RF电路仿真技术 - 射频集成电路半导体器件技术

●RF电路仿真技术

　　由于上述原因，以SPICE为代表的传统电路模拟无法满足RFIC分析的需要。为此，在过去十几年中发展了专门针对射频与微波通信电路的模拟、仿真技术。

　　时域方法：时域仿真一般是在假设电路的稳态相应是周期的前提下求解电路时域微分方程组，即v(0)=v(T),其中，v是节点电压向量，T是周期，v(0)是节点电压零时刻的初始向量，v(T)是T时刻的节点电压向量，然后找到使方程有周期解的初始状态v(0)。对于激励信号是周期信号的电路，周期T是已知量，但对于振荡电路，它的周期一般是未知的，所以除了确定v(0)外，还要确定周期T。

　　解上述方程组最常用的方法是牛顿试射法。它的基本原理是：假设电路相应的周期T已知，在某个初始状态下，在周期T 内对电路做传统的电路瞬态分析，判断v(0)=v(T)是否满足，如不满足，令v(0)=v(T)，再做瞬态分析，如此迭代下去，直到找到满足v(0)=v(T)的初始状态。图2是进行了5次牛顿迭代的v(t)波形。

　　在上述过程中，要做大量的矩阵运算，因此这对电路的规模有限制，目前的仿真一般不超过300个节点。

　　试射法是时域中的方法，电路非线性的强弱或信号是否接近正弦不影响方程规模与内存量，迭代的收敛性取决于v(T)与v(0)之间关系非线性的程度，而不是电路本身的非线性，因此对一些强非线性电路也能收敛。它的缺点是较难处理分立元件。在时域中，要想准确地计算失真，需要选择合适地仿真允差和算法。

　　谐波平衡法：谐波平衡是一种在频域求电路稳态响应的方法。首先将信号表示成为傅立叶展开的形式，在节点处的各次谐波分量都列写KCL方程组，把时域中的微分方程转化为频域中的代数方程，然后用牛顿迭代求解傅立叶系数。需要特别注意的是由于非线性元件的特性表示是在时域中的，因此它们的计算要先在时域中进行，再使用傅立叶变换将它们变换到频域。而要计算时域的非线性电阻电流与非线性电容电荷，又要先用逆傅立叶变换将激励信号V（ω）转换到时域。

　　谐波平衡法实质上是频域中的非线性分析方法，适合于对非线性不强的电路做近似正弦的稳态分析，如放大器的畸变与交调分析。当电路的非线性较强时，就要取基波的很多次谐波分量来模拟失真的正弦信号，失真越大，取的谐波次数就越多，这样就会使方程规模增大成非线性时的另一困难是迭代时更难收敛。

　　结语

　　射频集成电路的发展方向是更高的频率应用范围和更宽的带宽，这在实现上需要半导体技术新工艺的不断发展，在设计中需要更加精确和可靠的CAD技术支持。