人们习惯把高于数百兆赫兹的频率称作射频（RF）或者微波（MW）。近十年内，射频集成电路受到广泛重视，并且在无线通信领域实现了快速发展。目前，.11a/b/g、超宽带和蓝牙技术等不断扩充，射频电路在更复杂的无线通信中被广泛应用。

RF电路特点

射频电路的设计一直是很困难的。因为缺少恰当的检测仪器，所以高频信号的分析变得复杂了。工程师们只得采取间接的测量方法，并且依据他们能够观察到的电路行为状态来推断电路特性。随着工程师们在同一块芯片上实现数字电路、模拟电路和射频电路，各种集成问题使得这一问题进一步变得复杂。

这些潜在影响大多会相互结合，导致最初的硅片存在各种问题。

射频电路系统级的*工具在准确性和快速性方面还较为欠缺。即便存在准确的元器件模型，然而当利用这些元器件组成电路后，元器件间的各种耦合效应会对电路性能产生显著影响。当前，唯一能够精确考虑这些因素的方式是对该电路的物理版图进行全面的电磁场分析，但是由于其计算量过大而不具备现实可行性。

RF电路对EDA工具的要求

电子设计师借助 EDA 工具，能够从概念、算法、协议等方面着手设计电子系统。并且能够将电子产品从电路设计、性能分析，一直到设计出 IC 版图或 PCB 版图的整个流程，在计算机上自动予以处理完成。因为 RF 电路具有特殊性，所以它对 EDA 工具有着特殊的要求。

用于微波射频IC设计的电路分析方法

射频和微波集成电路设计通常在频域展开。因为微波元件以及传输线的模型是在频域给出的，同时高频系统的性能用频域来进行描述会更加直接。当然，通过对时域瞬态分析所得的数据进行傅氏变换，也能够获取频域结果。

频域分析主要包含伏特拉级数法和谐波平衡法。在专业的微波电路软件里，这两种技术较为常见。伏特拉级数法通过频域解析的方式来求解非线性电路的响应，其计算速度较快，适合弱的非线性电路。谐波平衡法实际上是将时域和频域相结合来分析非线性电路的一种方法，它避免了时域法中瞬态的求解过程，具有很高的分析效率。频域分析能够计算电路的非线性特性。比如，它可以计算放大器的谐波，还可以计算 IIP3、IM3 等。同时，频域分析也能计算混频器的频谱分布、变频增益等。此外，它还能计算振荡器的非线性振荡平衡条件以及谐波特性等。

对于更复杂的信号，比如通信中的数字调制信号以及脉冲调制信号等，包络分析是一种更有用的手段。这种方法能够分析调制信号的频谱，还能分析放大器的瞬态响应以及功率放大器对调制信号的响应，同时可以分析锁相环路的瞬态过程、振荡器的起振过程以及射频微波 AGC（自动增益控制）电路的增益控制过程等。

电磁场分析

电磁场分析在射频微波集成电路设计中很重要，体现在对高频元件的*、建模、验证以及互连线高频效应的分析。在微波射频电路中，电阻和电容需考虑分布效应，特别是电感元件。特定电感可通过实测得到参数值，但很多特殊情形需设计者自行考虑以保证设计精度。电容元件在高频条件下，不同的连接方向和位置对分布效应影响的阻抗特性存在差异。在版图中需要考虑的问题有两个：其一为面积因素，要尽量在较小的面积内实现电路性能；其二是各种元件之间的相互影响。当集成电路进入深亚微米阶段，互连线成为严重影响电路性能的重要部分，不仅要考虑分布电容，而且还要考虑分布电感。在微波单片集成电路里，10 千兆及以上频段通常会借助微带线来进行电路匹配。带线的连接情况、拐弯情况、交叉情况以及相邻情况，都会对电磁场的传播产生影响。数值电磁场分析软件是微波射频集成电路不可或缺的工具，在这方面已经开展了很多工作。电磁场分析需要在精度和效率的关系上进行折衷考虑。三维场分析的精确度较高，然而其效率较低。在微波射频集成电路领域，基于矩量法的平面电磁场*，既能够较好地保证精度，又能占用相对较少的计算机资源。正因如此，它在微波和射频电路设计中被广泛应用。

