一种基于坐标下降法的毫米波放大器快速优化方法技术

本发明专利技术涉及一种基于坐标下降法的毫米波放大器快速优化方法，涉及电子设计自动化工具仿真优化领域，本发明专利技术通过数据库，保存了消耗较大的电磁仿真数据，避免了重复的电磁仿真消耗，加速了毫米波放大器自动设计。基于坐标下降法，将一个高纬度的复杂优化问题分解为一系列一维的简单优化问题，大大降低了优化问题的复杂度，从而加速了毫米波放大器自动设计。本发明专利技术最终得到的设计具有良好的有效性和高效性。性。性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于坐标下降法的毫米波放大器快速优化方法


[0001]本专利技术涉及一种基于坐标下降法的毫米波放大器快速优化方法，属于电子设计自动化(EDA)工具仿真优化


技术介绍

[0002]随着第五代(5G)移动通信技术的发展，毫米波集成电路被广泛研究。同时，随着机器学习和其他技术的兴起，毫米波集成电路的设计自动化方法也越来越受到关注。
[0003]毫米波放大器包括低噪声放大器、功率放大器等，是毫米波收发器中最重要的电路之一，在集成电路中往往是不可缺少的。为了放大微弱的接收信号或提供足够高的发射输出功率，高增益的毫米波放大器通常由多级组成，这不仅加大了电磁仿真的消耗，而且各个级别之间相互影响，使得优化设计更加困难。因此，对于像毫米波放大器这样的毫米波集成电路来说，高效和有效的设计自动化技术是十分需要的。

