SpectreRF 應用於無線通訊系統整合模擬
Wireless Communication System Co-Simulation With SpectreRF研究生 楊子承 指導教授 林宗賢博士 在各式各樣無線通訊技術的蓬勃發展之下，隨之而來帶給通訊系統工程師的是在設計無線 通訊系統及電路方面更多的挑戰，而輔助工程師的 EDA tool 此時也扮演著極其重要的角色。在 今日的類比以及混合信號系統單晶片的設計中，類比、數位和射頻電路亦不斷趨向越來越緊密 的整合，因此如何選擇適當的 EDA tool 或是系統模擬輔助工具在講求高效率開發的前提下是一 個重要的課題。
常見的做法之一是利用 Matlab 或是 C/C++建立純粹的系統 Behavior model，並將其模擬結 果和實際細部電路模擬結果相比較來設計和完成一個完整的系統。除了過程較為繁瑣外，在一 些實際的例子中，傳統 Behavior model 所得到的結果不會比考慮同時進行電路和 Behavior model 的 Co-simulation 結果更接近實際量測到的效能。而在其他部份能夠進行 Co-simulation 的 Platform 之中常見到的另一個問題就是，例如在 Baseband modulation 方面為了因應各式各 樣不同的通訊架構，我們就可能會需要各種不同的 Modulation generator。因此我們也希望對 Custom model 的建立能夠有更大的彈性和便利性。
基於上述考量，我們利用 SpectreRF 作為我們的 Simulation platform。SpectreRF 除了對 Analog/RF 電路設計提供完善的模擬分析環境之外，也同時支援了可建立任意所需之高階行為 模型的 Verilog-A 語言。因此我們可藉由 SpectreRF 來進行通訊系統 Behavior model、實體電 路以及由 Verilog HDL 或 VHDL 所完成之 Baseband 部分的 Co-simulatiom。圖(一) 是一個 ZigBee(IEEE 802.15.4)系統模擬和量測估計 Error vector magnitude 的例子，除了由
Verilog-A 建立針對 EVM 量測的系統方塊以外，其中每一個方塊中均擁有各自對應的 Behavior model 和對等的實體電路，因此我們在諸如 Transient analysis 中利用 DFT 作 Spectral mask simulation(圖二)，或是 Envelope following analysis、Periodic steady state analysis… 等等各種不同的分析項目中，均可由先期理論 Behavior model 進行各項 Impairments 模擬，如 (圖三)是一個 EVM 模擬量測結果，各細部實體電路可在任何時候置換其中以取代原對應之 Behavior model 來與尚未取代的系統方塊作 Co-simulation，並逐步完成整個通訊系統的實體 電路設計。如此不但毋須在不同的 Platform 間轉換而可達到高效率的通訊系統模擬分析，在各 項分析方面也因 Platform 的一致而將可能導致的誤差降至最低。
圖(一) ZigBee 系統模擬架構
圖(二) 輸出頻譜
圖(三) EVM 模擬量測結果
