行业前沿 I 成功建模并设计 24GHz 微波系统: AWR简介


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Cadence 今年从National Instruments 收购了 AWR (Applied Wave Research) 公司,本文将带领大家了解AWR 的发展历史、产品线,以及 AWR 本身。


整体而言,AWR 的工具用于设计通信系统(无线电)和雷达中使用的前端电子设备这些电子设备的主要功能组件是 GaAs 和 GaN 等 III/V 半导体材料、RF/混合信号 PCB 中的 MMIC,以及多芯片模块。AWR® Design Environment 平台与硅 IC 工具(尤其是数字硅)有着很大的不同,因为 RF 设计需要进行高度交互性的工作,涉及专门的模型和分析,晶体管数量极少 (1-100),并且在很大程度上受到布局的影响。



发展历史


AWR 由 Hughes 的微波设计师 Joe Pekarek 于 1994 年创立,当时,他对市面上的 RF 设计软件感到非常失望。通过一项由 Hughes 赞助的博士计划,Joe 开发了一个早期版本,该版本最终成为 AWR 软件的一部分,也是其论文的一部分。之后,他与同事共同创立了 AWR。这家新公司及其旗舰产品 Microwave Office®  为业界带来了耳目一新的转变,提供了直观的用户界面、集成的原理图捕获/layout功能,以及创新的设计辅助工具——实时调试功能。


在持续增长的同时,公司于 2011 年被 National Instruments 收购,后者也一直致力于将业务专长扩展到 RF/无线领域。之后,National Instruments 和 Cadence 开始携手制定策略,专注于应对迅速发展的 5G 通信、物联网和航空航天行业带来的技术挑战。National Instruments 与 Cadence 紧密合作,于 2018 年将 AWR 的 AXIEM®软件集成到了 Cadence 的 Virtuoso® RF 环境中,这是我们的第一个合作项目。



AWR 的客户涵盖了各个领域与规模,融合了从航空航天、国防到电信设备在内的各种无线技术。AWR的产品市场总监Sherry Hess表示希望在与企业规模的公司合作方面实现大幅增长。从这个角度来说,她认为 Cadence 收购 AWR 是一大利好之举,因为 Cadence 已经与许多公司建立了合作关系,AWR 将帮助完善 Cadence 的 RF/微波设计创建和集成产品组合。


图为AWR产品市场总监Sherry Hess


AWR 产品在学术界应用广泛,因为其在五分钟内即可在 PC 上安装完毕并运行,十分适合教授微波设计课程的教授使用。美国北卡罗来纳州大学的 Alan Victor表示:


作为开发 MMIC 器件的首席工程师,我也负责指导本科生的高级设计课程。我的学生要使用 AWR 软件设计 LNA 和微波 PA。不用说,这对学生们来说是一项挑战。但是,该软件的易用性使他们能够取得成功。



产品组合



AWR 产品组合作为一个集成的界面在 AWR Design Environment 平台内运行,用于设计输入(原理图/layout)、分析(系统/电路/EM)、优化、良率分析和结果绘图。


公司的旗舰产品 Microwave Office 是一款 RF 电路模拟器,用于开发前端组件,例如功率放大器、低噪声放大器、滤波器、混频器等。


AXIEM 是矩量法 (method-of-moments ,即MoM) 3D 平面电磁分析工具,用于表征(S 参数)无源结构和 RF 互连。AXIEM 现已集成到 Microwave Office 和 Virtuoso RF软件 中。


Visual System Simulator™ (VSS) 工具则使用基于行为模型的 RF 和 DSP 模块来支持通信/雷达系统级开发。VSS 支持许多系统分析(预算、ACPR 和 EVM、级联噪声、IP3、频谱)、组件规格/验证和架构设计。凭借符合标准的库和测试平台,VSS 可以用于测试 5G 信号激励的设备。还有其他一些更专业的工具,例如 AntSyn™,可用于天线综合和优化、5G/雷达库等。



在开始创建 Virtuoso RF 并集成 AXIEM 时,Cadence 面临的挑战之一是 OA 数据库不支持 RF 设计所需的所有奇特的几何形状(按照 IC 设计标准):圆、圆弧、任意角度路线、接合线等。


这些形状根本不会出现在传统 IC 设计中,而 OA 的架构最初就是为了满足传统 IC 设计需求。此外,硅光子设计也需要使用许多这样的形状。RF 和光的信号线都不太喜欢尖锐的倒角。


至于片上分析是否也需要这一功能,Sherry表示:


片上分析肯定需要使用 AWR 技术,因此在讨论可能的收购之前,AXIEM EM 求解器就作为一项直接的联合项目被集成到了 Virtuoso RF 中。


设计 RF 并确保一次即可取得成功是一项挑战。在 RF 中,物理设计至关重要。不仅是 RF/微波设备的细节,还包括设备、附近走线和其他导电表面之间的相互作用。但这些都是可以顺利实现的。Pocket Radar 的 Phil Jobson 如此评价 AWR Design Environment:


使我能够快速建模和重新设计 24GHz 微波系统,并且一次就取得了成功











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原文由Cadence楷登PCB及封装资源中心整理撰写。

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