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华为杯”第五届中国研究生创“芯”大赛——艾为电子企业命题
发布时间：2022-03-22
来源：中国研究生创“芯”大赛
阅读次数：4189
艾为电子企业命题专项奖设置
一等奖两队，奖金10 000元
二等奖四队，奖金5 000元
艾为电子企业命题答疑邮箱
icic@awinic.com
赛题一 适用于5G n77频段的可变增益低噪声放大器
赛题背景
随着5G技术的大规模商用，基于5G网络的手机型号层出不穷。作为科技行业的整体趋势，5G已毫无疑问成为 “兵家必争之地”。2019年10月31日，我国三大运营商中国移动、中国联通和中国电信公布了5G商用套餐，并于11月1日正式上线了5G套餐资费，这也标志着我国正式进入了5G商用时代。其中中国移动拥有n41和n79两个5G频段；中国电信和中国联通则共享n78频段：中国电信采用3400MHz-3500MHz，中国联通则是3500MHz-3600MHz；而日本和欧洲运营商所采用的主流频段为n77频段。对于移动设备而言，所兼容频段越多，其使用范围越广。为满足对国外主流n77频段的兼容需求，现提出适用于5G n77频段的可变增益低噪声放大器题目。
描述及要求
请按照设计指标，设计如下结构带有前置滤波器的可变增益低噪声放大器，其中滤波器和LNA都需要用硅基工艺实现，滤波器不推荐用分立器件实现。题目实现方式方式建议如下：
1)两颗Die封装集成的方式，两颗Die用金丝键合的方式链接，这里设定两颗Die之间的键合金丝电感值为0.5n,Q为20。
2)整个题目可以用一颗Die实现，即为需要在一颗Die上面实现Filter和LNA的集成。
图1.带有前置滤波器的可变增益低噪声放大器
设计指标：
1.工作频带：3.3~4.2GHz
2.工艺：不限（推荐90nm、65nm）
3.电源电压：1.8V
4.稳定性系数K：>1(0.1~10GHz)
5.输入回波损耗S11: <= -8dB
6.输出回波损耗S22：<= -10dB
7.封装：不考虑封装设计，如需用到键合线等可用理想模型替代。
8.不同增益档位下，功耗、噪声、输入1dB压缩点、输入3阶交调点指标如下：
G2模式
|
Parameter |
Min |
Typ |
Max |
Units |
Test Condition |
|
Gain |
16 |
17.5 |
19 |
dB |
-40~+85℃/TT/1.8V |
|
ICQ |
/ |
12 |
13 |
mA |
-40~+85℃/TT/1.8V |
|
NF |
/ |
2.8 |
3.1 |
dB |
-40~+85℃/TT/1.8V |
|
Input P1dB |
-15 |
-13 |
/ |
dBm |
-40~+85℃/TT/1.8V |
|
IIP3 |
-6 |
-5 |
/ |
dBm |
-40~+85℃/TT/1.8V Pin1=Pin2=-52dBm F1=3800MHz,F2=3801MHz |
G1模式
|
Parameter |
Min |
Typ |
Max |
Units |
Test Condition |
|
Gain |
1.5 |
3 |
4.5 |
dB |
-40~+85℃/TT/1.8V |
|
ICQ |
/ |
6 |
7 |
mA |
-40~+85℃/TT/1.8V |
|
NF |
/ |
5 |
5.5 |
dB |
-40~+85℃/TT/1.8V |
|
Input P1dB |
-2 |
0 |
/ |
dBm |
-40~+85℃/TT/1.8V |
|
IIP3 |
4 |
6 |
/ |
dBm |
-40~+85℃/TT/1.8V Pin1=Pin2=-34dBm F1=3800MHz,F2=3801MHz |
G0模式
|
Parameter |
Min |
Typ |
Max |
Units |
Test Condition |
|
Gain |
-6.5 |
-8 |
-9.5 |
dB |
-40~+85℃/TT/1.8V |
|
ICQ |
/ |
1 |
1.5 |
mA |
-40~+85℃/TT/1.8V |
|
NF |
/ |
8 |
9 |
dB |
-40~+85℃/TT/1.8V |
|
Input P1dB |
5 |
7 |
/ |
dBm |
-40~+85℃/TT/1.8V |
|
IIP3 |
13 |
15 |
/ |
dBm |
-40~+85℃/TT/1.8V Pin1=Pin2=-19dBm F1=3800MHz,F2=3801MHz |
软硬件开发平台
硬件平台：无
软件平台：
电路仿真工具：Spectre，ADS，Momentum，HFSS等；
作品提交要求
1.需提供完整电路分析设计报告：
ⅰ电路结构分析 ii电路参数指标分析及设计 iii电路后仿结果（路场仿真）
2.作品讲解及展示PPT。
3.作品展示视频。视频时长不超过10分钟，文件大小100MB以内。
评审点
|
指标 |
评 审 标 准 |
||||||||||||
|
设计完整性 (40分) |
是否包含所有要求模块，该模块是否可以完成对应功能： 1) 原理图：LNA、模拟电路、滤波器（15分） LNA、模拟电路和滤波器联仿：前仿在指标范围内，可得相关项满分。结果误差小于30%，得相关项一半。误差大于30%，得0分。
2) EM：滤波器和LNA联合EM仿真建立（20分） EM版图按照建模后版图大小、信号流走向作为考核标准。联仿bench按照建模的准确性判断。
