越老越吃香的射频工程师，如何才能成为一个出色的射频工程师？

一、什么是射频芯片

2019年是5G商业应用元年。进入5G时代，射频芯片成了行业热议焦点。

传统来说，一部可支持打电话、发短信、网络服务、APP应用的手机，一般包含五个部分部分：射频部分、基带部分、电源管理、外设、软件。

射频部分：一般是信息发送和接收的部分；

基带部分：一般是信息处理的部分；

电源管理：一般是节电的部分，由于手机是能源有限的设备，所以电源管理十分重要；

外设：一般包括LCD，键盘，机壳等；

软件：一般包括系统、驱动、中间件、应用。

在手机终端中，最重要的核心就是射频芯片和基带芯片。射频芯片负责射频收发、频率合成、功率放大；基带芯片负责信号处理和协议处理。那么射频芯片和基带芯片是什么关系？

射频（Radio Frenquency）和基带（Base Band）皆来自英文直译。其中射频最早的应用就是Radio——无线广播（FM/AM），迄今为止这仍是射频技术乃至无线电领域最经典的应用。

基带则是band中心点在0Hz的信号，所以基带就是最基础的信号。有人也把基带叫做“未调制信号”，曾经这个概念是对的，例如AM为调制信号（无需调制，接收后即可通过发声元器件读取内容）。

但对于现代通信领域而言，基带信号通常都是指经过数字调制的，频谱中心点在0Hz的信号。而且没有明确的概念表明基带必须是模拟或者数字的，这完全看具体的实现机制。

言归正传，基带芯片可以认为是包括调制解调器，但不止于调制解调器，还包括信道编解码、信源编解码，以及一些信令处理。而射频芯片，则可看做是最简单的基带调制信号的上变频和下变频。

所谓调制，就是把需要传输的信号，通过一定的规则调制到载波上面让后通过无线收发器（RF Transceiver）发送出去的工程，解调就是相反的过程。

二、岗位介绍

射频工程师是从事终端产品硬件射频部分设计开发，并对产品的实现过程进行跟踪确认的专业人员。

工作内容为负责射频相关设计方案的可行性分析和实施；制定和建立开发流程，完成相应产品相关文挡（如原理图、PCB板和BOM表和测试分析报告等）的拟制及评审；射频器件的新供应商、新元器件的评估；和结构生产等部门密切协作，保证整个产品的相关目标按期实现；项目量产后支持和维护生产线，解决与射频部分相关的问题；为其他部门提供所需要的射频技术支持。

一般一个合格的射频工程师需要的成长年限是7到8年的时间。这不但需要包括基础的知识，还需要包括对分离元件、各个厂家器件的熟悉，以及各个通信标准的深刻认识。此外，射频工程师可以通过学习芯片设计的常用软件和熟悉芯片知识来进行行业转换。

三、招聘对象

射频芯片设计存在一定的技术难度，要求较高，一般要求硕士及以上学历，前些年211\985类的本科学历也有一部分。对口专业为微电子或电子工程相关专业，需要具备一定的理论知识。

四、射频工程师的必备素质：

1、英语。 基本所有的射频器件都是国外的 。

2、理论功底。 从低频到高频，到电磁场，到通信系统，这些理论知识都要有。

3、大量的实际经验，包括：

（1）对器件的熟悉程度；

（2）实际电路调试能力；

（3）对仪器的熟悉程度；

（4）对各种指标例如gsm或者wcdma等等和产品性能的理解程度。

某公司射频芯片设计工程师任职资格：

1.微电子学、集成电路和微波工程相关专业硕士及以上学历；2.熟练设计PLL及相关模块，如VCO、Divider、PFD、Charge Pump、Loop Filter、SDM等。

3.熟悉小数分频PLL的系统Matlab建模及PLL各项参数计算，并在电路优化方面具有丰富经验；

4.掌握小数分频PLL电路测试验证方法；

5.熟练使用Cadence SpectreSpectreRF，Calibre，Matlab，ADS等EDA工具；

6.有成功的小数分频PLL设计开发经历和量产经验； 6.

