射頻技術(shù)進(jìn)行TCAD仿真的方法有哪些？有什么區(qū)別

　　計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)（TCAD）應(yīng)用到設(shè)計(jì)領(lǐng)域最通常的目的就是預(yù)測(cè)，仿真能使工程師了解設(shè)計(jì)。在某些情況下，仿真可用來(lái)處理一些不能在實(shí)驗(yàn)室測(cè)量的東西，仿真正越來(lái)越多地用于提高制造良率。當(dāng)預(yù)測(cè)可靠時(shí)，預(yù)測(cè)在技術(shù)開(kāi)發(fā)過(guò)程中就具有很大優(yōu)勢(shì)。盡管預(yù)測(cè)的趨勢(shì)和數(shù)量有時(shí)會(huì)與測(cè)量的實(shí)際數(shù)據(jù)有些出入，但在絕大多數(shù)情況下，TCAD還是能依據(jù)現(xiàn)有數(shù)據(jù)提供最準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)。射頻（RF）領(lǐng)域的問(wèn)題可以分為小信號(hào)和大信號(hào)兩大類?；赥CAD的小信號(hào)的預(yù)測(cè)時(shí)常很困難，這是因?yàn)閷⑵骷匦詮?fù)制到仿真器中會(huì)非常復(fù)雜。在大信號(hào)預(yù)測(cè)中，則可能會(huì)因?yàn)椴僮飨拗坪推骷牟焕硐攵鴮?dǎo)致失真。在那些我們能夠準(zhǔn)確仿真小信號(hào)解決方案的實(shí)例中，也同樣可能可以仿真大信號(hào)解決方案。

　　TCAD原理

　　讓我們看看圖1顯示的一個(gè)實(shí)際問(wèn)題，無(wú)論小信號(hào)和大信號(hào)放大器都會(huì)出現(xiàn)此類問(wèn)題。在小信號(hào)情況下，放大器通常為A類放大器，我們假設(shè)是共軛匹配（conjugate match），設(shè)計(jì)是公式化的。在大信號(hào)情況中，放大器可以是AB類甚或B類，這種情況下的最佳性能選用的匹配通常不是共軛匹配。這種大信號(hào)放大器的設(shè)計(jì)通常是在測(cè)試實(shí)驗(yàn)室中，通過(guò)對(duì)輸入和輸出匹配網(wǎng)絡(luò)、輸入偏置和諧波終端（harmonic termination）的最優(yōu)化實(shí)現(xiàn)的。如果同時(shí)考慮這些參數(shù)和本征器件（intrinsic device）設(shè)計(jì)參數(shù)的話，就會(huì)得出較大的研究空間。對(duì)于經(jīng)常采用不同技術(shù)的多級(jí)放大器就有可能導(dǎo)致這種參數(shù)的劇增。為了了解不同器件設(shè)計(jì)的性能，我們不應(yīng)該在相同的匹配、諧波終端和偏置上對(duì)所有器件設(shè)計(jì)進(jìn)行比較，而是必須與那些產(chǎn)生器件設(shè)計(jì)的最佳性能的值進(jìn)行比較。通過(guò)比較放大器中每一種器件的最優(yōu)性能條件，就可以做出最佳性能器件設(shè)計(jì)的選擇。

　　這就為所考慮的電路和器件的全部大信號(hào)仿真提出了一個(gè)清楚的案例。如果工程師希望評(píng)估當(dāng)時(shí)還沒(méi)有已測(cè)量數(shù)據(jù)的新器件，就必須采用TCAD解決方案。TCAD數(shù)據(jù)的大信號(hào)仿真通過(guò)四種方法完成： 1. 在TCAD中采用混合模式的瞬態(tài)仿真； 2. 在TCAD工具中直接采用集成的諧波平衡（Harmonic Balance）進(jìn)行大信號(hào)仿真； 3. 特殊工具將復(fù)合仿真結(jié)果和電路設(shè)計(jì)整合； 4. 從TCAD數(shù)據(jù)提取大信號(hào)緊湊模型，并使用這些模型來(lái)理解大信號(hào)特征參數(shù)。研究采用最基本方法，即混合模式進(jìn)行仿真的可能性非常重要。在混合模式中，瞬態(tài)電路仿真直接在TCAD軟件中完成。在通常情況下，電路設(shè)計(jì)師并不采用瞬態(tài)仿真而是采用諧波平衡來(lái)解決這些大信號(hào)仿真問(wèn)題。面臨的挑戰(zhàn)主要是在工作臺(tái) （workbench）內(nèi)準(zhǔn)確描述RF電路，然后采用簡(jiǎn)單的單（或雙）頻率載波（CW）輸入功率掃描，執(zhí)行TCAD仿真。瞬態(tài)仿真必須在穩(wěn)定狀態(tài)下執(zhí)行，可能需要幾個(gè)周期的時(shí)間。在器件處于壓縮時(shí)，這種仿真可能會(huì)面臨更多數(shù)值上的挑戰(zhàn)。所仿真的時(shí)間序列必須足夠長(zhǎng)，才能描述所需的最低頻率。對(duì)于雙音或多音（tone）問(wèn)題，可能需要很長(zhǎng)時(shí)間的瞬態(tài)仿真。因此，運(yùn)行功率掃描可能非常耗時(shí)。此外，混合模式工作臺(tái)的設(shè)計(jì)大多非常糟糕，因?yàn)樗鄙傧駨?fù)抗阻這樣的關(guān)鍵項(xiàng)。對(duì)于實(shí)際電路而言，這種方法的主要問(wèn)題是速度和收斂。