3) Layout：版图布局(5分) |
||||||||||||
|
性能 (30分) |
作品设计性能是否满足指标要求： 后仿结果三档指标都满足要求得5分，只有G2/G1满足得4分，G2/G0档满足得3分，G1/G0或者只有G2档满足得2分,只有G2/G1/G0中任意一项满足得1分， 都不满足得0分。 1) 增益：5分 2) 噪声系数：5分 3) 输入输出回波损耗：5分 4) 输入P1dB：5分 5) IIP3：5分 6) ICQ：5分 除以上评分标准外，对于上面六个评分指标可用以下FoMAW值来作为评估标准，FoM值越高，说明性能越好。其中norm值为设计指标中的Typical值， 所计算FoMAW需体现在设计文档与汇报PPT中（包含G2/G1/G0三个档位）：
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创新性(20分) |
作品是否在设计中使用较为新颖设计或者使用较为新颖建模方式，使其模型更符合仿真结果 |
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可展示性 (10分) |
作品展示与汇报PPT重点突出、条理清晰 |
赛题二 高压高带宽DC-DC BOOST设计
赛题背景
随着电子技术的不断发展，便携式智能设备的功能越来越丰富，对于智能设备的供电电源DC-DC BOOST供电能力，负载跟踪响应速度，功耗和效率提出了较高的要求，另外，在多电源应用中，为了防止电池系统异常，对于BOOST峰值限流电流精度提出了更高的要求，本课题着重设计高带宽(快速负载跟踪响应)、高精度峰值限流、高效BOOST。
描述及要求
电路：高压高带宽DC-DC BOOST
工艺：不限，推荐0.18um BCD 5V/16V 工艺
要求：
- 输入电压VIN：3~5.5V（TYP=4.2V）
- 输出电压VOUT：8~16V（TYP=12V）
- 环路带宽BWClose-Loop：≥100KHz（传递函数/建模仿真）
- 负载响应：VOUT瞬态跟随响应（VREF输入20Hz~15KHz正弦信号，需呈现20Hz、1kHz、15kHz的仿真结果）
负载响应指标示意图
- 瞬态响应过冲VOUT,overshoot：≤400mV （动态负载，1us内0A-1A跳变）
- 峰值限流IPEAK（OCP）：7A±sigma%，sigma≤10
- 全负载范围高效率η≥81%，η_MAX≥92% (ILOAD=10m~1A)
- 静态功耗IQ：≤20mA
- 驱动能力ILOAD：≥1A（输入电压≥3.3V）
- 时钟频率：≥2MHz
- 电感L：1uH
- 电容CBST：10uF（加入ESR，40mOhm）
- Temp：-40~120deg（TYP=55 deg）
软硬件开发平台
硬件平台：无
软件平台：
电路仿真工具：ModelSim, VCS, Spectre等；
建模工具：MATLAB，Python，Simplis等
作品提交要求
- 高压高带宽DC-DC BOOST需提供完整电路分析设计报告：ⅰ电路结构分析 ii电路参数指标分析及设计 iii电路仿真结果
- 作品讲解及展示PPT。
- 作品展示视频。视频时长不超过10分钟，文件大小100MB以内。
评审点
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指标 |
评 审 标 准 |
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设计完整性(40分) |
1）系统建模（15分）： 包括建模思路、建模结果等，若建模结果准确度高，则评分相应增加。 2）电路完整性（15分）： 要求：电路功能正常，至少包括BOOST电路（设计文档与汇报PPT中需明显体现Power管尺寸）； Bias和时钟可以采用理想源，也可以自行搭建Bias、时钟电路； 电路完整性越高（包括Bias电路+时钟电路+BOOST电路），得分会相应提高。 3）仿真结果完整性（10分）： 仿真指标尽可能全，题干要求的指标项必须有仿真结果； 尽可能覆盖多的仿真条件，包含PVT等。 |
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性能（30分） |
除以上单项指标考量外，需整体考虑带宽、效率、峰值电流偏差、输入电压下限、静态功耗五项指标，整体性能计算公式如下，其中norm值为设计指标中参考值， 所计算FoMAW需体现在设计文档与汇报PPT中：
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创新性（20分） |
作品是否在设计中使用较为新颖设计或者使用较为新颖建模方式，使其模型更符合仿真结果。 |
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可展示性（10分） |
作品展示与汇报PPT重点突出、条理清晰。 |
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附加项（20分） |
除以上百分制基本要求外，对版图设计部分将额外给予附加分值： 1）若能提交完整版图以及后仿结果，则给予额外加分；（10分） 2）若后仿结果能满足题干要求，则本项得分会更高。（10分） |
参考文献
- Under the Hood of a DC/DC Boost Converter Brian T. Lynch；
- DC_DC开关变换器的建模分析与研究 欧阳长莲 南京航空航天大学。
