如何用DFM方法提高LTCC設(shè)計(jì)效率

在所有可能的過程和布線參數(shù)變差中，一些變差對輸出參數(shù)造成的影響比其它變差更為關(guān)鍵。要理解輸出參數(shù)對這些關(guān)鍵參數(shù)變差的敏感度并不難，但有效的首要步驟是DFM方法。例如，插損可以受到布線寬度或基底厚度變差不同的影響。為了在設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)性能偏差更小，關(guān)鍵是首先理解和控制最為敏感的參數(shù)。仿真軟件里的靈敏度分析包括將性能響應(yīng)函數(shù)對有用設(shè)計(jì)變量取偏導(dǎo)數(shù)，這就有助于準(zhǔn)確找到那些對性能變化有不同程度影響的變量。作為其基本統(tǒng)計(jì)包的一部分，ADS軟件提供了靈敏度分析功能。

定向耦合器的插損、方向性和耦合比作為基底厚度、線寬和對齊度三種不同參數(shù)的函數(shù)而發(fā)生變化。這三種情況代表標(biāo)稱、低端和高端極端情形。例如，W0代表線寬標(biāo)稱值而W0+代表上端極端情況。大量采用Momentum EM仿真收集變差數(shù)據(jù)來研究此問題。

盡管設(shè)計(jì)人員可以從這些曲線對敏感度做出一些類推，但使用圖形表示結(jié)果就更容易和更有用。例如排列圖(Pareto)顯示了某個(gè)參數(shù)變差對性能影響的百分比。圖5給出了對定向耦合器性能變差造成影響的參數(shù)或因子的Pareto圖。該圖顯示基底厚度變差對插損的影響超過其它參數(shù)或它們的組合。例如，在性能上有60%的變差來自于基底厚度變差的作用。

本文中低通濾波器實(shí)例采用一個(gè)三階橢圓濾波器設(shè)計(jì)，使用了一個(gè)電感來使插損最小。實(shí)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(shí)現(xiàn)為具有內(nèi)嵌式無源元件的LTCC層。

任何設(shè)計(jì)始于確定性能要求，接下來是可行性研究，這一時(shí)期可能設(shè)計(jì)出電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。對于濾波器，設(shè)計(jì)人員常常依賴濾波器綜合工具來試驗(yàn)不同的結(jié)構(gòu)。這個(gè)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(jì)人員必須為LTCC制作一個(gè)內(nèi)嵌式無源部件來代替理想集總元件部件，這就需要進(jìn)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(dá)式計(jì)算電路模型的各初值。寬帶集總無源模型有助于進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，包括比直接用EM仿真器更為快速實(shí)的優(yōu)化實(shí)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(gè)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(gè)過程要反復(fù)進(jìn)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(jì)滿足其性能要求，就該進(jìn)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(jì)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(jìn)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。