Bridging the gap between physical and circuit analysis for variability-aware microwave design: modeling approaches
Autores: Donati Guerrieri, Simona; Ramella, Chiara; Catoggio, Eva; Bonani, Fabrizio
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2022
Acceso abierto
Artículo científico
2022
Bridging the gap between physical and circuit analysis for variability-aware microwave design: modeling approaches
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Eléctrica y Electrónica
Palabras clave
Diseño
Circuitos analógicos
MMICs
Análisis de variabilidad
Proceso de fabricación
Modelos de caja negra
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 37
Citaciones: Sin citaciones
La variabilidad inducida por el proceso es una preocupación creciente en el diseño de circuitos analógicos, y en particular para circuitos integrados monolíticos de microondas (MMICs) dirigidos a los sistemas de comunicación 5G y 6G. Las tecnologías de radiofrecuencia (RF) y microondas (MW) desarrolladas para la implementación de estos sistemas de comunicación explotan dispositivos cuyas dimensiones están ahora muy por debajo de los 100 nm, presentando una variabilidad creciente debido a las tolerancias del proceso de fabricación y al comportamiento estadístico inherente de la materia a escala nanométrica. En este escenario, el análisis de la variabilidad debe incorporarse en el diseño y optimización de circuitos, con modelos ad hoc que mantengan un vínculo directo con el proceso de fabricación y aborden aplicaciones no lineales típicas de MMIC como la amplificación de potencia y la mezcla de frecuencias. Este artículo presenta un procedimiento flexible para extraer modelos de caja negra a partir de simulaciones precisas basadas en la física, a saber, el análisis TCAD de los dispositivos activos y simulaciones electromagnéticas para las estructuras pasivas, incorporando la dependencia de los parámetros de proceso de fabricación más relevantes. Discutimos varios enfoques para extraer estos modelos y los comparamos para resaltar sus características, tanto en términos de precisión como de facilidad de extracción. Detallamos cómo estos modelos pueden implementarse en herramientas EDA típicamente utilizadas para el diseño de RF y MMIC, permitiendo un análisis estadístico y de rendimiento rápido y preciso. Demostramos los enfoques propuestos extrayendo los modelos de caja negra para los bloques de construcción de un amplificador de potencia en una tecnología de GaAs para aplicaciones de banda X.
Descripción
La variabilidad inducida por el proceso es una preocupación creciente en el diseño de circuitos analógicos, y en particular para circuitos integrados monolíticos de microondas (MMICs) dirigidos a los sistemas de comunicación 5G y 6G. Las tecnologías de radiofrecuencia (RF) y microondas (MW) desarrolladas para la implementación de estos sistemas de comunicación explotan dispositivos cuyas dimensiones están ahora muy por debajo de los 100 nm, presentando una variabilidad creciente debido a las tolerancias del proceso de fabricación y al comportamiento estadístico inherente de la materia a escala nanométrica. En este escenario, el análisis de la variabilidad debe incorporarse en el diseño y optimización de circuitos, con modelos ad hoc que mantengan un vínculo directo con el proceso de fabricación y aborden aplicaciones no lineales típicas de MMIC como la amplificación de potencia y la mezcla de frecuencias. Este artículo presenta un procedimiento flexible para extraer modelos de caja negra a partir de simulaciones precisas basadas en la física, a saber, el análisis TCAD de los dispositivos activos y simulaciones electromagnéticas para las estructuras pasivas, incorporando la dependencia de los parámetros de proceso de fabricación más relevantes. Discutimos varios enfoques para extraer estos modelos y los comparamos para resaltar sus características, tanto en términos de precisión como de facilidad de extracción. Detallamos cómo estos modelos pueden implementarse en herramientas EDA típicamente utilizadas para el diseño de RF y MMIC, permitiendo un análisis estadístico y de rendimiento rápido y preciso. Demostramos los enfoques propuestos extrayendo los modelos de caja negra para los bloques de construcción de un amplificador de potencia en una tecnología de GaAs para aplicaciones de banda X.