基于LTCC的DFM方法來實現(xiàn)一次設(shè)計成功

本文中低通濾波器實例采用一個三階橢圓濾波器設(shè)計，使用了一個電感來使插損最小。實際上，濾波器損耗的根本原因來自電感響應(yīng)或品質(zhì)因素(Q)。濾波器的全部元件實現(xiàn)為具有內(nèi)嵌式無源元件的LTCC層。

任何設(shè)計始于確定性能要求，接下來是可行性研究，這一時期可能設(shè)計出電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。對于濾波器，設(shè)計人員常常依賴濾波器綜合工具來試驗不同的結(jié)構(gòu)。這個階段之后，要確定出基線電路模型及其合適的理想集總元件參數(shù)值。由于設(shè)計人員必須為LTCC制作一個內(nèi)嵌式無源部件來代替理想集總元件部件，這就需要進行EM仿真來準(zhǔn)確建模和仿真這些內(nèi)嵌的無源部件。

利用仿真產(chǎn)生的S參數(shù)可以抽取出包含寄生電路元件的寬帶集總無源模型。抽取過程使用數(shù)值優(yōu)化程序，用解析表達式計算電路模型的各初值。寬帶集總無源模型有助于進行統(tǒng)計分析，包括比直接用EM仿真器更為快速實的優(yōu)化實現(xiàn)。

提取的寬帶模型用來代替簡單的集總元件模型。然后，用電路仿真器通過對每個元件尋找給定一組性能條件下的最優(yōu)元件參數(shù)值使新的基線電路得到優(yōu)化。這個過程要反復(fù)進行直到所有先前的理想部件被內(nèi)嵌物理部件所代替。一旦設(shè)計滿足其性能要求，就該進行蒙特卡洛分析以了解性能作為制造過程的函數(shù)的統(tǒng)計特性。

在抽取出寬帶模型，獲得內(nèi)嵌電容和電感后，低通濾波器例子的最終布局示于圖4。圖6針對濾波器插損將EM仿真跟提取的集總部件模型結(jié)果進行了比較，集總元件模型與EM模型之間一致性很好。圖7把EM仿真響應(yīng)與測量數(shù)據(jù)作了對比，結(jié)果又一次接近一致。

統(tǒng)計分析(基于蒙特卡洛分析)是采用規(guī)定的概率分布，在設(shè)計范圍內(nèi)改變一組參數(shù)的過程，用來確定性能如何隨參數(shù)變化而發(fā)生改變。這種分析通常用于項目產(chǎn)出，其定義為滿足或超過性能期望(指標(biāo))項的數(shù)量與在統(tǒng)計分析期間分析項總數(shù)之比。產(chǎn)出還是給定設(shè)計樣本達到性能指標(biāo)的概率。因為將要制造的設(shè)計總數(shù)會很大或者未知，產(chǎn)出通常是用更小的樣本數(shù)量或試驗次數(shù)估計得到，試驗數(shù)被稱作產(chǎn)出估計函數(shù)。隨著試驗次數(shù)增加，產(chǎn)出估計就接近真實的設(shè)計產(chǎn)出。產(chǎn)出優(yōu)化使設(shè)計性能對于部件變差的敏感度最小化。產(chǎn)出優(yōu)化估計產(chǎn)出和產(chǎn)出敏感度，并且改變電路統(tǒng)計參數(shù)標(biāo)稱值，這是為了同時使統(tǒng)計敏感度最小和電路產(chǎn)出最大。

統(tǒng)計設(shè)計流程的第一個步驟是收集廠商的過程變差數(shù)據(jù)，根據(jù)該數(shù)據(jù)，就能得到用于抽取出的電路模型的統(tǒng)計參數(shù)。然后，用這些相關(guān)聯(lián)的統(tǒng)計參數(shù)對設(shè)計進行統(tǒng)計分析。如果設(shè)計滿足產(chǎn)出指標(biāo)，就結(jié)束分析過程開始制造過程，否則，就要對抽取的電路模型進行產(chǎn)出優(yōu)化來修正設(shè)計以達到給定的產(chǎn)出指標(biāo)。用于抽取模型的優(yōu)化后部件參數(shù)值必須被實現(xiàn)成內(nèi)嵌的無源物理部件。其后，從重設(shè)計的內(nèi)嵌無源物理部件再次抽取出寬帶電路模型，并再次進行統(tǒng)計分析直到滿足產(chǎn)出指標(biāo)。LTCC設(shè)計過程可以用圖8所示的流程圖來描述。