眾所周知，射頻設計產業已經進入轉型期，商用無線通訊與航太/國防產品不斷提高的複雜度與整合度，就是最好的證明。現今，設計這類產品不再只是將一顆單晶微波積體電路(MMIC)放入單一封裝元件內那麼簡單。相反地，業者必須將多個晶片納入同一個封裝或模組內，使得相同與不同技術領域的元件電路必須緊緊靠在一起。
在此高整合度風潮下，工程師不能再漠視這些不同技術可能產生的交互作用。為順利完成產品設計，工程師亟需可支援各種不同技術的軟體設計平台。例如ADS 2011這一類功能完整的多技術設計平台，將可協助工程師克服前述挑戰(圖1)。
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| 圖1 ADS 2011讓工程師能夠輕易使用多項技術來進行產品設計 |
目前常見的設計工具通常僅支援某一項特定技術，而且IC設計工具跟模組或印刷電路板(PCB)設計工具截然不同，因此工程師很難，甚至不可能用同一套工具發現不同技術間的交互作用影響。
若利用ADS 2011這樣的工具，設計工程師則能夠在同一軟體環境內設計IC、模組和PCB，同時還可在ADS設計流程中輕鬆運用這些不同技術，充分發揮各項分析與設計功能。
落實多重技術設計理想
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| 圖2 採用多重技術設計的10GHz LO放大器 |
以10GHz本地振盪器(LO)放大器設計為例，說明ADS 2011的多重技術設計功能(圖2)。圖中顯示一個放置於PCB上的元件封裝，上面安裝一顆IC，因此，此設計包含三項技術。藉由使用ADS 2011，毋須變更任何一項設計，便可輕易整合多重技術，而且不用擔心元件名稱、製程設計套件(PDK)、實體層定義，或其他技術定義，彼此間會有任何衝突。一旦完成組合後，即可在整個設計結構上執行電路模擬，確保整體設計符合原始規格的要求。
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| 圖3 多技術EM分析畫面 |
除了電路模擬外，還可使用Momentum 3D Planar模擬軟體或FEM 3D Finite Element模擬軟體，對此多技術結構執行電磁(EM)模擬(圖3)。
如此一來，設計工程師便可跨越多個技術領域，找出EM耦合效應。在進入製造流程前先行解決這些問題，有助於避免代價高昂的重新製造(Re-spin)風險，同時還可確保產品能如期上市與出貨。
符合射頻/微波設計標準
ADS射頻與微波設計與模擬平台，是航太與國防、無線通訊，以及網路產業廣為使用的設計標準，ADS 2011是其最新發表的旗艦版本。ADS針對全球微波存取互通(WiMAX)、長程演進計畫(LTE)、雷達與衛星，以及傳輸速率達每秒數Gigabit的數據鏈路等各種應用，提供完整的標準化設計與驗證功能。此整合式平台並提供無線程式庫和電路系統電磁共同模擬功能。ADS 2011在ADS平台中加入許多新功能，讓工程師不論使用單一或多項技術進行設計皆游刃有餘。
靈活運用EM技術
過去，只有經驗豐富的軟體專家才有能力使用EM工具，因此這類工具的應用極為受限。時至今日，電子裝置的體積變得愈來愈小巧，設計也變得更為複雜，使得每位工程師都須要使用EM分析軟體來順利完成產品設計。過去幾年，ADS導入一組空前的EM技術，包括在單一平台中納入3D Planar和有限元素分析法(FEM)求解器。而ADS 2011的重大突破，讓不同領域的工程師都能廣泛運用EM分析軟體。
ADS 2011具備統一的圖層定義編輯器，因此可輕易地定義基板技術，如介電層(Dielectric)、金屬、導孔(Vias)及材料屬性。為配置並執行模擬，ADS 2011可將多個對話框整合為一個對話框，以便同時用於動量法(Momentum)和FEM模擬器。一旦完成模擬配置後，它還可儲存此配置，以便重複用於其他設計，甚至於與其他工程師分享。
此外，ADS 2011改善底層技術，提供解決重大問題所需的功能與效能。這在幾年前，這些問題根本無從解決。接下來，工程師可在Electromagnetic Professional(EM-Pro)這套3D EM建模與模擬平台中建立參數化3D實體模型，並將其匯入ADS 2011。最後，這些元件可與電路布局結合，讓工程師能夠模擬此整合式實體結構。
提升設計/模擬彈性及效率
ADS 2011另一個重大的改進是，重新組織設計資料。現在，設計中的每一個子電路或元件都自成單元(Cell)，讓工程師能分別檢視電路、行為和EM等不同模型，甚或查看設計變動資料(圖4)，以便進一步探索設計空間、同時兼顧模擬速度與準確度，並且維持乾淨且組織良好的設計草圖。
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| 圖4 在ADS 2011中檢視多種量測資料 |
另一方面，新發表的Load Pull控制器簡化資料匯入作業，並且縮短設計與模擬的時間。其他新特色包含多層次半球形模型(Multi-level Hemispherical Model)，讓工程師能夠更準確地模擬表面粗糙度，以用於傳輸線和Momentum模擬，另一新特色是改良的Smith Chart繪圖功能。
ADS 2011也大幅改善布局功能，包含符合產業標準的新資料庫，可增進布局效能與能力。所有基礎布局物件均加入編輯「把手(Handle)」，讓工程師能更有效率地編輯布局。工程師也可輕易產生並編輯焊線(Bond Wire)，並直接使用Momentum來建模。另外，ADS 2011新增命令列編輯器、十多項通用功能，以及新的布局工具列，讓設計效率有更顯著的提升。
ADS 2011問市後，ADS設計平台成了市面上受矚目的射頻與微波設計工具，其直接建構於Si2發起的OpenAccess資料庫產業標準之上。
Si2是由將近一百家產業鉅子所組成的標準機構。這個經過驗證的設計資料庫提供可觀的容量與效能，不僅能夠支援單一技術設計，同時也能滿足業界對於原生的多重技術設計平台不斷升高的需求。
不同於其他射頻與微波設計工具提供的專屬資料庫，OpenAccess資料庫的設計宗旨是提供更為寬廣的產業互通性。目前許多其他的EDA工具均支援OpenAccess標準。
工欲善其事 必先利其器
隨著射頻與微波設計快速演進，現今的設計工具必須能夠趕上重要的電路與EM模擬技術潮流，以滿足傳統的單技術設計平台的需求。
然而，隨著業界開始將多重技術納入同一個複雜系統，這樣的發展並不足以處理所衍生的交互作用。因此，業界亟需一套真正的多重技術設計平台以結合必要的資料庫功能與容量，以及先進的模擬技術，以便在進入製造流程前，找出並解決跨技術領域的問題。
(本文作者任職於安捷倫)