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Tecnología de sustrato IC
Automatización del diseño para la optimización de la interfaz RF
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Automatización del diseño para la optimización de la interfaz RF

Automatización del diseño para la optimización de la interfaz RF

2021-09-14
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Author:Frank

Cuando la agregación del portador se realiza en la parte delantera de RF, Habrá nuevos problemas, Esto se debe principalmente al despliegue de filtros en un entorno de impedancia dinámica variable. En el presente documento se expondrán en detalle algunos de estos problemas., Se presenta un método de procesamiento automático. Circuito masivoSoluciones candidatas de nivel, Para reducir la carga del diseñador, Es relativamente fácil seleccionar soluciones viables.
Dónde están los desafíos de diseño?
Figure 1 is a simplified block diagram of a possible architecture of a bidirectional inter-band downlink carrier aggregation (DL CA) system, La rama RX de la banda de frecuencia 3 puede ser paralela dinámicamente a TX/Rama RX de la banda de frecuencia 1. Este diseño se puede extender fácilmente a portadores multicomponentes y diferentes configuraciones de conmutación. Por ejemplo:, Infineon Mobile Communications Application Guide recommends the Use of single and Double Antenna downlink rffe Architecture, Soporte para hasta 5 portadores de componentes ca. El bloque básico es el interruptor, Duplexor, Filtro de paso de banda. Estos módulos son bien conocidos, De alta calidad, Ampliamente utilizado en teléfonos móviles. Por consiguiente,, Además de la selección de la arquitectura de intermodulación y la planificación de frecuencias, hay otras soluciones a los problemas actuales., ¿Hay algún problema que necesite atención especial??
Desafortunadamente, La respuesta es sí: uno de los principales cuellos de botella de diseño es que una vez que los filtros están conectados en paralelo, Inevitablemente tendrán un impacto significativo en el desempeño de los demás.. Por ejemplo:, La figura 2 muestra las respuestas de frecuencia de los filtros de banda 8 y Banda 1 conectados y conectados a nodos comunes, respectivamente.. Cabe señalar que el rendimiento del filtro de banda 1 está completamente dañado por el filtro de banda 8., Debido a la existencia del filtro de banda 1, el rendimiento del filtro de banda 8 es básicamente el mismo..
El rendimiento de supresión fuera de banda de estos dos filtros es muy bueno., Así que incluso con la corriente de fuga del filtro, No puede explicar el daño del filtro de banda 1. Sin embargo,, Si nos fijamos en la Impedancia de entrada del filtro de banda 8 a la frecuencia de banda 1 de la figura 3A si, Podemos notar que el filtro de banda 8 parece una línea de transmisión abierta con una longitud eléctrica de aproximadamente 67 grados en lugar de un circuito abierto. Cuando se conecta a un nodo común utilizando un filtro de banda 1, El filtro de banda 8 cargará el rendimiento del filtro de banda 1 de una manera similar a un Stub abierto, Esto revolucionará el rendimiento del filtro!

Placa de circuito

En este momento, Ya podemos adivinar por qué la existencia del filtro de banda 1 no destruye el rendimiento del filtro de banda 8. If we look at the input impedance of the Band 1 filter at the Band 8 frequency (Figure 3b), Encontramos que el filtro de banda 1 es esencialmente un circuito abierto, Es pura coincidencia.. Sé esto., Podemos imaginar un objetivo real, which is to design a matching circuit (phase shifter) to preserve the passband behavior of the filter while mapping the response of other component carrier frequencies to the open circuit. Si este objetivo se logra con éxito, Los filtros son transparentes entre sí y pueden conectarse a cualquier configuración de ca. We call this part of the design process "filter matching"
The challenge of solving the filter matching problem
A matched solution can only become a more or less perfect solution under more occasional circumstances. Esto es generalmente cierto para portadores de componentes con intervalos de frecuencia de banda ancha, such as between a low-band (LB) pair and a high-band (HB) pair. Cuando las frecuencias portadoras de múltiples componentes deben ser mapeadas a un circuito abierto, Es más difícil lograr la desconexión mutua. Además, Bajo la premisa de que el comportamiento de la banda de paso no se ve afectado significativamente, Los portadores de componentes de frecuencias adyacentes pueden ser difíciles de igualar. Otro punto es que, en la práctica, a menudo hay restricciones contradictorias, Resulta en un pequeño número de componentes externos coincidentes. Por consiguiente,, Idealmente, el filtro está diseñado de antemano para que pueda ser utilizado en algunos esquemas CA con pocos componentes coincidentes, Pero el filtro en sí todavía no tiene suficiente libertad de diseño para eliminar completamente la necesidad de emparejamiento externo.
Por consiguiente,, Nuestro proceso de diseño todavía tiene que tratar de coincidir primero. Si tiene éxito, Sabemos que ca básicamente funciona.. En el proceso de diseño, se utiliza el emparejamiento cooperativo de filtros, A menudo tenemos que admitir que esta solución no puede proporcionar un circuito abierto preciso a frecuencias portadoras de componentes, Esto deja muchas interacciones y cargas entre filtros. Véase la figura 1., También tenemos interruptores que conectan estas interacciones, El tamaño eléctrico del interruptor es lo suficientemente grande, Por lo tanto, también pueden cargar eficientemente un filtro a otro.
En resumen, Trabajar juntos para resolver estos problemas, Es necesario afinar todo el modelo, incluidos los interruptores, Filtro, Circuito de emparejamiento externo.
Example: Band 1 + Band 3 downlink carrier aggregation
The component carrier frequency bands are relatively close to each other. Para el duplexor de banda 1 y el filtro RX de banda 3, se utiliza un modelo representativo de parámetros S de dominio común, Y el modelo general de semiconductores sp2t que soporta el Estado de lanzamiento paralelo. En una configuración no ca, El interruptor conecta la antena a la banda de frecuencia 1; En la configuración de ca, El interruptor conecta la antena a las ramas de banda 1 y Banda 3. Por consiguiente,, El circuito de emparejamiento debe optimizarse para adaptarse a estas dos configuraciones. Asignamos el nodo rf1 del interruptor a la banda 1 y el nodo rf2 a la banda 3., and use the 0201 package size Murata discrete component model of the library LQW03AW_00 (inductor) and GJM03 (capacitor) to design the matching circuit.

