Ukazała się pierwsza wersja AWR po przejęciu przez Cadence

| Technika

Na początku 2020 roku firma Cadence kupiła od National Instruments firmę AWR zajmującą się tworzeniem oprogramowania inżynierskiego. Celem, jaki przyświecał tej transakcji, była chęć głębszej integracji pakietu AWR z oprogramowaniem do projektowania PCB OrCAD i Allegro, ale także ze środowiskiem do projektowania układów scalonych Virtuoso.

Ukazała się pierwsza wersja AWR po przejęciu przez Cadence

Nowa wersja pakietu o numerze 15.0 to zarazem pierwsza wydana przez Cadence. Umożliwia ona spójne projektowanie i analizę obwodów mikrofalowych i RF do aplikacji 5G oraz bezprzewodowych rozwiązań IoT. Pozwala na szybsze wdrażanie i optymalizację rozwiązań w dziedzinie komunikacji, lotnictwa, IT i produktów IoT. AWR jest teraz integralną częścią rozwiązania inżynierskiego Cadence Intelligent System Design. Liczba nowych aplikacji przeznaczonych dla M2M, IoT czy nowa generacja telefonów komórkowych tak szybko się powiększa, że stwarza nowe, nieznane wcześniej w swojej skali wyzwania dla komunikacji bezprzewodowej realizowanej między innymi w standardach 5G, NB-IoT, Bluetooth czy Wi-fi6. Stąd coraz większe wymagania i potrzeby inżynierów projektantów w zakresie funkcjonalności oprogramowania.

Rosną też wymagania dotyczące coraz większej wymaganej przepustowości urządzeń, wyższych szybkości transmisji danych i lepszej dostępności mobilnych sieci radiowych o mniejszych opóźnieniach. Zwiększa to wymagania stawiane jakości sygnałów w układach w.cz., ponieważ w nich najszybciej projektanci napotykają fizyczne ograniczenia. Aby sprostać oczekiwanej szybkości transmisji danych, udostępniane są kolejne (wyższe) zakresy częstotliwości pracy. Pozwala to zapewnić wydajność komunikacji, ale też pojawiają się nowe problemy, inne zagadnienia do rozwiązania, niż było to wcześniej, co wymaga użycia bardziej zaawansowanych rozwiązań, takich jak anteny w technologii MIMO czy elektronicznego formowania wiązki radiowej.

 
Fot. 1. Schemat ilustrujący nowoczesny proces projektowy, który integruje analizę EM z projektowaniem systemów i obwodów w.cz.

Kolejne wymagania to ogólna miniaturyzacja systemów elektronicznych oraz większa integracja komponentów i układów, co dodatkowo ogranicza dostępną przestrzeń w obudowach. Te stale rosnące wymagania i coraz nowsze zasady projektowania coraz częściej wymagają do współpracy licznych specjalistów, a granice kompetencji do niedawna wyraźnie dzielące projekt na części RF, analogową i cyfrową, dzisiaj się zacierają. Zmiany te wymuszają taki sposób pracy, w którym poszczególni inżynierowie muszą szukać kompromisów, a na procesy projektowania patrzeć ze znaczenie szerszej perspektywy.

Dobra współpraca zespołu w procesie projektowania złożonych urządzeń jest możliwa tylko przy użyciu narzędzi, które ułatwiają szybką i bezbłędną wymianę danych pomiędzy poszczególnymi członkami i ekspertami z różnych dziedzin. W nowej wersji środowiska AWR 15.0 skupiono się na ulepszeniu interfejsów do takiej wspólnej pracy. Dzięki integracji AWR z narzędziami dotychczas oferowanymi przez firmę Cadence stało się ponadto możliwe zaoferowanie narzędzi inżynierskich wspomagających pracę na bardzo wczesnym etapie projektu w celu wspomagania tworzenia kompletnych systemów wymagających zaprojektowania części RF, obwodów drukowanych PCB oraz układów scalonych, tak jak jest to zwykle wymagane w przypadku najbardziej złożonych aplikacji. Oczywiście czas projektowania skraca się również dzięki automatyzacji tego, co do niedawna było wykonywane ręcznie. Jeśli chodzi o wymianę danych, obsługiwane są nie tylko pliki Cadence, ale również formaty takie jak Gerber, IPC-2581 i ODB ++, które umożliwiają skuteczną wymianę danych z narzędziami PCB innych producentów.

Jak uniknąć błędów na wczesnym etapie?

Czas i koszty potrzebne do usunięcia błędów rosną wykładniczo, zwłaszcza gdy zostaną one późno wykryte. Jeśli przyczyna złego działania zostanie odkryta dopiero na etapie badań prototypu w komorze EMC, to zapewne dodatkowo koszt poprawek zwiększy się jeszcze o ponowne wykonanie pomiarów i nowych prototypów. Dlatego jeśli pomyłkę można wykryć poprzez symulację na wczesnym etapie działań, to jej wpływ na planowany czas wprowadzenia urządzenia na rynek i jego całkowity koszt będzie zdecydowanie mniejszy. Zasada ta prowadzi do wymogu jak najwcześniejszego stosowania się do zasad projektowych, które są wynikiem przełożenia wyników symulacji na język opisujący geometryczne struktury takie jak szerokości, odległości, relacje wzajemnych długości, itd.

