采用正交頻分多路轉換（OFDM）實體層的無線區域網路（WLAN），目前已經在全球各地廣泛地進行商業建置，它主要是根據IEEE 802.11a/g OFDM 無線電標準。現在設計工程師正使用移動無線平臺專用的多模態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服務。新興的IEEE 802.15.3a超寬頻（UWB）和IEEE 802.16d 無線都會區域網路（WMAN, 又稱WiMAX）標準，將促使IC 設計朝更高資料速率的OFDM 應用發展。

　　過去三年產業全力開發WLAN OFDM 產品的結果，不但改革了設計與驗證的程序，還因為強調初期驗證而提升了設計的效率，并因此加快了在競爭激烈的消費者市場引進新的OFDM 產品的腳步。零中頻（Zero IF）的CMOS RFIC 徹底顛覆了WLAN 的設計，讓低價產品得以展現經濟效益。這些產品通常包括基頻和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IC 之前進行系統層級的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無線電系統設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，而是在設計流程的初期就能驗證重要的OFDM 無線電規格。

　　在整合的設計流程中，一開始必須進行RF 和基頻IC 的模擬，以便在tape-out之前驗證重要的規格，進而縮短設計週期。在模擬的過程中應執行各項虛擬量測，亦即分析候選OFDM 設計，以取得發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，則必須在包含發射器失真、通道瑕疵及不想要的干擾信號下執行。為簡化設計程序，可使用事先設好的測試與驗證設定，依據發射器頻譜、EVM 和BER 等效能量測標準來評估設計。

　　OFDM 無線電系統

　　遵循IEEE 802.15.3a 標準的UWB 無線個人網路（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 標準的無線都會區域網路（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（BWA），或“最后一哩”上網服務。由于頻譜管理單位、標準制定組織、工業團體及各個協會都在推動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產品廠商針對消費性產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 無線電晶片設計師需要有彈性的設計與驗證工具，以便因應不同的標準來設定新的模擬與測試解決方案。 

　　加速新興的OFDM 產品的開發

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

　　OFDM 設計工程人員整合了系統層級的模擬與驗證設計流程，以便在模擬過程中對復雜的IC 設計進行生產前的初期驗證，同時他們也將上述流程與生產流程和制造測試程序連接在一起。如此一來，設計工程師就可以在整個產品生命週期中使用設計智財元件（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 產品具備更高的可預測性和獲利能力：

　　• 執行先期驗證

　　• 整合設計、驗證與制造測試

　　• 進行完美的RF 模擬

當產品進入開發的最后階段時，設計問題對財務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期的兩個最常見的原因，但可藉由整合設計、模擬與測試工具和方法來解決。在開發IEEE 802.11 WLAN OFDM 產品的過程中，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，各個系統區塊是在不同的時間開發而成的。

　　• 當每個設計小組將個別的IP 區塊移到下一個開發階段時，都會執行效能檢查。

　　• 在模擬與實體儀器之間使用一致的量測與分析演算法。

　　• 不同據點及單位的設計與測試站，都使用相同的效能量測標準。

　　圖1. OFDM 參考無線電。

　　OFDM 產品的開發生命週期

　　無線產品的開發生命週期始于新興的系統設計規格和無線電結構概念，結束于獲利性產品的大量生產。一開始在系統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規格，同時達到經濟的硬件實作。在設計階段進行系統與電路層級的模擬，可以事先預測提出的無線結構及相關的參考無線電能否達到重要的規格。模擬作業會利用詳細的元件模型、RFIC 制程設計套件(PDK) 及RF 電路板/模組封裝寄生，對照每一種OFDM 標準的重要效能規格來驗證參考無線電。

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

　　整合設計、驗證與制造測試— Connected Solutions

　　Connected Solutions 結合模擬軟件及測試與量測儀器，構成了各種彈性的解決方案，它們所提供的新的設計與驗證能力，可以因應不同的OFDM 無線電標準來重新設定。模擬軟件與量測儀器的結合，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，改善了設計的程序并延伸測試儀器的功能。近年來，數據通信（相對于語音）對于無線通信IC 設計流程的確立有很大的貢獻。過去幾年在各種WLAN 標準的發展過程中，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/發射器的EVM 規格的難度。圖2以使用ADS 先進設計系統及安捷倫的測試儀器為例，來設計與驗證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 規格。圖3 和圖4 分別顯示量測與模擬的結果，量測值是以VSA 顯示圖來顯示，模擬結果則是以ADS先進設計系統資料顯示格式來顯示。UWB OFDM 跳頻使得振盪器和接收器的設計，更難達到低相位噪音和跳頻的需求。圖5 是可產生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 移入生產階段—從模擬到測試皆使用相同的演算法

　　在整合設計與驗證的流程中，可以重復使用特定OFDM 演算法（ 以C、ADS、MatLab(TM)、HDL或VerilogA 等設計工具開發的）的設計IP。在模擬與測試作業間迅速移動OFDM 信號、資料和測試向量的能力，有助于提升除錯的速度、確定測試結果間的關系、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生及在制造測試時所共用的信號，以加速生產測試計畫的開發、特性分析和聯繫。有一家知名的行動手機制造商，就曾將ATE 自動化測試系統與測試間的聯繫工作從幾個月縮短到兩週。

結語
　　將模擬工具與儀器整合在一起，即可在OFDM 設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計週期，因為可以在IC tape-out 之前從模擬中偵測出設計問題， 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。在每個設計階段，皆可依據新興的UWB 和WMAN 標準來執行系統認證測試，而在所有重要的階段，都可以產生及重復使用自動化的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計到生產測試階段所獲得的資料尋求相關性。