五、射频工程师的具体工作内容

有些通信设备公司的项目中，射频工程师需要负责对整个RF系统的电路进行系统分析，指导系统设计指标、分配单元模块指标、规范EMC设计原则、提出配附件功能和性能要求等等；。

包括框图设计和电路设计，这是射频工程师所必须具备的基本技能。这也是由系统设计延伸而来的，如何实现系统设计的目标，就是电路原理设计的目的，它也是器件选型评估的“前因”，因为设计电路的过程也是一个器件选型的过程。

要实现电路的指标要求，选择合适的器件是必不可少的，这个过程其实与电路原理设计是同时进行的。如何选择相应的器件，相比较而言同类型器件中哪一个更合适我们的产品设计？成本、性能、工艺要求、封装、供应商质量、货期等等，更是需要考虑的因素。

不管是ADS，MWO，Ansoft还是CST、HFSS，反正你总得会一到两个仿真软件的使用吧。仿真软件不能让你的设计达到百分百的准确度，但总不会让你的设计偏离基本方向，起码它们在定性的仿真方面是准确的。 所以一定要学会使用一至两种或更多种仿真软件，它的基本作用就是让你能够定性的分析你的设计，误差总是有的，但是它能增强你的信心。

原理就好比理论基础，一万个应用可以只依据一个理论，几个产品也有可能只有一个原理图，只是它的布线不一样。好比手机，同一个手机方案很多公司都拿来设计，原理图是一样的，但是不同的公司布出来的PCB板不一样，一个是外型不一样，一个是性能也有差异。 性能的差异，其实就是PCB LAYOUT的差异。符合要求的PCB，其布局与布线兼顾性能、外观、工艺、EMC等方面。所以，PCB LAYOUT也是一个非常重要的技能。

这个调试和生产调试不一样。生产调试是指令性的，研发产品的调试的重点在于发现问题和解决问题。调试是一个总结和积累经验的过程，不是说通过调试来积累调试经验，而是通过调试来积累设计经验；很多问题可能在设计时没有被发现，那么通过调试发现以后，就知道以后在设计时如何规避这些问题，如何改善这些问题。

调试也是一个实践理论的最有效途径，我们可以通过调试过程来定性理解理论知识。

其实测试是为调试服务的，调试是为设计服务的（设计是为市场服务的）。射频工程师必须熟练使用各种射频测试仪器，不管是频谱分析仪、网络分析仪、信号源、示波器、功率计、噪声系数测试仪、综合测试仪等等。

不会测试就很难有效调试，不能发现问题如何得到提高呢？所以不要轻视测试技术，其实放眼国外RF企业，真正的高手都是从设计转到了测试技术，中间的原因值得我们思考。

如果可以，多做些基层工作，能自己焊的就自己焊接吧，你不可能调试的时候找人在你边上呆着给你换电容又换电感吧？所以，不要眼高手低瞧不起焊接的。

六、薪资和发展

2018年硕士毕业生在一线城市的薪资大概在16k左右，二三线城市的薪资水平会低一些。射频工程师的薪资也是在逐年上涨的，进入5G时代，射频工程师的薪资会越来越高。现阶段的人才需求也较大。

射频工程师前景不错，因为移动和无线是未来20年通讯的主旋律。当然成为一个好的射频工程师需要付出的努力也不少，最需要的就是经验，这和数字工程师不同。

其中，RFIC工程师尤其吃香。射频工程师可以通过学习芯片设计的常用软件和熟悉芯片知识来进行行业转换。

传统板级射频工程师：前景不会很差。传统射频工程师由于做板级系统，会对系统级设计比较熟悉，将来有希望转射频系统工程师（就是给每个模块定指标）。

微波设计：在CMOS尚未占领的微波领域，仍然是在用传统微波的方法在做设计，例如汽车雷达。这些领域不像手机里的射频系统那么广为人知，但是也很需要人才。

七、学习射频的方法

不要技浮于事，不要谈什么经验之谈，要脚踏实地地去做事情。

1、不求甚解

很多同学可能会有疑惑，学一个东西就是要把它搞懂，你为什么要我不求甚解呢？当然，如果你真的天赋异禀，天资过人，对射频的东西、微波方程和电磁场电磁波是一听就懂，一看就知道答案，那不求甚解当然不适合你（也许你早就是射频方面的大师了）。

