Thúc đẩy tiến trình thiết kế mmWave 5G và phát triển 6G với PathWave ADS 2024

PathWave ADS 2024 đưa thiết kế mmWave 5G và phát triển 6G lên tầm cao mới.

Các nhà phát triển cấu phần của mạng 5G và mạng vệ tinh đang tạo ra các mô-đun vô tuyến front-end thế hệ tiếp theo, sử dụng các dải tần số mmWave, kèm theo nhiều thách thức đáng kể về thiết kế và mô phỏng. Các tần số này dễ bị mất tín hiệu do đặc tính lan truyền, suy hao trong khí quyển, các vấn đề đóng gói phức tạp và các vấn đề về nhiễu và dải động. Thách thức thiết kế cho 6G còn lớn hơn, với việc vận hành ở tần số cao hơn khi sử dụng tín hiệu sub-THz.

Các nhà thiết kế mạch tích hợp nguyên khối (MMIC) và mô-đun vi sóng đang kết hợp nhiều quá trình bán dẫn và III-V ở tần số mmWave, đòi hỏi phải lắp ráp nhiều khuôn, kết nối cấp mô-đun và tính toán công suất. Bộ khuếch đại công suất mmWave được chế tạo riêng biệt với phần còn lại của thiết kế để giảm thiểu các vấn đề về nhiệt, năng suất và hiệu năng bán dẫn. Ngoài ra, bộ khuếch đại công suất được phát triển trong các quá trình gallium nitride xử lý mật độ dòng điện cao hơn silicon.

Các kỹ thuật đóng gói bán dẫn mới, chẳng hạn như liên kết chip lật, mang lại mật độ và hiệu năng cao hơn. Các gói này cũng cần được đồng thiết kế trên nhiều công nghệ và quy trình vì phải giải quyết nhiều loại vấn đề như xuyên âm nội bộ, nhiễu điện từ (EMI), độ ổn định và nhiệt độ vận hành. 

Phiên bản mới nhất của bộ phần mềm thiết kế vi sóng và tần số vô tuyến (RF/uW) đầu ngành của Keysight giải quyết các vấn đề phát triển này bằng các cải tiến về thuật toán, bố trí linh kiện, nhiệt-điện và tự động hóa quy trình công việc.

Các tính năng thiết kế mới của PathWave ADS 2024 bao gồm:

•  Các bộ chia lưới và bộ giải 3D-EM và 3D-Planar thế hệ thứ hai nhanh hơn – Cung cấp các cải tiến thuật toán tận dụng lợi thế vượt trội của kiến thức chuyên môn về cấu trúc và quy trình vi sóng. Các tính năng cải tiến về tối ưu hóa và bố cục và kết nối, giảm thiểu vấn đề để rút ngắn thời gian mô phỏng. Các tính năng mở rộng của bộ giải cũng tăng tốc độ mô phỏng lên tới 10 lần và không đòi hỏi người dùng có nhiều kiến thức chuyên môn về nhiều vấn đề, bao gồm thiết kế mmWave ở tần số radar ô tô 79GHz. Các luồng quy trình mở cũng giúp loại bỏ quá trình thiết lập nhân công, lặp đi lặp lại trong hoạt động quản lý cơ sở dữ liệu và và giảm chi phí quản lý.
• Các tính năng bố trí linh kiện (layout) và xác minh nâng cao – Tạo điều kiện phê duyệt thiết kế trực tiếp từ ADS cho LVS, LVL, DRC, và ERC cho MMICs, cũng như nâng cao năng suất lắp ráp mô đun và đa công nghệ. Wavetek là nhà sản xuất chip mới nhất hỗ trợ toàn phần ADS cho quy trình làm việc toàn diện.
• Các tính năng nhiệt điện mở rộng, rút ngắn thời gian xác nhận hợp chuẩn – Xác nhận nhiệt độ vận hành động của thiết bị trong các điều kiện thiên lệch và dạng sóng khác nhau giúp nâng cao độ tin cậy và hiệu năng vận hành. Hỗ trợ tăng tốc điện toán hiệu năng cao và thời gian chuyển dịch nhanh hơn 100 lần bằng W3051E Electrothermal Dynamic Re-use, giúp mở rộng phạm vi kế hoạch đo và sớm rút ra thông tin hữu hiệu ngay từ giai đoạn thiết kế ban đầu.

• Hỗ trợ quy trình làm việc tùy chỉnh với API Python mở rộng– Tăng tính linh hoạt và khả năng mở rộng. Tiện ích nhập dữ liệu kéo tải, lập mô hình ANN và phần mềm tự động hóa Python giúp các nhà thiết kế bộ khuếch đại công suất 5G khai phá tiềm năng ứng dụng mới để tạo các đặc tính mới của ADS theo mục tiêu.

Doug Jorgesen, Phó Chủ tịch bộ phận Ứng dụng, Marki Microwave, cho biết: "Chúng tôi sử dụng PathWave ADS cho các thiết kế khuếch đại công suất mmWave vì đó là giải pháp tích hợp toàn diện, cung cấp cho chúng tôi các mô hình mô phỏng, công cụ bố trí linh kiện và độ chính xác cần thiết để đảm bảo thành công ngay từ đầu. ADS có tính năng Winslow Probe độc đáo phân tích độ ổn định, cho phép chúng tôi tự tin tối ưu hóa các thiết kế bộ khuếch đại của mình. Mô phỏng của chúng tôi hoàn toàn phù hợp với kết quả đo trong phòng thí nghiệm, vì vậy chúng tôi tránh được việc chế tạo lại các nguyên mẫu sản phẩm đắt tiền từ các thiết kế. ADS là công cụ thiết kế bộ khuếch đại công suất ưu tiên của chúng tôi."

Joe Civello, Giám đốc sản phẩm PathWave ADS tại Keysight, cho biết: "Các quy trình RF/uW EDA truyền thống có nhiều bộ giải đặc thù, yêu cầu chuyển giao cơ sở dữ liệu, kiến thức chuyên môn sâu là hiểu biết về nhiều môi trường. Chúng tôi đã tăng tốc độ và hiệu suất cho các thuật toán chia lưới và giải thuật điện từ (EM) của ADS để mở rộng phạm vi ứng dụng thông qua các tham số như biến thiên quá trình và hiệu ứng bố trí linh kiện.

RFPro trong PathWave ADS 2024 đưa các quy trình công việc vào một bảng điều khiển đồng thiết kế mạch EM hợp nhất, trong đó đội ngũ kỹ sư thiết kế có thể thực hiện mô phỏng EM để sớm tinh chỉnh và tối ưu hoá thiết kế từ đầu chu kỳ phát triển. ADS hỗ trợ thiết kế đa công nghệ và phân tích các tín hiệu nhiệt, EM và bố trí ký sinh trên các mạch và điều chế tín hiệu. Giải pháp này cho phép lắp ráp nhanh các mạch, MMIC, đóng gói, kết nối và bố trí mô-đun để cải thiện đáng kể hiệu năng thiết kế kỹ thuật mmWave."