Dzięki nowej wersji programu AWR 15.0 mozaiki płytek drukowanych mogą być importowane z narzędzi do projektowania PCB OrCAD lub Allegro lub z innego oprogramowania do projektowania za pośrednictwem IPC-2581 i ODB ++. Aby zoptymalizować projekty RF, środowisko AWR proponuje tzw. solvery elektromagnetyczne (klasy 2,5D i "pełne" 3D), liniowe oraz nieliniowe zarówno w dziedzinie częstotliwości, jak i czasu. Co więcej, w nowej wersji czas potrzebny na wykonanie poszczególnych analiz został dodatkowo zmniejszony, dzięki czemu można przetestować i porównać kilka podobnych rozwiązań jednocześnie. Warto dodać, że dzięki solverowi Axiem, pakiet AWR pozwala symulować planarne rozwiązania oparte na metodzie momentów (MoM), a wraz z solverem Analyst daje trójwymiarowy symulator FEM-EM. W zależności od potrzeb inżynierów dostępne są również interfejsy do innych symulatorów dostępnych w ofercie Cadence, takich jak Spectre, Celsius czy Clarity.

Wirtualna weryfikacja zgodności ze standardami

Wyższe zakresy częstotliwości i związane z nimi zastosowania dały początek nowym standardom. Urządzenia w nich działające muszą spełniać nowe wymagania, a zgodność z nimi jest zwykle potwierdzana pomiarami certyfikującymi. Narzędzia projektowe AWR zawierają szereg wirtualnych konfiguracji testowych udostępnionych w celu weryfikacji zgodności projektów z normami, możliwych do użycia jeszcze przed zbudowaniem prototypu i wykupieniem usługi badań w laboratorium pomiarowym.

W bibliotekach programu AWR znajdują się łatwo konfigurowalne źródła i odbiorniki sygnału, które można łączyć ze sobą w celu weryfikacji projektowanego obwodu w ramach konfiguracji testowej. Jako przykład niech służy biblioteka dla 5G NR, która została dodana w wersji 15, a dostępne dla użytkowników programów zasoby informacyjne w Internecie wzbogacono o przykłady projektów 5G, które zostały skonfigurowane zgodnie ze specyfikacjami 3rd Generation Partnership Project (3GPP). Fragmenty struktur oraz wybrane komponenty RF mogą być używane we wstępnie skonfigurowanych blokach nadajników i odbiorników do wirtualnego testowania transmisji w obu kierunkach i oceny zgodności ze standardem. Sygnały pomiarowe mogą być konfigurowane dla różnych pasm częstotliwości. Dodatkowo można ustawić parametry w zakresie mocy, częstotliwości nośnej, modulacji, metody kodowania (MCS) oraz szerokości pasma. Dostępne pomiary obejmują również współczynniki błędów BER i BLER oraz przepustowość.

 
Fot. 2. Zintegrowane stanowisko testowe 5G NR ze wstępnie skonfigurowanymi pomiarami i analizami

Biblioteka 5G NR umożliwia łatwe konfigurowanie źródeł i odbiorników sygnałów, które można wykorzystać do badań podzespołów w.cz. lub całych radiowych łączy komunikacyjnych a więc do pomiarów na poziomie systemu. Gotowe konfiguracje testowe przyspieszają proces projektowania i oceny przydatności komponentów dzięki wstępnie skonfigurowanym blokom 5G NR TX i RX oraz możliwości przeprowadzenia wirtualnych pomiarów. Dostępne konfiguracje sygnału pozwalają na regulację mocy sygnału, częstotliwości nośnej, schematów modulacji i kodowania (MCS), szerokości pasma tak, aby spełnić wymagania określone w specyfikacjach dla pasm poniżej 6 GHz (FR1) oraz mmWave (FR2). Konfiguracje testowe dla odbiornika obejmują z kolei wstępnie skonfigurowane pomiary czułości, współczynnika błędów BER i blokowej stopy błędów BLER a także przepustowości komunikacji.

Dostępne stanowiska testowe 5G NR TX umożliwiają symulację działania nadajników i walidację za pomocą wstępnie skonfigurowanych pomiarów w celu analizy wskaźników wydajności, takich jak komplementarna funkcja dystrybucji skumulowanej (CCDF), AM do AM/PM, widmo, wielkość wektora błędu (EVM), współczynnik mocy sąsiedniego kanału (ACPR) i podobne.

Modele testowe dla komunikacji downlink, zdefiniowane zarówno dla pasma poniżej 6 GHz (FR1), jak i pasma mm- Wave (FR2), udostępniają źródła sygnałów 5G NR do wykonywania pomiarów, takich jak moc wyjściowa stacji bazowej, emisje niepożądane, EVM itp. dla różnych typów modulacji jak QPSK, 16, 64 i 256 QAM. Przykładowe projekty, które są dostępne w zasobach wiedzy na stronach AWR, obejmują nadajniki i odbiorniki NR 5G skonfigurowane zgodnie z (3GPP) TS 38.141 sekcja 4.9.2. Zawierają wstępnie przygotowane do użycia diagramy systemowe i szablony wykresów gotowe do symulacji.

Dla poprawy wydajności wzmacniaczy mocy używa się obecnie różnych technik cyfrowych poprawiających ich liniowość. Wiodącą techniką linearyzacji jest tzw. cyfrowa redukcja nieliniowości (DPD, digital predistortion) i warto wspomnieć, że AWR 15.0 zawiera nowy blok funkcjonalny DPD dostarczający narzędzi do linearyzacji nieliniowych wzmacniaczy mocy w.cz. Aby zademonstrować jego możliwości, przygotowano projekt (dostępny w bazie wiedzy AWR) w oprogramowaniu AWR Microwave Office.

 

Tomasz Górecki – FlowCAD

FlowCAD
tel. 58 727 90 90
www.FlowCAD.com/AWR

Zobacz również

Dostępne nowe wydanie
Pobierz bezpłatnie