文章的主要目錄如下：
01. 5G正在發生
02. 什麼是功放基板設計
03. 5G基板設計方式與挑戰
04. 在ADS上輕鬆的畫你的基板
05. 是德科技專家提供的定製化基板設計套件等相關服務
5G正在發生
隨著科技的進步，物聯網生活模式的興起，資料傳輸速度需求的增加，促進了通訊規格的演進。從2G的通話﹑3G的網頁瀏覽﹑4G的影音到如今的5G互聯網，各代的射頻芯片製作也有所不同，引起智能手機耗電量也大幅度增加。
引用網絡公開材料，文中其他的圖標和數據都是引用網絡公開材料或者Keysight內部調研材料，不再贅述。
在科技進步過程中，各代射頻芯片其主要的服務功能如下表所示 :
目前，我們已經進入了5G時代，5G手機下載1G高清電影只需要3秒 - 5G芯片支持5G通信頻段，包括低頻、毫米波、高頻；支持5G通信標準等，可以讓手機實現最高10Gbps的理論數據下載速率，而這個速率遠遠超過4G，達到前所未有的新高度，讓更多應用有了實現的可能，同時也增加了手機的耗電量。
智能手機的電池續航能力成為制約智能手機發展的一個重要阻礙，而除了顯示屏外，手機中最大的耗電大戶就是射頻功放了。特別是隨著手機向5G演進，手機中的RF前端將會非常複雜，一個手機將需要多顆不同頻段、不同制式的功放(PA)、濾波器與雙工器等。
值得一提的是，手機靈魂部件功率放大器(PA Module)在RF模塊中是功率消耗最大且性能要求嚴苛的組件，在整體RF模塊中是消耗時間最多難度最大的組件之一。如果可以大幅度降低手機PA的耗電量，就可以大幅度提高智能手機的續航能力。
本文內容著重描述如何利用是德科技的軟件 - ADS，結合基板設計套件(Laminate PDK)，讓PA模塊設計工程師簡化設計流程，提高設計效率與設計品 。
什麼是功放基板設計？
在手機無線收發的部件中，PA模塊(PA Module)是功率消耗最大的部件，其性能往往直接決定了手機的電池使用時間。為了瞭解功放基板設計的概念，首先，我們從功放開始談起，功率放大器模塊由這些部件組成 :
- 功率放大器芯片(PA)
- 切換開關(Switch)
- 控制芯片(Control)
- 整合模塊基板(Laminate)
- 表面貼附被動組件(SMD)
- 表面聲波濾波器(SAW Filter)
- 雙工器(Duplexer)
讓我們通過下圖一窺功率放大器模塊內部的組成(下圖即為進階的muRata PAMid 功率放大器模塊) :
上圖的PA，由於進階的LTE與5G(sub-6G)應用加入CA(載波聚合，Carrier Aggregation)，運用多頻段同時傳輸提升傳輸速度。在組件上多了多任務器(Duplexer)與表面聲波濾波器(SAW Filter)，但不變的，依然利用基板(Laminate)進行整個功率放大器模塊的整合，所設計的基板直接影響到功率放大器模塊的性能與效率。
接下來我們來了解基板的概念，基板是類似PCB但更為精細的工藝，通常基板金屬為銅且最小寬度可達到40微米，金屬線間距可達到50微米。基板的功能，主要是乘載各組件使功率放大器模塊化，同時還可以擔當功率放大器的輸入匹配與輸出匹配電路。
因此好的功放基板設計是可以大幅度提高功率放大器匹配調整的靈活性。基板的另一個優點是其非常適合設計低損耗高性能的匹配電感。這個優點可以從下表不同工藝下電感一般可達到的品質參數的比較中看出 :
關鍵匹配電感運用基板一方面雖然可達到非常優越的性能以及大幅提高功率放大器功率與效率，但另一方面也會佔據大量的空間。因此基板的設計，往往非常繁瑣，且需要運用大量的電磁場仿真進行運算，而這個既是挑戰也是機遇，Keysight ADS相關工具可以很好的完成這個任務。
在接下來的內容，我們將對比傳統基板設計流程與在ADS平臺上多任務藝聯合電磁場仿真流程的差異，從而介紹ADS平臺上對於基板設計所提供的各式功能。
5G基板設計方式與挑戰
在基板(Laminate)的設計過程中，版圖設計通常在ADS的Layout環境進行，基板的效應則需要用電磁場仿真工具(EM Simulation) 進行評估。當然，由於ADS平臺上所提供的精確且使用便利的設計環境，最後的整體仿真性能評估，都會是在ADS上進行。
下面列舉幾個5G基板設計方式 (版圖設計是在ADS的Layout環境實現的) :
下列參考上述資料，使用者可能用不同EM工具進行仿真的設計流程對比 :
方式1
ADS平臺上將FEM或Momentum結果手動代入Schematic仿真
此方式如下圖所示，可運用layout look-alike symbol，讓組件的連接更直覺，但是還需要將EM的結果手動帶入電路進行仿真。
方式2
手動將第三方EM仿真代入Schematic中進行仿真
部分使用者有其喜愛使用的EM工具，但代入ADS的工法上較為麻煩，可能是個耗時費工又易出錯的手動步驟。以下圖示為第三方EM工具藉由SnP file，將EM效應帶入ADS中進行仿真 :
實際上，方式1和方式2都暴露出一些缺點，很難應對5G時期PA基板設計的各種挑戰。一方面，二者皆需要不少手動流程，增加了出現錯誤的幾率以及大大降低了基板設計的效率，無法應對5G時期的相應的工作。另一方面，後者引入了第三方的工具，也會帶來數據兼容性以及後期仿真的debug不同工具之間互相推諉的問題。