如果我们都是普通的人，那么不求甚解在我看来，也是一种非常好的方式。为什么呢？我先来解释我说的“不求甚解”是什么意思。

首先，不求甚解是遇到自己一时不明白的地方就跳过去，不要钻死胡同。世界上真的有很多钻进一个牛角钻出科学家来的，如果你不想成为一个戴着1000度近视眼镜的老学究，而是想成为一个实际的工程师的话，我建议你不求甚解，遇到自己一时不明白的地方就跳过去，不要钻死胡同。

这样做的好处就是，你看的内容会越来越多，接触的面会越来越广，好比看一本书，第一节的问题你看不懂，你如果一定要求解的话，你钻呀钻，也许一年你也只看了第一节，而那个问题依然不懂；而如果第一节有问题你不懂，问人也不得其所的话，放下来，看第二节，这样你看了两节内容，而不懂的只有一个问题，而且大多数时候，当你到后来的章节中你多半会解开前面不解的内容。所以，不求甚解的要求，说白了，就是别太钻了，要以量取胜。

提醒下：个人观点，仅供参考，大家还是根据自己的实际情况来。

2、钻实验室

没听说过哪个不进实验室的人能学好微波、射频的。为什么要进实验室，不是要你去做一般的指令性的实验工作，而是要你做些研发性的实验。什么叫研发性的实验？首先，测试不叫做实验，如果不测试也不叫实验。

研发实验是要按计划对不同的设计方法和结果进行验证，测试是其手段（所以要懂仪器啊）。很多人也进实验室，可是他们每天就是把同一个产品测试一百遍，也不总结，也不分析，所以他们不进步也可以理解。

比如一个天线匹配电路，你可以通过不同匹配方式测试分析它对于总辐射功率，对总全向接收灵敏度的不同影响分析出来，你也就知道以后怎么样的天线，相对比较合适的匹配形式是什么样的，而不必要去一个一个试了。

3、工作笔记

同一个现象和结论出现一万遍，如果你不做记录，你也很难说就变成了自己的。写下来的话，什么时候你需要证据了你可以拿出来说明，什么时候你不知道怎么证明一个现象了，你可以拿起它来证明。

工作笔记怎么做？一个实用的工作笔记或者会充当一个数据记录本，或者是公式和数据的对比记录，或者是些测试方法的记录，或者是不同设计方案的对比结果，或者你是对某些理论的理解总结，或者是你对某些案例的记录，或者…….要注意图文并茂。

4、多问多学

多问问有经验的同事或老师。同一个问题每个人的看法都不一样，多听别人的观点，也是快速进步的一种方法。

5、射频微波类书籍1.《射频电路设计--理论与应用》『美』 Reinhold Ludwig 著 电子工业出版社

个人书评：射频经典著作，建议做RF的人手一本，里面内容比较全面，这本书要反复的看，每读一次都会更深一层理解。

随便提一下，关于看射频书籍看不懂的地方怎么办？我提议先看枝干或结论有个大概印象，实在弄不明白就跳过（当然可问身边同事同学或GOOGLE一下），跳过不是不管它了，而是尽量先看完自己能看懂的，看第二遍的时候再重点抓第一次没有看懂的地方。

人的思维是不断升华的，知识也是一个系统体系，有关联的，当你把每一块砖弄明白了，就自然而然推测出金字塔塔顶是怎么架设出来的。2. 《射频通信电路设计》 『中』 刘长军 著 科学技术出版社