电路设计与系统设计

电路的设计依据系统的要求来开展，它和系统设计紧密相连。对于功能电路单元，需要从系统的层面去进行考察和验证，特别是高度集成的单片射频系统芯片，它本身就是一个系统。所以，系统设计的手段被运用到了 RFIC 的设计中，这就要求电路单元能够与系统模型进行协同*。单片系统的复杂性日益提高，这导致研发成本不断上升。市场需求希望尽量缩短研发时间，所以系统设计需要深入到芯片内部。EDA 工具能够将系统设计和芯片设计相结合，既能优化系统性能，又能提高芯片成品率，还能降低研发成本，同时加速产品的市场化进程。

主流RF EDA软件和算法

目前，在射频领域，主要的 EDA 工具中，首推公司的 ADS 软件，还有公司的 HFSS 软件以及 CST。其次是比较小型的 AWR 等电路设计软件。这些 EDA *软件与电磁场的数值解法有着密切的联系，不同的*软件是依据不同的数值分析方法来进行*的。

基于矩量法*的微波EDA*软件

EDA 软件基于矩量法*，主要包含 ADS（  ）、电磁*软件以及 IE3D 等。

ADS 软件是提供给系统和电路工程师的。它能够开发各种形式的射频设计。它允许工程师定义频率范围。它允许工程师定义材料特性。它允许工程师定义参数的数量。它能够根据用户的需要自动产生关键的无源器件模式。该软件的范围涵盖了从小到元器件，到大到系统级的设计和分析。它的*设计手段很强大，能够在时域或频域内，对数字或模拟、线性或非线性电路进行综合*分析与优化。同时，还可以对设计结果进行成品率分析与优化。这些功能大大提高了复杂电路的设计效率，使它成为设计人员的有效工具。

它是一种基于矩量法的电磁*软件，能够提供面向 3D 平面高频电路设计系统的工具，还能在微波、毫米波领域以及电磁兼容/电磁干扰设计方面提供 EDA 工具。此软件可应用于平面高频电磁场分析，其频率范围从一 MHz 到几千 GHz。

IE3D 是一个电磁场*工具，其基于矩量法。它能够解决在多层介质环境下三维金属结构的电流分布问题。它通过利用积分的方式来求解方程组，进而可以解决电磁波的效应、不连续性效应、耦合效应和辐射效应等问题。IE3D 在高速数字电路封装方面是一个有用工具。

软件借助两个模拟器对微波平面电路进行模拟和*。对于由集总元件构成的电路，用电路的方法处理比较简便。该软件设有专门的模拟器来处理集总元件构成的微波平面电路问题。而对于由具体微带几何图形构成的分布参数微波平面电路，采用场的方法较为有效。该软件利用模拟器来处理多层平面结构的三维电磁场问题。2002 年增加了新功能，其中有滤波器智能综合和智能负载牵引，还提高了对存在回路的电磁*能力，包括振荡器相位噪声分析和 3D 平面电磁*引擎，让对某些复杂问题的*更有效。

基于有限元的微波EDA*软件

典型的基于有限元的*软件是 HFSS。HFSS 具有重要地位，它是世界上首个商业化的三维结构电磁场*软件。此软件能够分析*任意三维无源结构的高频电磁场，并且可以直接获取特征阻抗、传播常数、S 参数以及电磁场、辐射场、天线方向图等结果。该软件在诸多领域得到广泛应用，涵盖无线和有线通信、计算机、卫星、雷达、半导体和微波集成电路、航空航天等领域。

HFSS 运用了自适应网格剖分这一技术，还运用了 ALPS 快速扫频技术以及切向元技术等专利技术。它集成了工业标准的建模系统，并且提供了宏语言，这种宏语言功能强大且使用灵活。它有直观的后处理器，还有独有的场计算器。通过这些，它能够计算、分析并显示各种复杂的电磁场，同时还可以利用对任意的参数进行优化和扫描分析。使用 HFSS 能够进行以下计算：一是计算基本电磁场的数值解以及开边界问题；二是计算近远场辐射问题；三是计算端口特征阻抗和传输常数；四是计算 S 参数以及相应端口阻抗的归一化 S 参数；五是计算结构的本征模或谐振解。

