采用正交頻分多路轉(zhuǎn)換（OFDM）實體層的無線區(qū)域網(wǎng)路（WLAN），目前已經(jīng)在全球各地廣泛地進行商業(yè)建置，它主要是根據(jù)IEEE 802.11a/g OFDM 無線電標準。現(xiàn)在設(shè)計工程師正使用移動無線平臺專用的多模態(tài)IEEE 802.11a/b/g 晶片組，來提升IC 整合的程度，以配合價格低廉的無線上網(wǎng)服務(wù)。新興的IEEE 802.15.3a超寬頻（UWB）和IEEE 802.16d 無線都會區(qū)域網(wǎng)路（WMAN, 又稱WiMAX）標準，將促使IC 設(shè)計朝更高資料速率的OFDM 應(yīng)用發(fā)展。

　　過去三年產(chǎn)業(yè)全力開發(fā)WLAN OFDM 產(chǎn)品的結(jié)果，不但改革了設(shè)計與驗證的程序，還因為強調(diào)初期驗證而提升了設(shè)計的效率，并因此加快了在競爭激烈的消費者市場引進新的OFDM 產(chǎn)品的腳步。零中頻（Zero IF）的CMOS RFIC 徹底顛覆了WLAN 的設(shè)計，讓低價產(chǎn)品得以展現(xiàn)經(jīng)濟效益。這些產(chǎn)品通常包括基頻和RFIC，它們會在電路板層級的模組或封裝內(nèi)整合一些晶片外（off-chip）元件，像是功率放大器、濾波器和天線，如圖1 所示。

　　RF 和基頻IC 通常會整合到參考無線電（reference radio）的原型中，以便在量產(chǎn)IC 之前進行系統(tǒng)層級的OFDM無線電認證測試。舉例來說，使用可程控的基頻IC 補償演算法，可以減少RF IC的瑕疵，而這些演算法必須在系統(tǒng)層級的參考無線電測試過程中進行驗證。將模擬與驗證工具整合在一起的好處是，WLAN無線電系統(tǒng)設(shè)計工程師不必等到后期整合時才能找出RFIC 或基頻演算法中的問題，而是在設(shè)計流程的初期就能驗證重要的OFDM 無線電規(guī)格。

　　在整合的設(shè)計流程中，一開始必須進行RF 和基頻IC 的模擬，以便在tape-out之前驗證重要的規(guī)格，進而縮短設(shè)計週期。在模擬的過程中應(yīng)執(zhí)行各項虛擬量測，亦即分析候選OFDM 設(shè)計，以取得發(fā)射器的差錯向量幅度（EVM），并且進行除錯。將模擬時所合成的測試信號下載到儀器中，可產(chǎn)生OFDM 測試信號以評估原型IC。至于接收器的信號擷取與誤碼率（BER）測試，則必須在包含發(fā)射器失真、通道瑕疵及不想要的干擾信號下執(zhí)行。為簡化設(shè)計程序，可使用事先設(shè)好的測試與驗證設(shè)定，依據(jù)發(fā)射器頻譜、EVM 和BER 等效能量測標準來評估設(shè)計。

　　OFDM 無線電系統(tǒng)

　　遵循IEEE 802.15.3a 標準的UWB 無線個人網(wǎng)路（WPAN），使用低于11 GHz的載波頻率及110 到480 Mbp s的資料速率，提供短距離（＜30 呎）的應(yīng)用，例如家庭辦公室的無線USB 和串流視頻。遵循IEEE 802.16d 標準的無線都會區(qū)域網(wǎng)路（WMAN）則使用低于11 GHz 的載波頻率及最高75 Mbps 的資料速率，提供4 到6哩遠的寬頻無線上網(wǎng)（BWA），或“最后一哩”上網(wǎng)服務(wù)。由于頻譜管理單位、標準制定組織、工業(yè)團體及各個協(xié)會都在推動IEEE 標準，究竟哪些標準會勝出目前還不明朗。一般認為各家WLAN產(chǎn)品廠商針對消費性產(chǎn)品的相互操作性所做的努力，將有助于IEEE 802.11a/b/g 標準成為全球的無線網(wǎng)路標準。至于新興的WPAN/WMAN 標準，還得花上好幾年的時間才能完成。在各界競相推出新標準的這段期間，OFDM 無線電晶片設(shè)計師需要有彈性的設(shè)計與驗證工具，以便因應(yīng)不同的標準來設(shè)定新的模擬與測試解決方案。 