个人书评：有作者的理解，比看外文书（或者翻译本）看起来要通俗易懂。书上有很多归纳性的经验.3．《高频电路设计与制作》 『日』 市川欲一 著 科学技术出版社

个人书评：本书作者的实践之作，里面都是一些作者的设计作品和设计方法，推荐一看。4. 《LC滤波器设计与制作》『日』 森荣二著科学技术出版社

个人书评：语言及其通俗易懂，完全没有深奥的理论在里面，入门者看看不错，但是设计方法感觉有点落后，完全手工计算。也感觉内容太细致，此书一般。5. 《振荡电路设计与应用》 『日』 稻叶宝 著 科学技术出版社

个人书评：这边书还不错，除了学到振荡电路设计，还学到了很多模拟电路的基础应用，唯一缺点书中的内容涉及频率的都不够高（k级，几M,几十，几百M的振荡器），做有源电路的可以看一下,整体感觉还行.6. 《锁相环电路设计与应用》 『日』 远坂俊昭 著 科学技术出版社

个人书评：对PLL原理总是搞不太明白的同学可以参考此书，图形图片很多，让人很直观明白，比起其他PLL书只会千篇一律写公式强千倍。好书，值得收藏！7. 《信号完整性与电源完整性分析（第3版）『美』 Eric Bogatin 著电子工业出版社

个人书评：前几章用物理的方法看电子，感觉不好理解，写的感觉很拗口，翻译好像也有些不到位，但后面几章写的确实好，尤其是关于传输线的，对你理解信号的传输的实际过程，能建立一个很好的模型，推荐大家看一下，此书还是不错的。

8. 《高速数字设计》 『美』 Howard Johnson著电子工业出版社

个人书评：做高速电路和PCB Layout的工程师一看要看下，这本书也是经典书喔！9.《蓝牙技术原理开发与应用》 『中』 钱志鸿 著 北京航空航天大学出版社

个人书评：当时自己做蓝牙产品买的书，前2年仅有的几本，上面讲了一下蓝牙的基本理论（恰当的说翻译了蓝牙标准），软件，程序的东西占大部分内容.10.《EMC电磁兼容设计与测试案例分析》『中』 郑军奇 著 电子工业出版社

个人书评：实战性很强的一本书，本人做产品经常要送去信息产业部电子研究5所做EMC测试，认证。产品认证是产品成功的临门一脚，把这脚球踢好，老板会很赏识你的，如果你也负责产品的EMC，这本书必读。作者写有很多实例，很有代表性，对你解决EMC问题，会有引导性（指导性）的的意义。

八、公司选择

射频工程师完全是硬件，大的公司有做基站：爱立信，诺西，华为，阿朗，中兴，大唐等。手机射频：小米、OPPO、VIVO、三星、魅族等等。工业方面的：霍尼韦尔，西门子等等。仪器：是德科技等公司。还有很多大公司，特别是做无源的，罗森博格，或者一些做天线的。射频工程师3年后含金量逐年升高。

芯片设计五部曲之四 电磁玄学宗师——射频芯片

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去年我们发布的《芯片设计五部曲 》，还挺受欢迎的：

芯片设计五部曲之一 | 声光魔法师——模拟IC

芯片设计五部曲之二 |‍ 图灵艺术家——数字IC

芯片设计五部曲之三 | 战略规划家——算法仿真

不少人辗转问过我们下一集什么时候出。

放心，我们不鸽。

第四集 这不就来了嘛，虽迟但到！

前几集我们已经分别深入了模拟IC 和数字IC 的设计过程，展开了解了算法仿真 的四大特性，以及结合EDA工具特性和原理，如何利用计算机技术提高模拟与数字芯片的研发设计效率。

就像我们在模拟IC篇讲的：射频芯片作为模拟电路王冠上的明珠 ，一直被认为是芯片设计中的“华山之巅”。隐藏在其设计过程中的取舍与权衡，完全值得单开一篇。

射频芯片不是你想象中的射频芯片

射频（Radio Frequency，简写RF） ，指用于无线电通信的频率范围，对应的电磁波频率范围在300kHz～300GHz之间。射频芯片（RFIC） ，指能接收或发射射频信号并对其进行处理的集成电路，一般包括功率放大器（PA）、低噪声放大器（LNA）、滤波器（Filter）、双工器或多工器（Duplexer或Multiplexer）、开关（Switch）、天线调谐模块（ASM）等。

