高精度的电磁分层建模

“Virtuoso Meets Maxwell” 是一系列旨在探讨Virtuoso RF 和 Virtuoso MultiTech现有及潜在功能的博客。Virtuoso又是如何与麦克斯韦方程组(Maxwell)联系上的呢? 当前版本的Virtuoso 支持射频设计，设计工程师们使用麦克斯韦方程组，就能测量物理和辐射效应。该系列博客除了提供一些实用软件和增强功能的精辟见解外，还能通过播客的方式，与听众分享博主和专家们在使用Virtuoso Packaging各种工具时，所积累的经验和知识。我们的博客将隔周准时更新，并于周一准时上线！

当下5G、汽车电子和物联网日益增长的市场需求，加快了半导体技术和集成电路的发展。特别是先进CMOS工艺 和锗化硅（SiGe）双极器件的高截止频率，使得利用较低的掩模成本实现高频性能和高集成度的毫米波电路成为可能。

寄生提取与电磁仿真

模拟和射频集成电路（RFICs）是汽车电子，物联网等应用的硬件主干，含有各种不同的互连线和无源器件几何结构。高频情况下，这些版图的几何形状的寄生效应可能对电路性能产生重大影响，并且需要精确建模。

对于所有的版图结构而言，需要使用多种电磁（EM）提取技术确保其在合理的仿真运行时间内具有足够的精度。 其中电学短路径的复杂网络最好使用准静态技术进行寄生提取建模，而电学大尺寸的结构或无源片上组件（如螺旋电感器或变压器）则可使用 三维电磁场（3DEM） 仿真来捕获全波行为。

射频集成电路设计人员使用Virtuoso RF Solution，可根据需求采用不同的 EM 仿真技术，以达到其设计要求。

晶体管级寄生提取解决方案

电学短距离网络一般使用离散电阻和电容电路元件建模，通过类似于麦克斯韦方程的准静态技术来提取寄生效应。Pegasus Quantus 晶体管级抽取流程允许在每个工艺角上创建工艺文件（qrcTechFile）， 以涵盖一套完整的2D 和 3D 电容模型以及与该工艺互连相关的电阻率信息。

Pegasus Verification System 是一种云就绪的物理验证签核解决方案。 基于代工厂提供的特定工艺规则文件集，Pegasus LVS 可提取版图网表，并且将其与原理图网表进行比较。 Pegasus  Verification可以给 后续的Quantus寄生参数 提取创建所有必要的文件。

Quantus Extraction Solution 对数字、模拟和射频设计的器件和互连线电阻、电容和电感效应执行后仿寄生提取。 

Quantus 解决方案支持多种输出格式， 如SPICE、晶体管级DSPF 或者Quantus Smart View。其中 Smart View是改进版本的extracted view，其在运行时间、消耗内存和网表大小等方面都有显著改进。

电磁仿真

由于一些几何结构电学长度较长，RF 互连网络中一些关键部分可能无法通过寄生提取进行准确建模，因此设计人员需要使用全波 EM进行 仿真。通过Virtuoso RF Solution，您可以在同一平台上自由切换多个 EM 求解器。其中Clarity 是一种 3D 有限元法 (FEM) 求解器，而EMX 和 AXIEM 求解器则基于矩量法 (MoM) 算法。并且这些求解器与 Virtuoso Layout Suite EXL 平台紧密集成，您可以根据版图各部分的设计选择与之对应的提取方法，并将不同的结果无缝拼接在一起。

另外，您可以把Electromagnetic Solver Assistant 当中主控台，定义EM模型，将RF 关键部件的 EM 提取的模型与 Quantus 寄生提取的模型相结合。

1. 新建一个模型并选择 EMX 或 AXIEM 作为 EM Simulator。请注意，EM Solver Assistant允许您无缝切换多个求解器。对于 RFIC 中的平面版图的几何形状，MoM 求解器是优化精度和运行时间的最佳选择。MoM求解器只对金属进行网格划分，从而显著减少未知网格的数量。 

2.选择需要进行EM仿真的器件和网络，并且将其添加至模型中。您无需更改标准版图或者原理图，也不需要对设计预先进行有源或无源块的划分，可以在原理图、导航器助手或者版图中直接选择它们。 

3.切换到 Ports 选项卡，以自动生成端口，然后单击Mesh and Simulate 以启动EM 提取。 

4. 当完成网格划分且 EMX 仍在运行时，您可以启动3D Mesh Viewer 来分析网格， 网格划分的精度可以帮助判断结果的准确性。请注意，3D Mesh Viewer 中的金属层颜色与 Virtuoso 版图一致。

当仿真结束，您可以查看“结果（Results） ”选项卡，并通过该选项卡访问已提取的S 参数文件。

通过Quantus RC 提取和 EMX EM 仿真实现分层提取 

生成 EM 模型后，

1. 运行 PVS Quantus 流程以生成Smart View。

2. Quantus 完成后，切换回 EM Solver Assistant 并单击 Create Extracted View。

3. 在Create Extracted View表单中，选择 smartview 作为Reference View.
这些工具与Virtuoso 平台紧密集成，能够自动生成新的smartview_sparam 视图并防止寄生效应重复计算。 在这个新视图中，EM 模型中所有的组件和寄生参数都会被 EM 提取的 S 参数自动取代，无需手动交互。

进行电路后仿时，您可以在Hierarchy Editor中选择此视图。 

EMX 求解器是同类型EM求解器用于RFIC的最佳选择。它从ICADVM20.1ISR15开始集成到Virtuoso RF Solution 中，并提供了突破性的功能，它可以简化寄生提取和EM建模的结合流程，消除了寄生效应重复计算的风险。 

在您之前的RFIC 设计中，手动拼接有源和无源部分需要多长时间？您确定您没有漏掉或重复计算过寄生效应吗？你是否也认为通过 Quantus 和 EMX 求解器进行分层提取，避免这些繁琐且容易出错的手动步骤会缩短设计周期？

请查看Virtuoso EM Rapid Adoption Kit 用以指导您的设计流程，并持续关注Virtuoso RF Solution，以获取最新资讯。

Author: Claudia Roesch

Translator: Lucy Luo

 相关资源

• Allegro Package Designer Plus
• Virtuoso RF Solution
• Virtuoso MultiTech Framework Guide
• Virtuoso RF Solution Guide
• Virtuoso Electromagnetic Solver User Guide
• What’s New in Virtuoso

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关于Virtuoso Meets Maxwell

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