「RF回路設計 」とは何ですか？

RFICの設計では、通常、トップダウン方式による設計および実装プロセスを経て、ボトムアップ方式による検証プロセスが行われます。この全体的なアプローチにはさまざまなバリエーションがあります。基本的な手順は以下の通りです。

1. 設計のための高レベル仕様書を作成してください。どのような機能を実現するのでしょうか？ LNAの利得や雑音指数、PAの出力電力、LOの位相雑音、ミキサーの変換利得など、主要な仕様はどのようなものですか。
2. トランジスタ、インダクタ、コンデンサなどの素子を用いて、デバイスレベルの回路記述を作成します。このステップでは、多くの場合、ファウンドリのPDKに含まれる事前定義済みのデバイス・ライブラリが活用されます。
3. 回路シミュレーション を使用して、設計がすべての仕様を満たしていることを確認します。このステップでは、製造プロセスおよび運用上のばらつきをモデル化し、こうした不確実性がある状況下でもデバイス設計が堅牢であることを保証します。
4. すべてのコンポーネントの事前定義されたレイアウトを組み立てることで、設計の物理レイアウトを実装します。製造性を確保するためには、配置ルールを遵守する必要があります。
5. その後、レイアウトから等価回路が抽出されます。これにより、設計記述に寄生効果が反映され、これらの新しい効果が追加された後も設計が意図したとおりに動作することを確認するために、再シミュレーションが行われます。

RF回路設計 および検証におけるこうした従来の方法では、現代のRFIC設計基準を満たすには不十分です。 設計者がアナログ、デジタル、RFの機能を大規模なSoCに統合しようと努め、動作周波数が上昇し続けるにつれ、事前に特性評価済みのデバイスライブラリやその他の従来の手法を用いてRF集積回路を設計することは、ますます困難になっています。さらに、高周波における電磁相互作用は、信号反射、クロストーク、サブスレート リーク、電磁干渉（EMI）などの寄生現象を引き起こし、これらは回路性能を低下させるため、設計サイクルの可能な限り早い段階で考慮する必要があります。

RF回路とは、無線伝送に適した極めて高い周波数で動作する、アナログ回路の一種です。RF回路の顕著な特徴の一つは、特定の無線搬送波周波数に合わせて共振回路の動作を調整するために、誘導素子が使用されている点です。RF設計と低周波アナログ設計 との主な違いは、回路に対して行われる解析の種類にあります。

RF設計において、定常状態での動作は最重要課題の一つです。回路の挙動は、多くの場合、周波数領域でモデル化され、信号の忠実度、ノイズ、歪み、および干渉に重点が置かれます。RF搬送波上の変調信号をモデル化する際には、時間・周波数領域を組み合わせたハイブリッド解析が最も効率的です。 時間領域では動的な信号の変化に焦点を当て、周波数領域ではRF搬送波とその高調波および相互変調波に焦点を当てます。製造および設計に起因するRF回路のばらつきをモデル化し、補償する必要があります。

ここでは アナログ設計、回路への入力信号は、時間とともに連続的に変化する信号として扱われる。無線通信の文脈では、アナログ設計 は、「RF」回路とは対照的に、「低周波」または「ベースバンド」回路を指すことがよくある。有線通信の文脈では、アナログ設計 は、アナログフロントエンドや高速アナログトランシーバー回路を指すことがよくある。 アナログ回路の挙動は、時間領域および周波数領域でモデル化され、その結果得られる波形の忠実度／精度、一貫性、および性能に重点が置かれます。製造および設計に起因する回路のばらつきもモデル化し、補償する必要があります。

デジタル設計では、回路への入力を、時間経過に伴う一連の離散的な論理「1」および論理「0」として扱います。論理「1」は通常、ICへの電源電圧の印加によって表され、論理「0」はこの電圧の印加がない状態（すなわち、0ボルト）によって表されます。 デジタル回路のデバイスは、その動作時間の大部分を論理「1」または論理「0」のいずれかの状態で過ごさなければなりません。これらの信号を処理する回路が、これらの論理レベルに対して一貫した応答を示す場合、デジタル設計はうまく機能します。アナログ設計 は、こうした特性を確保する役割を担っています。これにより、2つの電圧（「1」と「0」）のみを考慮した組み合わせ論理モデルおよび順序論理モデルを用いて回路の挙動を解析することが可能となり、設計および検証プロセスが大幅に簡素化されます。

無線システムにおいて、RF回路、アナログ回路、およびデジタル回路を統合するために、アナログ-デジタル変換器（ADC）がアナログ回路とデジタル回路の間の架け橋としての役割を果たします。ミキサーは、アナログ回路とRF回路の間の架け橋としての役割を果たします。アンテナは、RF回路と空間との間のインターフェースとしての役割を果たします。

「シノプシス カスタム設計プラットフォーム」は、包括的なRF開発フローを備えた、設計および検証ツールの統合スイートです。これにより、以下に示すように、設計意図の伝達を容易にし、RF設計のクロージャーを達成するための設計・レイアウトの連携が促進されます。

RFICについては、シリコンに最適化された電磁界シミュレーションのワークフローが、カスタム設計プラットフォームを補完します。 シノプシス VeloceRF 誘導素子のレイアウト合成およびモデリングツールを活用することで、設計者は高速かつ高精度なRF素子の合成とモデリングを実現できます。 Ansys オンチップ設計専用の設計解析およびモデリング用シリコン最適化電磁界ソルバー「RaptorX」は、フロアプラン決定のために、レイアウトの受動素子および配線をモデル化します。設計者は、ICデータベースをAnsys に 投入し、Ansys の「RaptorH」シリコン最適化電磁界 ソルバー（高周波シミュレーションインターフェースを内蔵）を介して、HFSS高周波電磁界シミュレーションソフトウェア でシステムレベルのシミュレーションを行い、ダイ 、パッケージ、およびプリント基板（PCB）の電磁界シミュレーションを完全に実行します。 サインオフ段階では、 シノプシス Exalto サインオフ向けのシリコン最適化電磁界モデリングソフトウェアは、RF回路の電磁界的に重要な部分について電磁界モデルを用いて単純なRC解析結果を補完し、高速なポストレイアウトシミュレーションのためにバックアノテーションが行われます。