RFIC应用领域有：移动通信、卫星通信、雷达系统、射频识别（RFID）、传感器等。

射频电路 ，是一种特殊类型的模拟电路，是模拟电路在高频领域的分支 。最早的射频电路是通过昂贵的分立电路元件搭的，直到CMOS工艺实现了把所有器件集成在一片芯片上 ，提高了系统的集成度与性能，同时也降低了成本。

摩尔定律发展到后期，随着电路和芯片复杂度提升，高频下的电磁相互作用对射频硬件的干扰 开始引起了关注。信号反射、串扰和电磁干扰（EMI）以及元件自身的寄生效应（也叫寄生参数效应 ，是指在电路或系统中本来不希望存在但实际存在的一些额外参数或效应），会降低电路性能。

在低频电子线路或者直流电路中，元器件的特性很一致。

而在高频影响下，所有的器件都是电阻、电感和电容的组合 ，存在寄生参数。

射频电路中，理想的电阻、电容和电感在实际中并不存在。

电阻不是电阻、电容不是电容、电感不是电感、导线也不是导线。这些元器件都不是你想象中的元器件，不再只是一个简单、孤立的物理器件，还包括了自身的材料特性、工艺，以及与周围空间环境的交互 。

频率越高，影响越大。

以一根导线 为例：

同样一根导线，在射频领域，导线不能被识别成导线，存在趋肤效应 ，即在频率很高的时候，电流在导线内部不是均匀流动的，会集中在导线的表面，中心部分基本没有电流通过。

这是因为高频电流通过的时候，在导线内部会产生一个轴向的交变磁场，该交变磁场会再度产生一个环形的径向交变电场，该电场对导线外层电流进行加强，与内层电流相抵消，从而导致导线传输电流时，电流聚集在导线外层，而内层“空心化”使得整体效率减低，耗费金属资源。

这时候，需要根据不同的频率去考虑电流在导线里面的分布情况。

因此，射频芯片的设计不能仅仅针对元器件本身建立数学模型，还需要针对高频情况下的整个三维电磁环境做电磁学建模仿真。

随着电子技术的发展，电路的集成度和工作频率不断提高，如何利用更先进的电磁场仿真技术，精确预测和分析寄生参数对电路性能的影响，是射频设计工程师们的重要课题之一。

射频IC设计 VS 模拟IC设计，看起来只差一步，其实大不相同

一颗射频芯片的完整设计流程 如下：

跟模拟芯片相比，主要是多了电磁仿真这一过程。

看起来只多了一小步，但却是芯片设计工程师们的一大步。

1、工程师知识与能力储备

射频工程师 和模拟工程师 ，是从同一根技能树上生长出来的。

但是，大家都说，射频工程师做模拟没问题，反过来就不行。

为啥？

从知识储备角度：

模拟工程师主要学习模拟集成电路、信号系统与高数/物理相关知识。

射频工程师除了模拟相关知识之外，还需要专门学习射频集成电路、电磁场与通信原理等课程。

有人问过射频芯片界大神——UCLA的Asad.A.Abidi教授一个问题：“Dear Professor, which classes do you think are of the most importance for RF IC research as an undergrad?” 意思是，亲爱的教授，哪门课程对学习RFIC最重要呀？

教授说：“All of them. Believe me, all of them.”答案是，每一门 。

从经验能力来说：

模拟芯片的设计已经非常吃经验了，射频芯片在这方面有过之而无不及。

射频IC设计与电子元器件关系紧密，设计匹配布局复杂，需要熟悉大部分的元器件特性及不同的生产制造封装工艺 。因为射频电路可能会因附近的外部电路、电场/磁场、温度、电磁信号和其他环境因素的干扰而经历巨大的性能变化，对所有这些因素的建模与预测分析 几乎可以上升为玄学。

