿真來準確建模和仿真這些內嵌的無源部件。
利用仿真產生的S參數(shù)可以抽取出包含寄生電路元件的寬帶集總無源模型。抽取過程使用數(shù)值優(yōu)化程序,用解析表達式計算電路模型的各初值。寬帶集總無源模型有助于進行統(tǒng)計分析,包括比直接用EM仿真器更為快速實的優(yōu)化實現(xiàn)。
提取的寬帶模型用來代替簡單的集總元件模型。然后,用電路仿真器通過對每個元件尋找給定一組性能條件下的最優(yōu)元件參數(shù)值使新的基線電路得到優(yōu)化。這個過程要反復進行直到所有先前的理想部件被內嵌物理部件所代替。一旦設計滿足其性能要求,就該進行蒙特卡洛分析以了解性能作為制造過程的函數(shù)的統(tǒng)計特性。
在抽取出寬帶模型,獲得內嵌電容和電感后,低通濾波器例子的最終布局示于圖4。圖6針對濾波器插損將EM仿真跟提取的集總部件模型結果進行了比較,集總元件模型與EM模型之間一致性很好。圖7把EM仿真響應與測量數(shù)據(jù)作了對比,結果又一次接近一致。
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