Verktygsleverantören Cadence lanserade nyligen SpectreRF, en simulator i radiofrekvensområdet för stora olinjära kretsar. På Ericsson Radio Systems har man provat betaversionen.

- Enormt mycket är vunnet. Förr upptäckte vi vissa problem först på kislet.

Tomas Melander, som arbetar med metodutveckling på Ericsson Radio Systems i Kista, har hjälpt Cadence att utvärdera den nya simulatorn, SpectreRF. Och han är i stort sett nöjd.

Cadence nykomling klarar stora olinjära kretsar, är dessutom snabb och fungerar upp till mellan 3 och 5 GHz. Målgruppen är konstruktörer av så kallade RF- kretsar till digitala trådlösa produkter som exempelvis GSM-telefoner.

En RF-krets viktigaste uppgift är att flytta signaler från en frekvens till en annan med hjälp av olinjära byggblock som blandare och oscillatorer. Här går traditionella simulatorer bet. Spicebaserade simulatorer är alldeles för långsamma och simulatorer av typen Harmonic Balance, som arbetar i frekvensdomänen, klarar inte stora starkt olinjära kretsar eftersom signalerna då får alltför många frekvenskomponenter.

Men enligt Tomas Melander är SpectreRF ett vassare alternativ. Den största kretsen han simulerat med SpectreRF var en sändarkrets på hela 800 transistorer.

- Den hade två blandarsteg och då är det rätt kinkigt att simulera brus och linjäritet, menar han.

Simuleringen tog två hela dygn, men hade inte kunnat genomföras över huvud taget med andra typer av simulatorer. Tomas Melander poängterar att det förmodligen hade gått betydligt snabbare om han inte ställt så hårda noggrannhetskrav. Med mer rimliga krav hade simuleringstiden antagligen varit ungefär fem timmar.

En annan provkrets var en mottagare på runt 250 transistorer. Verktyget fick fram brusfaktorn på bara 20 minuter. Just simulering av brus i olinjära kretsar har varit en svaghet i tidigare simulatorer. Enligt Tomas Melander har man ofta varit tvungen att räkna själv.



Jämfört med kisel


Resultaten från SpectreRF har jämförts med uppmätta värden från befintliga kretsar samt med framräknade värden. Och simulatorn har hittills träffat rätt.

Tomas Melander skulle gärna se att SpectreRF används i projekten på Ericsson. Men visst finns det en hel del kvar att göra innan verktyget är helt optimalt. Inlärningsperioden var väl lång och han tycker att SpectreRF ännu främst är ett verktyg för verifiering. En mer enhetlig konstruktionsmiljö med bättre resultatanalys står därför högt på önskelistan.

- Simulatorn kan säga att något är fel, men inte peka ut vilken transistor som orsakar problemet, menar han.

Cadence och Ericsson kommer att samarbeta kring utvecklingen av SpectreRF även i framtiden. Först och främst koncentrerar man sig på att få en homogen konstruktionsmiljö. Därefter skall verktyget förfinas så att det även klarar simulering av substrateffekter, det vill säga hur parasitelement i kiselbrickan påverkar exempelvis funktion och brus. I framtiden vill man även kunna simulera hur kapslingen påverkar signalen.

SpectreRF, som är ett komplement till Cadence tidigare analogsimulator Spectre, finns tillgänglig redan nu för kretskonstruktion. Priset ligger på 165 000 kronor. Om några månader väntas en ny version för simulering av kretskort och flerchipsmoduler.

Charlotta von Schultz



Snabb simulering av RF-kretsar


Frekvensomvandling är stommen i all RF-utrustning. Olinjära byggblock, som blandare och oscillatorer, flyttar signaler från en frekvens till en annan. Resultatet blir signaler med många olika frekvenskomponenter, vilket traditionella simulatorer inte klarar av.

Spicesimulatorer, som arbetar i tidsdomänen, måste beräkna tiotusentals cykler av de högfrekventa signalerna innan man når de lägsta frekvenserna. Simuleringstiden blir ofta olidligt lång.

Alternativet har varit simulatorer av typen Harmonic Balance. Dessa arbetar i frekvensdomänen och håller reda på kretsens olika frekvenser, grundtonen och ett antal övertoner - harmonics - som de också kallas.

Haken är att simuleringstiden ökar exponentiellt med antalet övertoner. Här stöter RF-konstruktören på patrull eftersom de olinjära RF-kretsarna innehåller mängder av övertoner.

Men en simulator av typen Harmonic Balance har en stor fördel, den klarar av att optimera kretsen. En liknande funktion går att få om SpectreRF kompletteras med programmet Artist.

Cadence nykomling slår dagens simulatorer på fingrarna. SpectreRF arbetar i tidsdomänen men sägs vara betydligt snabbare än traditionella Spicesimlatorer. Hemligheten ligger i en algoritm som kallas "shooting Newton". Verktyget klarar såväl linjära som starkt olinjära kretsar med upp till 1 000 transistorer.

Charlotta von Schultz