Primero tratamos de igualar el filtro de banda 3. En todas las tareas de emparejamiento, utilizamos la Plataforma de software de automatización de diseño RF optennilab, ya que puede sintetizar y optimizar automáticamente un gran número de topologías candidatas. El software es crucial para nuestro Diseño: incluso con un máximo de 2 Componentes coincidentes, cada circuito tendrá 17 opciones topológicas diferentes. Cuando no hay una solución obvia para lograr una buena coincidencia, a menudo es difícil predecir qué combinación topológica puede lograr el mejor rendimiento. Por ejemplo, para un solo duplexor, un total de 173 = 4913 topologías diferentes pueden ser posibles si cada rama tiene hasta 2 Componentes coincidentes. La mayoría de las topologías están condenadas al fracaso, pero la Plataforma de software de automatización de diseño RF puede optimizar fácilmente y ordenar automáticamente más de 100 topologías relacionadas, teniendo en cuenta la sensibilidad de la solución a las tolerancias de los componentes. Esto contribuye en gran medida al proceso de diseño, por lo que básicamente no nos perdemos la combinación topológica con el mejor rendimiento y la mayor estabilidad de tolerancia, de lo contrario, si sólo dependemos de la derivación manual de un número limitado de topologías, es fácil perdernos esta solución.

Por consiguiente,, Utilizamos el modelo de filtro de banda 3 como base, Un circuito de emparejamiento compuesto con un objetivo de circuito abierto en la banda 1 y una buena pérdida de inserción de RX en la banda 3 como objetivo. Porque las bandas 1 y 3 están muy cerca, Los desafíos comunes a los que nos enfrentamos son los siguientes: la frecuencia de la banda 1 atraviesa un arco largo en el borde del gráfico Smith, Y tratar de colocarlo cerca del punto de ruptura debe coincidir. La respuesta de banda de frecuencia causa un daño considerable. Hay muchos esquemas topológicos para elegir, Algunos tienen mejores pérdidas de inserción, Algunos pueden ser mejor mapeados a circuitos abiertos. Ambos son difíciles de conseguir. La figura 4 muestra la Impedancia de la banda 3 RX y la banda 1, Se comparan los filtros no coincidentes y los filtros cooperativos coincidentes que elegimos., Incluye tres componentes coincidentes en la entrada del filtro y dos componentes en la salida.
En este trabajo se comparan dos métodos de emparejamiento Filtro ca. En el método de emparejamiento cooperativo, Los filtros coinciden primero individualmente, El objetivo es lograr un circuito abierto en la frecuencia de otro filtro. Después de combinar y afinar los resultados de estos Sub - problemas, A menudo se obtiene una solución viable. Sin embargo,, Este proceso básicamente sólo puede obtener topología coincidente, O la combinación manual de los candidatos para cada Sub - problema requiere tiempo y esfuerzo. Por consiguiente,, Proponemos un segundo método llamado "Optimización de imagen completa"., Omite el paso de emparejamiento colaborativo y busca directamente Circuito óptimo according to actual performance indicators (ie, signal insertion loss and suppression). Eso es todo., La solución más económica se puede determinar de manera muy eficiente. Para una arquitectura ca más compleja en la práctica, La combinación de estos dos enfoques puede ser más útil. Podemos utilizar el diseño de optimización gráfica completa para algunos bloques de funciones, Luego combinarlos y afinarlos, Similar al método "Collaborative" Match. En todos estos métodos, La Plataforma de automatización de diseño de radiofrecuencia que utilizamos desempeña un papel central, Porque elimina la mayoría de las operaciones manuales que los diseñadores deben gastar en diseñar software para resolver problemas de ca.