Automation applied to the design of integrated RF transformers for impedance matching

Abstract

Resumo : Este trabalho apresenta uma metodologia automatizada para o projeto e simulação de transformadores integrados assimétricos de uma espira para redes de adaptação de impedância entre estágios em configurações diferenciais utilizadas em amplificadores de potência. Um fluxo completo foi desenvolvido utilizando o MATLAB para controlar o Cadence Virtuoso por meio de scripts SKILL e OCEAN, permitindo simulações eletromagnéticas e de circuito sem intervenção manual. A metodologia inclui a criação do layout parametrizado do transformador, automação no posicionamento do transformador, definição de ports e simulações. O conjunto de dados resultante, com 403 transformadores, foi pós-processado para selecionar aquele com a menor perda de inserção dentro da faixa de frequência de interesse. A metodologia automatizada proposta foi comparada com a abordagem clássica atualmente empregada por projetistas de RF, baseada em cálculos teóricos e iterações manuais para criação do layout e simulação. O melhor transformador obtido por meio do método automatizado apresentou uma perda de inserção de 1,9 dB na frequência central de 150 GHz, semelhante ao valor de 1,8 dB obtido com a abordagem clássica, com S11 e S22 de -16,5 dB e -14,9 dB, respectivamente. No entanto, o transformador selecionado pela metodologia automatizada apresenta uma largura de banda mais ampla, mantendo a perda de inserção praticamente estável de 120 a 170 GHz, enquanto o projeto clássico atinge esse desempenho apenas de 150 a 165 GHz. A metodologia proposta torna o processo de projeto mais eficiente e menos demorado, já que a automação permite que o projetista se dedique a outras tarefas enquanto as simulações são executadas. Além disso, reduz a dependência da experiência do projetista, contribuindo para um desenvolvimento mais consistente de transformadores RF em amplificadores de potência

Abstract : Este trabalho apresenta uma metodologia automatizada para o projeto e simulação de transformadores integrados assimétricos de uma espira para redes de adaptação de impedância entre estágios em configurações diferenciais utilizadas em amplificadores de potência. Um fluxo completo foi desenvolvido utilizando o MATLAB para controlar o Cadence Virtuoso por meio de scripts SKILL e OCEAN, permitindo simulações eletromagnéticas e de circuito sem intervenção manual. A metodologia inclui a criação do layout parametrizado do transformador, automação no posicionamento do transformador, definição de ports e simulações. O conjunto de dados resultante, com 403 transformadores, foi pós-processado para selecionar aquele com a menor perda de inserção dentro da faixa de frequência de interesse. A metodologia automatizada proposta foi comparada com a abordagem clássica atualmente empregada por projetistas de RF, baseada em cálculos teóricos e iterações manuais para criação do layout e simulação. O melhor transformador obtido por meio do método automatizado apresentou uma perda de inserção de 1,9 dB na frequência central de 150 GHz, semelhante ao valor de 1,8 dB obtido com a abordagem clássica, com S11 e S22 de -16,5 dB e -14,9 dB, respectivamente. No entanto, o transformador selecionado pela metodologia automatizada apresenta uma largura de banda mais ampla, mantendo a perda de inserção praticamente estável de 120 a 170 GHz, enquanto o projeto clássico atinge esse desempenho apenas de 150 a 165 GHz. A metodologia proposta torna o processo de projeto mais eficiente e menos demorado, já que a automação permite que o projetista se dedique a outras tarefas enquanto as simulações são executadas. Além disso, reduz a dependência da experiência do projetista, contribuindo para um desenvolvimento mais consistente de transformadores RF em amplificadores de potência