主な機能

  • 測定データ、ネットワーク パラメーターまたは物理特性によって指定される RF フィルター、伝送線路、アンプ、ミキサー
  • RF コンポーネント ネットワークに関する S パラメーターの計算
  • RF トランシーバーの雑音指数、ゲイン、IP3 を算出し、RF Blockset™ テスト ベンチを生成する RF Budget Analyzer アプリ
  • モデルを構築し、Simulink® ブロックまたは Verilog-A モジュールとしてエクスポートするための有理関数近似方法
  • N ポート S パラメーターの測定データのディエンベディング
  • S、Y、Z、ABCD、h、g、T ネットワーク パラメーターの変換
  • 方形プロット、極座標プロット、スミスチャートを使用した RF データの可視化

S パラメーターによって特徴付けされたアンプの入力 (青) および出力 (赤) の安定円を示すスミスチャート。一定の有能利得 (黄) と一定の雑音指数 (紫) を備えた円は、雑音指数の最小化とゲインの最大化を実現できる入力および出力の一致条件を見つけるために使用できます。


RF コンポーネントの定義

RF 技術における主な課題は、コンポーネントがネットワークに組み込まれる場合に発生するインピーダンスの差や反射効果を考慮することです。RF Toolbox™ は、小信号応答を十分に特定できるネットワーク パラメーターによって RF コンポーネントを表します。RF Toolbox を使用すると、RF コンポーネントを含むあらゆる構成のネットワーク パラメーターと小信号応答を特定できます。この機能は、マッチング ネットワークの設計において利用可能です。

RF Toolbox を使用すると、直接または物理特性によって RF フィルター、伝送線路、アンプ、ミキサーを指定できます。ネットワーク パラメーターは、MATLAB® から生成するか外部データから読み込むことができます。Touchstone のような業界標準のデータ ファイル形式で読み取りと書き込みを行うことができます。また、集中 RLC 要素や伝送線路といったコンポーネントを、その物理特性によって指定することも可能です。RF Toolbox では、対応するネットワーク パラメーターを計算します。

RF Toolbox を使用すると、次の方法でコンポーネントを定義できます。

  • Touchstone 形式の .snp、.ynp、.znp、.hnp ファイルのデータを使用した一般的な回路要素
  • 公称値を使用した RLC 要素
  • 線路の形状と電気特性を使用した伝送線路

アンプの線形応答に関する測定データを 2 ポートの Touchstone ファイルから読み取り、S パラメーターの振幅値プロットでデータを可視化する。


S パラメーターの操作

RF Toolbox には、S パラメーター データを変換および操作する関数が用意されているため、そのデータの詳細を把握することができます。測定された 2N ポート S パラメーターのデータは、テスト フィクスチャとアクセス構造の影響を排除することでディエンベディングできます。シングルエンド測定は、差動型またはその他の混合モード形式に変換することができます。また、シングルエンドの N ポート S パラメーターをシングルエンドの M ポート S パラメーターに変換することができます。

RF Toolbox を使用すると、S、Y、Z、ABCD、h、g、T ネットワーク パラメーター形式間で変換して、用途に適した形式を選択できます。たとえば、RLC 回路のネットワーク パラメーターの計算用に Y パラメーター、カスケード要素の解析用に T パラメーター、周波数応答の可視化に S パラメーターを選択可能です。さらに、S パラメーターを別の基準インピーダンスをもつ S パラメーターに変換することもできます。

アンプの S パラメーターから測定用パッドの影響をディエンベディングするスクリプト (左)。測定 (青) およびディエンベディング (赤) されたネットワークの S11 パラメーターを示すスミスチャート (右)。
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RF ネットワークの設計

RF Toolbox を使用すると、RF コンポーネントのネットワークを構築できます。小信号周波数応答の計算に加えて、RF Toolbox は、カスケード コンポーネントに関する入力および出力反射係数、安定度係数、雑音指数、3 次インターセプト ポイント (IP3) も計算します。

RF Budget Analyzer アプリを使用すると、カスケードされた RF コンポーネントを作成、解析して、回路エンベロープ シミュレーションのための RF Blockset モデルとテスト ベンチを自動的に生成できます。また、無線アプリケーションの RF 送信機および受信機のモデル化を迅速に開始して、さまざまな運用条件におけるシミュレーション結果を解析による予測と比較することで検証できます。

RF Budget Analyzer アプリで解析された RF チェーンの例。S パラメーターを使用して特徴付けられたフィルタ、ミキサー、アンプはカスケード接続されます。また、結果の電力、ゲイン、雑音指数、IP3、SNR は、動作周波数とインピーダンスの不一致を考慮して、各段階で計算されます。


有理関数を使用したモデリング

RF Toolbox を使用すると、同等のラプラス伝達関数によって、周波数領域で定義されたデータ (S パラメーターなど) を近似することができます。たとえば、シングルエンド伝送線路と高速差動伝送線路を有理関数を使用してモデル化できます。このタイプのモデルは、たとえばバックプレーンやプリント基板を使用して、高速半導体デバイスの信頼性の高い接続を目標とした場合の、シグナル・インテグリティ技術で役立ちます。

有理関数近似には、従来の技術 (逆数高速フーリエ変換など) と比較して次のような利点があります。

  • よりシンプルなモデルを指定された精度で作成
  • モデルの低次元化により、複雑さと精度をトレードオフ
  • DC の外挿にゼロ フェーズを設けることで、複雑な制約アルゴリズムを記述する必要性を回避
  • モデルと伝送線路の特性を物理的に対応させることで、優れた視野を実現
  • システムの因果モデリング

典型的な シグナル・インテグリティワークフローでは、N ポート ネットワーク パラメーターによってバックプレーンを特徴付けした後で RF Toolbox を使用し、高速半導体 I/O 回路の設計を開始します。具体的には、以下の操作を行います。

  • ベクトル ネットワーク アナライザーを使用して、ネットワーク パラメーターを測定する
  • Touchstone データ ファイルをインポートする
  • シングルエンド型の 2N ポート S パラメーターを差動型の N ポート S パラメーターに変換する
  • 目的の干渉チャネルの伝達関数を計算する
  • 伝達関数を閉形式の有理関数モデルに近似させることで、必要に応じて低次元化する
  • モデルを Simulink または Verilog-A 形式にエクスポートし、I/O 回路の設計に使用する SPICE のようなアナログ回路シミュレーターでテスト環境として使用する

測定された S パラメーター (赤) から作成される有理関数モデル (青) の周波数応答 (左)。モデルは、符号間干渉を解析するための Communications System Toolbox を使用して、2 Gbps で動作しているバックプレーン (中央) をモデル化し、アイ ダイアグラム (右) を作成するために使用されました。