对工程师来说，不同实际应用场景下的经验通用性不强 ，牵涉性能指标多，整体辅助工具少，往往需要挑战工艺极限。整个设计过程中存在对诸多指标的权衡与取舍 ，有很大的不确定性，对设计者的经验要求极高。

这也是为什么很多射频IC设计公司都是IDM（Integrated Design and Manufacture，垂直整合制造）模式，因为需要多种不同的生产工艺，与foundry厂的生产链各环节紧密关联，门槛相当高。

2、电路物理模型

从电路物理模型角度，射频芯片可以说是模拟芯片的高阶现实版 ，模拟芯片算是抽象简化版 。

模拟芯片属于集总参数电路 ，是一种常用的简化电路模型。它将电路中的元件抽象为等效的电阻、电容和电感 等参数，以简化的形式描述了复杂电路的行为，减少了繁琐的计算步骤。

欧姆定律 和基尔霍夫定律 是集总参数电路的两个基本定律，只跟电路的连接方式有关，与元件的位置无关。

模型是关于时间的单变量函数，属于标量计算 （即只有大小，没有方向的量）。

适用于描述低频电路或电路中信号波长远大于电路尺寸的情况，是麦克斯韦尔方程在低频电路中的特解。

公式一般长这样，看着是能让人算出来的样子：

射频芯片属于分布参数电路 ，它将元件建模为具有空间分布的电阻、电容和电感 。

分布参数电路考虑了电路中元件在电路中的位置因素，可以更准确地描述信号传输过程中的相位、功率损耗等因素；也考虑了电路中各个导线和元件之间的长度影响，即电流或信号在空间上的分布变化。

对应的算法和理论基础的是麦克斯韦尔方程组 和电磁场、电动力学 。

模型是关于时间与位置的多变量函数，是复变函数，属于张量计算 （可理解为一个n维数值阵列）。

适用于描述高频电路或电路中信号波长大于等于电路尺寸、频率特性受传输线长度影响较为显著的情况。

公式一般长这样，人是算不出来的，要用计算机辅助：

总结一下，射频芯片与模拟芯片在电路物理模型上的差异 ：

3、仿真计算特性

关于模拟芯片设计 的计算特性，我们在《五部曲-模拟IC 》里重点介绍了两大常见数值计算场景：多corner 和蒙特卡罗Monte Carlo ，这两种方法的单个任务之间都相互独立，没有数据关联，很适合进行分布式并行计算。

但每一个任务 进行的都是瞬态仿真 ，用于分析电路在特定时间段内电压和电流的变化趋势，仿真结果跟上一个时间的状态相关，是个串行的过程。

单纯求微分方程数值解，数据量相对较小，主频敏感，计算并行受限较大。

在时域分析上，计算量大，在频域上计算量小。

常用工具Spectre，有针对AVX512指令集优化（以并行方式对大量整数或浮点数执行算术运算）。

射频芯片设计的计算特性 ，在模拟芯片的基础上，还是很不相同的。

射频电路对频率敏感，通常在频域中建模 ，在频域和时域分析上，计算量均较大。

常用FEM有限元分析法 对目标电磁场空间进行切割，划分成大量四面体，再对每个较小的区域进行计算分析。

无论是对不同频域的取点 ，还是有限元法的切割 ，天然具备多线程与分布式优势，适用并行计算，存在大量SIMD指令（即单指令多数据运算，其目的就在于帮助CPU实现数据并行，提高运算效率）。

