本研究的作者为丛日行，指导教授为游彬教授，所属机构为杭州电子科技大学集成电路工程专业。该研究以硕士学位论文形式完成，并于2024年5月提交。
本研究属于射频集成电路设计领域，聚焦于射频器件行为模型（behavioral model）的建模方法。射频电路因其工作频率高、分布参数效应明显，在输出端会产生谐波、交调（intermodulation）和相位失真等非线性效应，导致设计难度大。当前主流设计方法是先进行理论仿真再实现电路，因此射频EDA（Electronic Design Automation）软件成为必备工具，而射频器件的理论模型则是EDA软件的核心基础。
目前全球EDA市场主要由Siemens、Synopsys和Cadence三家公司主导，国内EDA工具面临工艺制程不够先进、设计链条覆盖率低等挑战。本研究旨在开发与商用软件（如ADS）精度相当的射频器件理想模型，为国产EDA软件发展奠定基础。
研究首先分析了现有射频器件非线性模型，包括有记忆模型（如Volterra模型、Wiener模型）和无记忆模型（如幂级数模型、Saleh模型、Rapp模型）。针对现有模型的局限性，提出了一种分段拟合行为模型建模算法：
建模流程： - 采用分段多项式方法，将AM-AM（幅度-幅度）和AM-PM（幅度-相位）特性分为不同工作区域 - 通过求导确定特性曲线变化最大点及其斜率 - 建立基础模型表达式：y = c₀ + c₁x + c₂x² + c₃x³ - 对连续性较差区域引入修正模型，通过开关变量s控制修正项激活
验证方法： - 使用ADS中的理想放大器Amplifier2和混频器Mixer2进行对比仿真 - 采用谐波平衡仿真控制器（harmonic balance） - 通过归一化均方误差（NMSE）评估模型精度
创新点： - 提出的分段模型可同时描述AM-AM和AM-PM失真 - 适用于多种工艺器件（GaAs PA、GaN PA、LDMOS PA等） - 基础模型与修正模型结合提高拟合精度
将理想放大器模型分为噪声模块和功能模块：
功能模块设计： - 线性区：采用一阶多项式描述 - 非线性区：根据参数类型选择不同阶数多项式： - 三阶交调点（IP3）：三阶多项式 - 增益压缩点：三阶多项式 - 功率饱和点：五阶多项式 - 多参数共存情况：最高九阶多项式
噪声模块设计： - 采用二端口网络噪声分析 - 关键参数： - 噪声系数（NF） - 最小噪声系数（NFmin） - 等效噪声电阻（Rn） - 最佳反射系数（Sopt） - 通过戴维南等效电路和诺顿等效电路转换分析
模型验证： - 与ADS模型对比显示： - 非线性参数NMSE < -42dB - 噪声相对误差 < 0.1%
混频器模型重点解决频率变换、噪声和非线性问题：
建模方法： - 结合非线性参数计算理论与三端口特性 - 工作模式分析： - 上变频模式 - 下变频模式 - 噪声建模考虑不同工作模式影响
验证结果： - 与ADS理想混频器对比 - 各参数NMSE < -36dB - 表现出良好的一致性
研究还建立了多种射频器件的理想模型：
理想开关模型： - 基于输出表现建模 - 验证NMSE < -40dB
理想倍频器模型： - 根据输出特性结合理论推导 - 参数包括： - 输入频率范围 - 输出谐波次数 - 转换损耗
压控振荡器（VCO）模型： - 基于理论公式和谐波影响 - 关键参数： - 调谐范围 - 调谐灵敏度 - 相位噪声
非线性模型精度：
多种工艺适用性验证：
完整器件模型库：
本研究通过对射频常用器件建模方法的研究，实现了以下科学价值和应用价值：
科学价值： 1. 提出了一种通用的分段式非线性行为建模方法，可同时处理AM-AM和AM-PM失真 2. 建立了完整的射频器件理想模型库，覆盖收发链路主要功能模块 3. 开发了高精度的噪声建模方法，噪声相对误差<0.1%
应用价值： 1. 为国产EDA软件提供了可靠的射频器件模型基础 2. 模型精度与主流商业软件（如ADS）相当，具备替代潜力 3. 缩短射频电路设计周期，降低开发成本
创新亮点： 1. 首创将分段多项式方法应用于射频器件AM-PM特性建模 2. 提出的模型兼具半物理特性和无记忆特性优势 3. 实现了单一模型对多种工艺器件（GaAs、GaN、LDMOS）的通用描述
作者建议未来工作可以从以下方向展开： 1. 将建模方法扩展到有记忆效应器件 2. 开发更高效的非线性参数提取算法 3. 整合模型到国产EDA工具链中进行实际验证 4. 研究毫米波频段器件的行为建模方法
本研究为射频器件建模提供了新的思路和方法，其高精度、通用性的特点将为国产EDA工具的发展做出重要贡献。