第五届中国研究生创芯大赛-艾为电子命题探讨

【英特尔IC华为杯】第五届中国研究生创“芯”大赛艾为电子企业命题赛题一：优化5G n77频段可变增益低噪声放大器设计及实现

引言

随着智能化设备的迅猛发展，5G技术的大规模商用已成为行业焦点与创新趋势。尤为关键的是，随着欧美日主流市场曲线逐渐迭出适用于5G网络的设备，实现支持较宽频段范围的产品研发尤为重要。因此，本次针对支持5G n77频段的可变增益低噪声放大器（Variable Gain Low Noise Amplifier，VGLNA）的方案设计与实现成为了本次中国研究生创“芯”大赛艾为电子企业命题不可或缺的部分。




背景与需求


5G技术背景：

5G网络不仅极大地提高了数据传输速度和容量，同时扩展了频段支持，使设备在较宽的频段内自由运转。n77频段（约为3.3GHz至4.2GHz）作为全球多种5G网络的重要组成部分，需设备具备高度兼容性，以应对不同全球市场的技术及业务需求。

设计目标：

设计一款集成有前置滤波器的可变增益低噪声放大器，适应多种电源电压场景，即适用于工艺不限的90nm至65nm，电源电压为1.8V，确保内部结构可覆盖从n41、n79频段的兼容，直至全球主流的n77频段。

设计指标与实施方案


设计指标：


工作频带：3.3~4.2GHz

工艺设计：推荐90nm至65nm（90nm至1.8V，65nm至1.8V或更低）

Power Supply: 1.8V

Stability Correlation Factor (K)：>1 (0.1~10GHz)

Reflection Loss: S11 <= 8dB, S22 <= 10dB

关键要素：

Substructure: Two Die Integration Format (PinJet Bonded), inhouse module implementation, including a 0.5nH Inductor and Q of 20 between two Dies.

Realization Recommendations: Single Die Integration integrating both filter and LNA functions for SVF architecture.

方法论与先进性


模拟电路与滤波器设计：


原理图分解：


使用经典结构与最新硅基工艺考虑，如CMOS或BiCMOS类型。


灵敏度分析与补偿，确保设计在宽频带内工作平稳，同时考虑温度、电压偏差等因素。


硬件验证：

次级仿真与建模：应用于构建电路实现算法的自我反馈机制，加强电路性能与物理一致性的结合。

电磁兼容性（EM）探讨：


实际EMAT：设备自带EM层，确保高频通信时的电磁干扰控制在最小化。


联仿EMAT & LNA：精确校准EMAT布局以实现最佳互连线布局和优化。


综合评价与未来展望


设计完整性和性能：

评分体系：评价设计的全面性与实现效果，重点关注子系统建模、电路完整性和性能评估。

案例如SI2模块实现：通过将模拟电路、滤波器融合，使用最新设计工具（如HNT工会与模型聚立畅分析）验证预期功能。

创新性与开发者体验：

硬件、仿真、模型评分类比：比较工具（如Spectre、ADS、Momentum、HFSS）的集成与分析输出，对设计形成排除外部环境影响的清晰视觉“框架”。

可展示性：

评委关注要点：特别强调设计的展示性与条理清晰性，通过汇报PPT、实施视频等形式展现设计过程与成果。

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