技术实现思路

[0004]为了克服现有研究的不足，有必要针对电磁仿真和设计优化，提出一种高效且有效的快速优化方法，一方面减少重复的电磁仿真消耗，另一方面使用一种高效的优化算法，以加快毫米波放大器的设计速度。
[0005]一种基于坐标下降法的毫米波放大器快速优化方法的具体步骤如下：
[0006]步骤一：确定所设计毫米波放大器的结构以及优化目标；
[0007]步骤二：根据优化目标手动设计毫米波放大器的有源核心结构；
[0008]步骤三：设置毫米波放大器无源结构的参数x1,x2,
…
,x
N
以及参数范围，并将多个优化目标归一化为一个最小化问题minf(x1,x2,
…
,x
N
)；
[0009]步骤四：初始化：随机生成一个初始值
[0010]步骤五：第r+1次迭代，r≥0：对于选择一个坐标s∈{1,
…
,N}，计算得到新的迭代满足：
[0011][0012]步骤六：收敛：第m次迭代后，对于均满足：
[0013][0014]则得到最优解
[0015]步骤七：对所述步骤二中确定的有源核心结构和所述步骤六中的无源结构最优解
进行整合，绘制整个毫米波放大器版图并进行电磁仿真，验证其是否满足步骤一中的优化目标，若满足，则完成快速优化设计，否则，返回步骤四。
[0016]在所述步骤五中，为了加速仿真，引入了数据库。将每次的所述无源结构的电磁仿真数据进行保存，避免重复对相同参数的无源结构进行仿真。若所述无源结构需要的电磁数据在数据库中，则直接读取；否则，通过电磁仿真器进行仿真，并更新数据库。
[0017]所述步骤步骤五中，坐标s的选择策略如下：
[0018]s＝rmodN+1
[0019]其中，r表示的是迭代次数，N表示的是参数个数。
[0020]与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
[0021]本方法通过数据库，保存了消耗较大的电磁仿真数据，避免了重复的电磁仿真消耗，加速了毫米波放大器自动设计。除此之外，这个数据库可以永久保存，在之后进行的优化中，也可以使用此数据库。本方法基于坐标下降法，将一个高纬度的复杂优化问题分解为一系列一维的简单优化问题，大大降低了优化问题的复杂度，从而，加速了毫米波放大器自动设计。本方法具有良好的拓展性，可以延伸应用于包括低噪声放大器、功率放大器等毫米波集成电路电路以及其他毫米波电路阻抗匹配的设计
附图说明
[0022]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0023]图1为本专利技术一种基于坐标下降法的毫米波放大器快速优化方法的执行流程图；
[0024]图2为本专利技术实施例中所设计的毫米波低噪声放大器结构；
[0025]图3为本专利技术实施例中无源结构的示意图；
[0026]图4为本专利技术实施例中梯度下降法前四次迭代示意图；
[0027]图5为本专利技术实施例的毫米波低噪声放大器快速优化结果的电磁仿真示意图。
具体实施方式
[0028]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0029]如图1所示，一种基于坐标下降法的毫米波放大器快速优化方法，包括以下步骤：
[0030]步骤一、确定所设计毫米波放大器的结构以及优化目标，具体的，毫米波放大器结构有单端或差分、单级或多级等，优化目标有噪声、增益等；在本实施例中所设计的两级差分低噪声放大器结构如图2所示，包括两个有源核心结构和三个无源结构。电路优化目标为：在频率范围37～43GHz频段，满足增益(dBS21)大于20dB，噪声系数(NF)小于4dB，输入和输出端口反射系数(S11、S22)小于
‑
10dB；
[0031]步骤二、根据优化目标手动设计毫米波放大器的有源核心结构，在本实施例中为
电容中和的差分共源晶体管对(neu
‑
MOSP)，手动设计的结果为晶体管(M1～M4)的栅长为60nm，栅宽为44μm，中和电容(C1～C4)值为18.7fF。
[0032]步骤三、设置毫米波放大器无源结构的参数x1,x2,...,x
N
以及参数范围，并将多个优化目标归一化为一个最小化问题min f(x1,x2,...,x
N
)，具体的，常见的无源结构有：电感、电容和变压器等；在本实施例中，无源结构为三个变压器(Txfr)，其结构和尺寸如图3所示，每个变压器有7个参数，它们的参数范围为：初/次级线圈的圈数Np/Ns∈{1，2}，初/次级线圈的宽度wp/ws∈[60μm,100μm]，步长为5μm，初/次级线圈外径长dp/ds∈[3μm,4μm]，步长为0.5μm，初次级线圈的重心距离d∈[0μm,20μm]，步长为5μm，因此总共有21个参数；
[0033]步骤四、初始化：随机生成一个初始值在本实施例中，以Txfr1为例，它随机生成的初始值为Np/Ns＝1，wp/ws＝3.5μm，dp/ds＝80μm，d＝10μm；
[0034]步骤五、第r+1次迭代，r≥0：对于选择一个坐标s∈{1,...,N}，并计算得到新的迭代满足：
[0035][0036]其中，为了加速仿真，引入了数据库。将每次的所述无源结构的电磁仿真数据进行保存，避免重复对相同参数的无源结构进行仿真。若所述无源结构需要的电磁数据在数据库中，则直接读取；否则，通过电磁仿真器进行仿真，并更新数据库；坐标s的选择策略如下：
[0037]s＝r mod N+1
[0038]其中，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于坐标下降法的毫米波放大器快速优化方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一：确定所设计毫米波放大器的结构以及优化目标；步骤二：根据优化目标手动设计毫米波放大器的有源核心结构；步骤三：设置毫米波放大器无源结构的参数x1,x2,...,x
N
以及参数范围，并将多个优化目标归一化为一个最小化问题min f(x1,x2,...,x
N
)；步骤四：初始化：随机生成一个初始值步骤五：第r+1次迭代，r≥0：对于选择一个坐标s∈{1,...,N}，计算得到新的迭代满足：步骤六：收敛：第m次迭代后，对于均满足：则得到最优解步骤七：对所述步骤二中确定的有源核心结构和所述步...

【专利技术属性】
技术研发人员：文进才，周将城，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：