张量计算，数据量大，算力需求高。

常用工具ADS，有针对AVX512指令集优化。

因为是求解空间问题，所以部分工具可用GPU。

总结一下，射频芯片与模拟芯片在仿真计算特性上的差异：

三种电磁场仿真技术：FEM/MoM/FDTD

近些年，主要有三种电磁仿真技术：FEM有限元分析、MoM 2.5D矩量法和FDTD有限时域差分法 。

原则上，他们都能解决相同的问题，但却有各自更适合的场景。

1、FEM有限元分析

FEM（Finite Element Method）有限元分析法 是真正的3D场求解器，可以分析求解任意形状的3D结构，是最灵活的电磁仿真分析方法 ，也可以说是一种暴力破解算法。

这种算法将整个几何模型划分为大量四面体，每一个四面体都是由四个等边三角形组成。也就是说，整个目标空间被划分为N个较小的区域，并用局部函数表示每个子区域中的场。

然后把一个个空间拿出来，对微分形式的Maxwell方程在频域进行求解，其求解的未知量是每一个小网格的电场与磁场。

对于几何复杂或电气大型结构，网格可能会变得非常复杂，形成具有许多四面体的网格单元，导致需要求解巨大的矩阵。

所有端口激励只需要一个矩阵求解。

通常用于复杂3D结构的求解，整体消耗仿真资源大，仿真速度慢 。

2、MoM 2.5D矩量法

FEM有限元分析是一个三元方程组，计算量很大。

而MoM（Method of Moments）2.5D矩量法 ，是专门针对3D层状结构出的优化算法 。它根据半导体平面工艺的结构，做了一定数学上的简化和等价，把三个未知数简化成两个未知数，加快了求解速度。

这种算法的关键在于：整个几何模型的背景结构信息都包含在了格林函数中，同一介质上的不同结构，只需要计算一次格林函数 。所以只需要对需要求解的金属结构划分网格，通常由矩形、三角形和四边形网络单元组成。

因此，“平面”MoM网格 比FEM所需的等效“3D体积”网格 更简单且更小。

而网格单元数量的减少可以减少未知数并实现极其高效的模拟，这使得MoM非常适合复杂分层堆叠结构的分析。

MoM矩量法对积分形式的Maxwell方程在频域求解，需要求解的未知量为金属的表层电流分布。得到电流分布之后，仿真器再根据格林函数进行数值积分，即可得到求解空间任何点的场分布。

所有端口激励只需要一个矩阵求解。

理论上，对于任意结构或者非均匀介质，矩量法也可以求解。但需要对背景环境进行额外描述，导致未知量数目上升，求解效率下降，反而不如求解微分方程的FEM有限元分析法高效。

因此，MoM矩量法不适用于一般的三维结构，主要适用求解3D层状结构，常用于片上无源器件。

3、FDTD有限时域差分

FDTD（Finite Difference Time Domain）有限时域差分法 ，跟FEM一样，也是真正的3D场求解器，可以分析任何形状的3D结构。

FDTD通常使用六面体网格单元（也就是“Yee”单元），对微分形式的Maxwell方程在时域进行求解，当前时刻的电场磁场矢量值由结构中前一时刻的电场磁场值以及它们的变化情况直接计算得出。

相对于FEM和MoM的显著优势之一是FDTD技术不需要矩阵求解 ，对于时域上的问题，即便复杂结构的求解也仅使用少量内存，非常高效。FDTD 还非常适合并行化，这意味着可以利用GPU处理能力来加快模拟速度。

必须为几何N端口设计上的每个端口运行一次仿真。

小结

MoM仿真速度 会更快 ，但是FEM的应用范围更广更灵活 。

如果待求解的结构是“平面 ”或者说层状结构 ，可以优先使用MoM仿真 ，提高设计效率。比如PCB互连、片上无源器件以及互连和平面天线。

当然，如果结构很简单，采用FEM分析也差别不大。如果考虑几何形状的复杂性和问题大小，FEM为大量端口问题提供了最有效的解决方案 。FDTD 在时域进行求解，这意味着它对于连接器接口和转换执行时域反射计 (TDR) 分析 非常有用。