基于时域有限差分的微波eda*软件

基于时域有限差分的*软件包括：CST  、和IMST 。

CST（CST SD）是专门为快速且精确地*电磁场高频问题而开发的 EDA 工具，它是在 PC 机环境下的*软件。该工具主要被应用于复杂设计以及更高的谐振结构。CST SD 通过散射参数将电磁场元件相互结合在一起。将复杂的系统拆分成较小的子单元，通过对系统每个单元的行为用 S-参数来进行描述，这样就能快速地对系统进行分析并降低其所需的内存。

它是全三维电磁场*器，基于非均匀网格的时域有限差分方法。能够解决求解域具有复杂填充介质的场分布问题，也可以分析非绝缘和复杂介质结构的问题。在微波/毫米波集成电路、RF 印制板电路、微带天线和其他形式的 RF 天线、HTS 电路及滤波器、IC 的内部连接和高速数字电路封装、EMI 及 EMC 等方面有广泛应用。

IMST 是一种 3D 电磁场*软件。它采用基于 3D 的时域有限差分方法，此方法已成为 RF 元件设计的标准。其应用范围涵盖从分析平面结构、互联的多端口集成，到微波波导、天线、EMC 问题等。基本将 RF 设计 3D 场*的整个领域都覆盖了。一次*的运行，依据用户定义的频率范围，能够得到散射参数。一次*的运行，依据用户定义的频率范围，能够得到辐射参数。一次*的运行，依据用户定义的频率范围，能够得到辐射场图。

RF EDA 工具的发展趋势

在整个电子过程中，*这个环节最耗费人力和时间，并且占用 EDA 工具的资源也是最多的。通常情况下，设计活动会把 80%的时间用在*上，用于验证设计功能的有效性、测试设计的精度、处理各种折衷以及保证设计的交接。所以，改善对设计周期影响最大的 EDA *工具，正是 20 世纪 90 年代 EDA 工具开发者努力攻克的主要方向。

元器件模型在短期内仍然是研究重点

EDA 工具要能有准确的*结果，射频电路中的元件模型一直是研究的重点。近年来射频电路的设计逐渐兴起，对电路的很多潜在影响因素还缺乏深刻认识，所以相关的 EDA 工具也比较缺乏，目前射频电路的设计在自动化程度上远远不如数字电路。许多在射频电路中较为关键的元件，例如电感、电容等，依然缺少较为实用且准确的等效电路或者集准模型。而像变压器、不平衡变压器（balun）等稍微复杂一些的元件，其深入研究更是匮乏，有效的模型几乎处于空白状态，然而它们在实际的电路中却被广泛运用。因此，RF EDA 工具在短期内的发展趋势是，各大 EDA 工具开发商会投入很多精力去开发尖端的元器件模型。

电路系统级别的版图参数提取将是中期内研究重点

传统的数字电路与之不同。数字电路的互连线和晶体管模型较为成熟，一旦数字电路确定下来，通常情况下，布局布线的差异不会导致电路功能性发生根本变化。然而在射频电路中，即便拥有较为准确的元器件模型，用这些元器件组成电路后，采用不同的布局方法，依然会给电路性能带来很大的差异。元器件之间存在各种耦合效应，这些耦合效应会对电路的性能产生很大影响。目前，精确考虑这些因素的唯一方法是对这个电路的物理版图进行全面的电磁场分析。然而，由于其计算量过于庞大，这种方法变得不现实。因此，在元器件模型较为成熟的时候，寻求电路系统级别的版图参数提取方法将是主要考虑的问题。现在电路的规模越来越大。在这种情况下，如何找到一种参数提取方法，让计算量变小，很可能会成为一个研究的难点。

混合信号的EDA 工具将是长期开发的关键技术

当前的 EDA 工具主要集中于数字电路的设计工具领域。这些数字电路的 EDA 工具数量远比模拟电路和射频电路的 EDA 工具多。然而，高性能的复杂电子系统的集成离不开模拟集成电路，因为物理量本身是以模拟形式存在的。同时，也离不开射频电路，因为无线通信已成为现代数据交互的一个重要途径。目前，射频电路与数字和模拟电路集成到片上的趋势愈发明显。所以，与此相关的混合信号 EDA 工具会有较大的市场。当然，因为模拟和射频集成电路 EDA 工具开发难度较大，涵盖数字/模拟/射频混合信号的设计整套 EDA 工具在短期内依然存在诸多技术难点。

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