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射頻 PCB的仿真優化一直是研究的重要領域，尤其是當手機等智能電子設備更新換代的速度越來越快，如何能快速地迭代現有產品，進行仿真優化是射頻工程師關注的重點。保障質量、降低成本、加快迭代速度成為了每個公司的核心競爭力。而一款好的仿真工具，有助于很好的解決以上問題，用最小的花費帶來最大的優勢。

本文介紹了采用芯和半導體XDS軟件進行射頻PCB的設計優化流程。XDS集成了原理圖和版圖兩個仿真模塊，擁有與之配套的電路仿真引擎和電磁場仿真引擎。利用XDS進行射頻PCB仿真，設計者不但能快速得出仿真結果，也能借助XDS中的Parametric參數化優化、Optimization目標優化、DOE敏感度分析、Yield統計分析等優化功能模塊，快速實現匹配電路中器件的優化設計，快速找到物料成本最低并且性能最好的參數組合，實現系統的最優設計。

射頻PCB的建模仿真流程

XDS支持導入所有主流格式的設計文件：包括Cadence、PADS、Zuken的設計文件等。導入時選擇需要的網絡名，使用切割工具對仿真區域進行精簡，建立端口并執行仿真就能得到S參數結果。

1.射頻PCB建模

在XDS中可以快速導入多種格式設計文件，本文選用導入.brd的格式文件，選擇全部網絡后，立即建立了整個PCB的三維模型，并且包含了所有相關的疊層信息。本案例僅仿真單通路，因此我們選擇切割工具，將要仿真的這一路單獨分離出來。（出于知識產權的原因，我們將模型效果做模糊處理，如圖1所示）。

圖 1：XDS中建立模型（已模糊處理）

在XDS2021.01.SP1中，新增了PCB及原理圖加密功能，能夠有效的保護設計文件。在模型工程中選擇右鍵Create Encrypted Model建立加密模型，然后選擇要隱藏的網絡、端口等，如圖2。然后選擇Export Encrypted Model導出加密模型，在這一步可以設計加密密碼，如圖3。再選擇導入這個模型之后，可以看到之前選擇的關鍵信息都已被屏蔽，如圖4。

圖 2 3：建立加密模型、導出加密模型

圖 4：導入加密模型

2.創建端口，設置仿真參數

XDS創建端口十分簡單，除了可手動在每個通路中添加端口外，也可選擇自動添加所有端口，如圖5，再從中篩選需要的端口。

圖 5：自動添加端口

XDS的求解器設置包含“精確求解”和“快速求解”兩種快捷模式，提高了工程師設置仿真的效率。此外，對網格劃分或者精度有較高要求的工程師可以進行更為詳細的高級設置。

圖 6：求解器和網格設置

3.場路協同仿真

XDS除了可以進行電磁場仿真，還可以幫助射頻工程師進行場路協同仿真，在工程樹中版圖右鍵添加到原理圖中，可以將版圖導入原理圖中，如圖6。這樣可以在不同的端口之間，添加器件模型。目前除了已有的MURATA器件外，芯和半導體正在積極和國內器件廠商合作，很快將有更多國產器件模型庫添加進來，滿足工程師的使用需求，如圖8，圖9。

圖 7：將版圖導入原理圖

圖 8 9：導入器件庫、在原理圖中添加器件

圖 10 11：RL結果、IL結果

射頻PCB優化

XDS提供了Parametric參數化優化、Optimization目標優化、DOE敏感度分析、Yield統計分析、Tuning實時調諧等優化功能模塊，設計者可以快速實現匹配電路中器件的優化設計，快速找到物料成本最低并且性能最好的參數組合，實現系統的最優設計優化。

功能介紹

Optimization：目標優化功能，工程師可以利用這個功能，給定一個目標，將鏈路中的器件進行優化，利用優化后的結果進行再次設計。在工程樹中右鍵Add Optimization，在下面新增的OptimizationSetup 中點擊“Property…”，彈出“Setup Optimization：OptimizationSetup”編輯窗口，用戶可在該窗口設置變量范圍、優化目標等屬性。

圖 12：Optimization 設置

圖 13：Optimization 結果

DOE：質量控制敏感度分析，工程師可以通過查看不同器件的公差，給整個系統來帶的誤差進行分析，用盡可能少的樣本次數分析產品性能和設計參數間的敏感度關系，將那些容易差生誤差的敏感性器件，替換成更高品質的器件。定義好Design Variable后，在工程樹中右鍵單擊Add DOE,在下面新增的DoeSetup右鍵點擊“Property…”，彈出“Setup Doe：DoeSetup”編輯窗口，用戶可在該窗口設置變量范圍、優化目標等屬性。如圖14的結果，不同的器件展現出對于不同公差所帶來的影響也不同。

圖 14：DOE 結果分析

Yield：利用指定的概率分布改變一組參數值的過程，以確定有多少可能的組合能夠滿足預定的性能指標。Yield是統計設計的度量單位。它被定義為滿足性能規范的設計數量與生產的設計總數的比率。它也可以被認為是一個給定的設計樣本通過規格的概率。在工程樹中右鍵單擊Add Yield, 右鍵YieldSetup 點擊“Property…”，彈出“Setup Yield：YieldSetup”編輯窗口，用戶可在該窗口設置變量范圍、初始相關系數、優化目標等屬性。