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利用 AWR 進行無線電和雷達設計

日前 Cadence 收購了 National Instruments (國家儀器; 以下簡稱 NI)旗下的 AWR。為了解 AWR 的歷史和產品,以及對 AWR 有通盤的了解,本文訪問 AWR 行銷副總裁 Sherry Hess。

總體而言,AWR 的工具是針對於通訊系統(無線電)和雷達等電子設備之射頻前級所提供的設計軟體,主要用於實現三五族半導體材料(如 GaAs 和 GaN)、RF / 混合訊號 PCB,以及多晶片模組等的單片微波 IC(MMIC)。AWR 設計環境平台與矽基 IC 工具(尤其是矽基數位晶片)有很大的不同,因為 RF 設計是高度互動的工作,擁有特定的模型和分析方式、極低電晶體數(1-100 s),並且受佈局的影響很大。

AWR 簡介

AWR 由休斯公司 (Hughes)的微波工程師 Joe Pekarek 於 1994 年創立,他對當時既有的RF設計軟體感到失望。通過休斯贊助的博士學位計劃,Joe Pekarek 開發了一個早期版本作為他的論文的一部分,該版本最終成為 AWR 軟體的一部分。然後,他與其他同事一起創立了 AWR (Applied Wave Research)。新公司及其旗艦產品 Microwave Office 通過其直觀的用戶介面,電路原理圖輸入(schematic capture)/ 佈局功能,同時引入了創新的設計輔助工具(即時調整),使得早期轉換(early converts)得以實現。

隨著 AWR 公司持續增成長,AWR 在 2011 年被 NI 收購,這是 NI 致力將其專業領域擴展到 RF / 無線產業策略的一部分。之後,NI 和 Cadence 針對迅速發展的 5G 通訊、IoT 和航空業等技術上的瓶頸,共同發展策略以及最佳因應方式。最初合作的項目,就是 NI 與 Cadence 密切合作將 AWR 的 AXIEM 在 2018 年整合入 Virtuoso RF 環境中。

AWR 的客戶來自採用無線技術的各行各業,從航太、國防到電信設備製造商。 Sherry 表示,AWR 希望在大型企業客戶能展現大幅增長,而 Cadence 收購 AWR 在此領域將是一大利多,因為 Cadence 已經與許多公司合作,而 AWR 將幫助填補、建立和整合Cadence 的 RF / 微波设计的產品組合。

學術界也有許多採用案例,因為它可以在五分鐘內完成安裝,並在 PC 上運行,因此非常適合教授結合微波設計課程使用。北卡羅來納州立大學的 Alan Victor 教授表示:『 作為開發單片微波 IC 的首席工程師,我指導學生參加進階設計課程。我的學生使用 AWR 軟體,設計了 LNA 和微波 PA。不用說,這對學生是一個挑戰,然而這軟體方便使用的特性確保了最後設計成功。 』

AWR 產品組合

AWR 產品組合在 AWR 設計環境平台內運行,作為設計輸入(電路圖 / 佈局)、分析(系統 / 電路 / 電磁)、優化、良率分析和結果繪圖的整合界面。AWR 的旗艦產品 MicrowaveOffice 是一種 RF 電路模擬器,用於開發前端元件,例如功率放大器、低噪聲放大器、濾波器、混頻器等。 AXIEM 是一種矩量法(MoM)、3D 平面電磁分析工具,用於描述(S 參數)被動結構和 RF 互連的特性,AXIEM 已整合到 Microwave Office 和 Virtuoso RF 中。還有一個名為可視系統模擬器(VSS)的工具,該工具使用基於行為模型的 RF 和 DSP 模組來支持通訊 / 雷達系統級開發。 VSS 支持許多系統分析(鏈路預算規劃、ACPR 和 EVM,串接式噪聲、IP3、頻譜),組件規格 / 驗證和架構設計。憑藉其符合標準的元件和測試平台,VSS 可以用於如測試 5G 訊號激發的設備。還有其他一些專門的工具,例如用於天線合成和優化的 AntSyn、5G / 雷達元件等。

在開始創建 Virtuoso RF 並集成 AXIEM 時,Cadence 面臨的挑戰之一,是 OA 數據庫不支持 RF 設計所需的所有奇怪幾何形狀(按照 IC 設計標準):圓形、圓弧形、任意角度路線、接合線等。這些根本不會出現在 OA 最初為之設計的傳統 IC 設計中。另外,矽光子設計也需要許多這樣的設計,RF 訊號和光都不太喜歡繞過尖角。

對於晶片上 (on-chip) 分析是否也是需要? Sherry 表示:『 晶片分析當然需要 AWR 技術,這就是在 Cadence 收購前,AXIEM 電磁求解器就被視為需要直接整合到 Virtuoso RF 的原因。 』

Pocket Radar 的 Phil Jobson 說:『 進行 RF 設計並完成首次設計成功是一項艱鉅挑戰。RF 的實體層設計很重要,不僅是 RF / 微波裝置的細節,還包括裝置、附近的走線和其他導電表面之間的互相作用。AWR 設計環境讓我能夠快速建模和重新設計 24GHz 微波系統,並完成首次設計成功。 』