　　加速新興的OFDM 產(chǎn)品的開發(fā)

　　混合信號系統(tǒng)整合單晶片（SoC）的驗證作業(yè)，可在IC tape-out 及交付生產(chǎn)之前，根據(jù)模擬的行為和元件模型來確保設(shè)計達到效能規(guī)格。目前0.1 um IC 的生產(chǎn)過程都很久，所需的光罩成本大約是100萬美金。內(nèi)含幾千萬個閘的SoC 設(shè)計，往往需要用到幾千億個二進位測試碼型（測試向量）；產(chǎn)生及模擬無數(shù)個輸入組合，可以確保設(shè)計永遠不會發(fā)生無法恢復(fù)的狀態(tài)。工程小組可能要花上總設(shè)計時間的50% 到70% 來執(zhí)行驗證工作。生產(chǎn)混合信號SoC 最大的挑戰(zhàn)之一，就是必須為模擬和數(shù)字信號開發(fā)出適合的test benches，以便在自動化的設(shè)計與驗證流程中控制及觀察內(nèi)部的IC 信號。當SoC變得愈來愈復(fù)雜時，在設(shè)計週期中進行驗證就變得格外重要且富挑戰(zhàn)性。

　　OFDM 設(shè)計工程人員整合了系統(tǒng)層級的模擬與驗證設(shè)計流程，以便在模擬過程中對復(fù)雜的IC 設(shè)計進行生產(chǎn)前的初期驗證，同時他們也將上述流程與生產(chǎn)流程和制造測試程序連接在一起。如此一來，設(shè)計工程師就可以在整個產(chǎn)品生命週期中使用設(shè)計智財元件（IP），以達到降低成本的目標。以下三個重要的策略，可以讓新的OFDM 產(chǎn)品具備更高的可預(yù)測性和獲利能力：

　　• 執(zhí)行先期驗證

　　• 整合設(shè)計、驗證與制造測試

　　• 進行完美的RF 模擬

當產(chǎn)品進入開發(fā)的最后階段時，設(shè)計問題對財務(wù)與時程的影響將會愈來愈明顯。后期的整合問題及RFIC 未能達到效能目標，是造成專案進度落后及成本超出預(yù)期的兩個最常見的原因，但可藉由整合設(shè)計、模擬與測試工具和方法來解決。在開發(fā)IEEE 802.11 WLAN OFDM 產(chǎn)品的過程中，幾個重要的成功因素包括：

　　• 使用OFDM 通信模型程式庫來執(zhí)行合乎標準的參考無線電模擬。

　　• 參考無線電的端對端模擬與驗證，各個系統(tǒng)區(qū)塊是在不同的時間開發(fā)而成的。

　　• 當每個設(shè)計小組將個別的IP 區(qū)塊移到下一個開發(fā)階段時，都會執(zhí)行效能檢查。

　　• 在模擬與實體儀器之間使用一致的量測與分析演算法。

　　• 不同據(jù)點及單位的設(shè)計與測試站，都使用相同的效能量測標準。

　　圖1. OFDM 參考無線電。

　　OFDM 產(chǎn)品的開發(fā)生命週期

　　無線產(chǎn)品的開發(fā)生命週期始于新興的系統(tǒng)設(shè)計規(guī)格和無線電結(jié)構(gòu)概念，結(jié)束于獲利性產(chǎn)品的大量生產(chǎn)。一開始在系統(tǒng)層級所做的利弊取捨，決定了如何才能符合重要的無線電系統(tǒng)規(guī)格，同時達到經(jīng)濟的硬件實作。在設(shè)計階段進行系統(tǒng)與電路層級的模擬，可以事先預(yù)測提出的無線結(jié)構(gòu)及相關(guān)的參考無線電能否達到重要的規(guī)格。模擬作業(yè)會利用詳細的元件模型、RFIC 制程設(shè)計套件(PDK) 及RF 電路板/模組封裝寄生，對照每一種OFDM 標準的重要效能規(guī)格來驗證參考無線電。

　　面對龐大的快速上市壓力，設(shè)計工程師必須使用高效率的模擬工具來匯出設(shè)計IP，以供生命週期的后面階段重復(fù)使用，進而縮短設(shè)計週期。隨著無線電復(fù)雜度的不斷提高，設(shè)計師必須盡可能在生命週期的初期驗證效能。在每個階段進行產(chǎn)品的效能驗證，可以透過模擬及早發(fā)現(xiàn)重要的問題，進而規(guī)避風(fēng)險，如果等到開發(fā)週期的后期才來修正問題，恐怕要耗費更多的時間和成本。

