ADS和HFSS联合仿真方法（芯片探针优化）

频率在毫米波或高于毫米波的射频芯片因为高频率微波传输损耗的原因使用时往往需要波导做主要传输线。但芯片与波导间的信号传输需要类似于芯片探针的结构将芯片上的信号耦合到波导之中反之也是可以。关于这种结构知网中有诸多探针过渡结构设计可供原理学习。以下将介绍这种探针结构的设计方法和如何利用软件快速优化出结构。软件演示以HFSS2021版本和ADS2019版本在仿真开始前应确定好芯片基底材料并确认好GSG的尺寸和整个芯片的尺寸。芯片内部并不需要还原重点还原好GSG就可以了G是贯穿基板地金柱要格外注意还原细节两头信号出入口要缩短用50Ω微带线连接即可往往是1-2um厚度的金芯片两端用金丝键合到外部微带线上多是50欧姆的罗杰斯5880于HFSS中建模类似如下图图1因为探针过渡结构要放置在腔体槽内下面我们在确定传输波导的尺寸后需要仿真出波导和从芯片引出的50Ω传输线之间的连接结构根据阻抗匹配的方式采用减高波导和多级微带线过渡这样可以有效提高匹配的带宽减高波导和多级微带线不做过多介绍。图一图一在HFSS之中建模完毕后设置好仿真端口跑一遍仿真为的是得出S参数然后根据如下方式导出S2P文件因为是两个端口也就是SNP中N2步骤如下图二导出SNP文件后这个SNP类似于黑盒但是有对应频率下的S参数数据可以给到ADS应用。图三在ADS中将s2p控件引入导入之前的HFSSs2p这样就将HFSS中的模型的S参数引入了ADS中参与路的分析。根据背靠背的传输验证背靠背就是以芯片为中心两侧探针和波导完全对称验证通过芯片的传输效果S11小于-20dB即可较好的传输效果需要在ADS中接着引入HFSS模型中一侧的S1P,S3P 并规划好用几节微带线一般在3-6节就够了。为清晰说明给出全图对比图四其中圈1和圈3是需要先根据减高波导给出适当的减宽宽度随意设置但是比要当传输线的波导窄两节减高的话就是末端最窄的那部分圈2是圈1和圈3之间未知的长度需要ADS优化中给出圈4同圈2一致圈5是中间宽度的波导圈6是传输标准下的波导圆圈处已经对应到ADS中注意ADS中控件RWG的B对应波导宽要除以1.62。同时注意圈3是包含了微带部分的控件图5S3P一节宽微带和出口处细微带将S1P和S3P都导入ADS后我们一定要采取逐级还原的方式也就是说在我们给定了S1P和S3P后在之前带着芯片的S2P固定不动搭建好ADS链路设置仿真和要优化的参数。开始优化会达到一组合适的各部件参数但是我们只要还原一节靠近S2P的微带到HFSS之中然后将还原一节的S2P从新导入ADS中充当新的S2P之前的前一级微带在ADS中因为被还原了新的S2P包含着所以做短路处理再次进行目标优化下面微带的还原从新导入同理这是因为路和场分析的差异所以要这样做两级或多级微带还原完毕接着还原波导都还原后可以在HFSS中得到S11基本和ADS中一致的参数完成优化这样的仿真利用了ADS路分析的快速优化工具同时使得优化不在局限HFSS中慢速的场分析方式使得探针设计快速高效。