所幸，ADS已經成功地開發了新式的設計流程，進一步大幅簡化手動的步驟 ，從而可以從容地應對5G時期的基板設計工作，詳情請見方式3。
方式3
多任務藝聯合電磁場仿真 (最佳方法 \^0^/ )
在基板上的EM仿真，由於工藝截然不同，通常分別設計基板與PA芯片，並且手動進行兩部分仿真的連線，再進行聯合仿真。
在ADS平臺提供Multi-Technology聯合EM仿真設定中，可將整個PA模塊(基板與PA芯片)，直接進行聯合EM仿真，如此不需要芯片與模塊間的手動連接步驟，大幅簡化步驟提高效率。一般而言，傳統仿真的作業流程，一個設置週期可能就在兩個小時以上。
下面兩張圖分別給出傳統仿真和聯合仿真兩種工作模式的流程以及大概時間評估。從而可以看出，在聯合仿真的流程上，設計者可以專注在設計的部分，簡化了繁瑣的設置和連接流程，大大提高了工作效率。
傳統仿真工作模式的流程和部分時間評估
聯合仿真工作模式的流程和部分時間評估
在ADS上輕鬆畫你的基板
想要輕鬆地進行PA的基板設計，以下兩個方面的因素缺一不可，一方面要有強大的軟件工具支持，另一方面還要有與之匹配的基板工藝的設計套件(Laminate PDK)
本章先從軟件工具談起，ADS是非常優質的軟件工具平臺，ADS研發團隊內部有許多PA模塊設計資深經驗的專家，擁有多年的RF設計經驗，可以設計出最符合業界需求的功能模塊，提供工具使用支持反饋，持續優化設計環境，給予使用者優質的使用體驗。在這章節，將會簡單描述幾個可以讓客戶輕鬆設計基板版圖的相關功能。
下圖為範例中使用的Schematic :
功能1
Layout與Schematic差異對比
此功能類似LVS，可對比Layout與Schematic間的差異，例子中缺少的SMD組件，可直接從對比結果中拉出放置到Layout位置上。
功能2
在同金屬層上繪製地平面
在Insert -> Plane 的功能中，可在現有Layout的基礎上，插入Ground Plane。這Ground Plane會自動避開線有的設計，以包覆的方式進行地平面設計的實現。
功能3
畫連接線自動插入過孔
在Incomplete Net Connections 可找到未完成的連線，在此之上畫上Trace，在走線過程可透過Hot Key (“”)進行即時的換層，並且同時自動插入過孔(VIA)進行連接。
功能4
緊密繞線功能
設計師需在有限的空間內完成所需要的設計，因此有時必須依循Design Rule達到緊密的繞線。如下圖，當繞線接近相鄰線段且違反規則時(#1)，相鄰線段會有相應的即時提醒機制 (Highlight) 提醒使用者。在#2遇到SMD PAD的阻礙，使用者可直接跨越SMD，工具會自動修正並將其沿SMD進行繞線。
功能5
檢測重迭連接
在下圖#1位置，若有條線造成錯誤的連接關係，Layout會自動亮起提醒用戶可能有問題，且在Overlapping Nets上也可以觀察出異常。
是德科技專家提供的定製化相關服務
實際上，04部分已經提到過，優秀的PA芯片以及基板設計一方面少不了強大的軟件工具ADS平臺，另一方面也離不開相應的工藝設計套件(PDK)以及基板設計套件(Laminate PDK) 。製作精良的PDK可以大幅減輕相關設計工作。在芯片設計的領域，PDK是芯片廠提供給IC設計師的設計套件，設計工程師依據PDK進行電路設計與相關仿真，在芯片仿真性能達到設計要求時，則產出版圖並交付芯片廠進行芯片製造。
是德科技的PDK研發團隊 - 是德科技除了美國、中國與日本研發中心外，更設立印度研發中心，負責PDK相關研發任務。是德印度在PDK製作上，提供技術服務與功能研發，與各大國際知名芯片廠與芯片製造商密切合作，擁有豐富的產業經驗。
芯片設計的PDK常見於各半導體芯片廠，但目前基板廠通常只專注於製成工藝，缺乏仿真思維與經驗，更無相關PDK的提供。於是設計工程師往往在閱讀板廠的設計準則與規範後，進行肉眼與手動的確認，繁瑣且易出錯。部分PA設計公司只能自行研發簡易的PDK，進行設計上的簡化，然而簡易的PDK可能難以滿足PA模塊設計所需的各項功能。
是德PDK團隊提供定製化基板PDK開發服務 - 在基板設計的領域，是德科技的技術團隊提供定製化的基板PDK開發以及相應的技術培訓服務，可以大幅提高設計者的設計效率與質量。是德所提供的PDK，可依據客戶所使用的板廠與對應的工藝進行定製化開發，還可以交付包含技術培訓與源文件在內的附加服務，便於使用者自行修改與建立相關衍生的基板工藝，提高維護效率與建構成本。
一般而言，是德團隊提供的Laminate PDK開發服務主要包括以下功能開發：
一般基板上的器件，通常如下圖所示 :
當然，基板PDK功能以及基板上的器件不僅限於上述的內容，但由於篇幅關係，更多細節內容，歡迎您隨時聯繫是德技術團隊，或通過官網提交需求。
關於是德科技
我們致力於幫助企業、服務提供商和政府客戶加速創新，創造一個安全互聯的世界。自 1939 年惠普公司成立，到 2014 年 11 月 1 日是德科技作為一家新電子測試測量公司獨立運營，我們繼續秉承不變的企業家精神和激情開啟新航程，鼓舞全球創新者，幫助他們實現超乎想象的目標。我們的解決方案旨在幫助客戶在 5G、汽車、物聯網、網絡安全等領域不斷創新。