　　整合設(shè)計、驗證與制造測試— Connected Solutions

　　Connected Solutions 結(jié)合模擬軟件及測試與量測儀器，構(gòu)成了各種彈性的解決方案，它們所提供的新的設(shè)計與驗證能力，可以因應(yīng)不同的OFDM 無線電標準來重新設(shè)定。模擬軟件與量測儀器的結(jié)合，意謂著可以分享信號、量測、演算法和資料，只解決光使用EDA 工具或儀器所無法排除的特殊問題。因整合而提供的全新量測公用程式，改善了設(shè)計的程序并延伸測試儀器的功能。近年來，數(shù)據(jù)通信（相對于語音）對于無線通信IC 設(shè)計流程的確立有很大的貢獻。過去幾年在各種WLAN 標準的發(fā)展過程中，Connected Solutions 確實滿足了許多彈性的驗證需求。

　　WMAN OFDM 副載波的龐大數(shù)量及較高的輸出功率位準（相對于WLAN），提高了達到功率放大器/發(fā)射器的EVM 規(guī)格的難度。圖2以使用ADS 先進設(shè)計系統(tǒng)及安捷倫的測試儀器為例，來設(shè)計與驗證WMAN 802.16d 無線電的功能圖與信號流程。將802.16d 測試信號從ADS 下載到安捷倫E4438C ESG 信號產(chǎn)生器，然后通過WMAN 功率放大器待測裝置（DUT），再使用安捷倫89641A VSA 向量信號分析儀來分析，以便驗證EVM 規(guī)格。圖3 和圖4 分別顯示量測與模擬的結(jié)果，量測值是以VSA 顯示圖來顯示，模擬結(jié)果則是以ADS先進設(shè)計系統(tǒng)資料顯示格式來顯示。UWB OFDM 跳頻使得振盪器和接收器的設(shè)計，更難達到低相位噪音和跳頻的需求。圖5 是可產(chǎn)生UWB OFDM Mode 1跳頻（3 個跳頻）的線路圖；圖6 是ADS2004A 所顯示的模擬結(jié)果。 

　　圖2. WMAN Connected Solutions 的test bench。

　　圖3. 測得的WMAN (a) 頻譜和時間，(b) OFDM 星狀圖和符號/錯誤表，及(c) 錯誤向量頻譜和時間。

　　圖4. 模擬的WMAN (a) 輸出星狀圖及(b) 輸出頻譜。

　　圖5. 模擬的UWB Mode 1 跳頻信號源。

　　圖6. 模擬的UWB (a) 時間叢發(fā)和頻譜，(b) 符號和LO 頻率相對時間，及(c) OFDM 頻譜。　 

　　將IP 移入生產(chǎn)階段—從模擬到測試皆使用相同的演算法

　　在整合設(shè)計與驗證的流程中，可以重復(fù)使用特定OFDM 演算法（ 以C、ADS、MatLab(TM)、HDL或VerilogA 等設(shè)計工具開發(fā)的）的設(shè)計IP。在模擬與測試作業(yè)間迅速移動OFDM 信號、資料和測試向量的能力，有助于提升除錯的速度、確定測試結(jié)果間的關(guān)系、以及加快驗證程序的進行。同樣地，IC 測試儀機臺也可以分享在模擬過程中所產(chǎn)生及在制造測試時所共用的信號，以加速生產(chǎn)測試計畫的開發(fā)、特性分析和聯(lián)繫。有一家知名的行動手機制造商，就曾將ATE 自動化測試系統(tǒng)與測試間的聯(lián)繫工作從幾個月縮短到兩週。

結(jié)語
　　將模擬工具與儀器整合在一起，即可在OFDM 設(shè)計生命週期中分享相同的分析和驗證演算法。先期驗證有助于縮短設(shè)計週期，因為可以在IC tape-out 之前從模擬中偵測出設(shè)計問題， 這對于達到OFDM 無線電晶片的超低價格目標來說是絕對必要的。在每個設(shè)計階段，皆可依據(jù)新興的UWB 和WMAN 標準來執(zhí)行系統(tǒng)認證測試，而在所有重要的階段，都可以產(chǎn)生及重復(fù)使用自動化的test benches來進行驗證工作。標準化的驗證過程適用于整個生命週期，所以可針對一開始的設(shè)計到生產(chǎn)測試階段所獲得的資料尋求相關(guān)性。