射频_电磁场仿真工具：HFSS/ADS/EMX

电磁场模拟已经越来越成为射频电路设计人的必备技能之一。尤其是专门为射频和微波电路分析而开发的计算机辅助工具 的使用，让射频芯片工程师能够获得前所未有的仿真能力。

当然，这并不意味着有了工具就能解决电磁仿真问题，前面已经反复说了，RFIC设计对经验要求非常高。但通过使用更高效的电磁仿真工具，工程师可以相对低成本地验证设计概念，或在仿真中融入更完整更真实的数据，减少外部条件限制。

目前，业界主流仿真工具主要有HFSS/ADS/EMX。

在射频领域，TA们有不同层级的仿真对象：EMX是芯片级，ADS是板级，HFSS是模块级。 虽然都叫电路，都是同一套物理规则出来的东西，但是制造工艺和尺寸不一样，所以适用不同的工具。

1、HFSS

HFSS，是世界上第一款商业化的3D电磁仿真软件，堪称电磁场仿真业界标杆 ，现在属于Ansys公司。

HFSS使用的是FEM有限元分析法 ，所以非常通用，适用于任意3D结构 。

但通用也就意味着没有强针对性，HFSS把一套叫做有限元分析的数学方法应用在了电磁学领域，当然，也可以应用在其他工程领域。因为没有对芯片设计领域做专门优化，软件交互方面不够友好。

HFSS主要面向的是波导、传输线那种比较大的射频元件和模块设计，偏宏观的电磁仿真。

如果要界定领域的话，HFSS比较难评，既可以放到CAE领域，也可以放到EDA领域。一般而言，在智能制造/汽车制造场景下用HFSS进行电磁场仿真更多 ，当然，也可以用于部分芯片设计场景。

我们写过一篇实证，详情可戳：超大内存机器，让你的HFSS电磁仿真解放天性

2、ADS

ADS和EMX就不一样了，是纯粹的EDA领域工具 ，在处理芯片设计场景的电磁场仿真使用较为广泛。

这类电磁场仿真工具在算法上 ，通过Maxwell方程组求解元件的空间电场分布，将元件映射为特定的RLC电路，做到“化场为路” 。这既能降低仿真分析难度，又能将元件的有限元物理模型，转换成对应的Spectre/HSPICE网表，供一般电路仿真工具使用。

ADS ，属于Keysight是德科技，针对射频芯片电路有专门的优化和研发 ，既可以做三维电磁场仿真，也可以针对PCB布局和部分集成电路设计场景。Keysight跟各大元器件厂商都有广泛合作，可以提供最新的Design Kit供用户使用。

ADS适合对片上的电路/元器件做分析仿真，适用小规模RF/MMIC设计 ，如果需要模拟一个大的模块，HFSS可能更合适。

ADS同时支持FEM有限元分析法与MoM 2.5D矩量法，也可选FDTD有限时域差分。

MoM适用于层状结构，而使用FEM或FDTD方法时可以适用任意3D结构。

ADS与其他工具兼容良好 ，免去跨平台数据导入导出，对Virtuoso提供比HFSS更好的兼容性。

在电磁与射频的设计中，经常需要通过HFSS设计天线，然后通过ADS来验证电路，这个时候就需要两者的联合仿真，以S参数作为中继。

而根据前面提到的，射频电路因为高频产生的电磁场效应，会因为外部环境因素的干扰经历巨大的性能变化。所以，射频芯片在设计之初就需要Foundry厂提供的相关工艺信息 ，因为需要知道整个芯片制作工艺里面的材料特性和工具结构才能仿真建模。

早期，ADS占据绝对主导地位，Foundry厂会提供基于ADS的PDK文件 ，现在逐渐也开始提供基于EMX的工艺文件 。

3、EMX

EMX 是专门针对射频集成电路设计开发 的，作为EDA常用工具Cadence的插件 存在，能与TA无缝集成，对工程师们极为友好。

芯片级的集成电路分析，属于微观尺度，一般使用EMX最为合适。

EMX只支持MoM 2.5D矩量法，专门针对片上无源器件等层状结构分析，不适用bonding wire、BGA、PGA封装等非层状结构，横截面非直线金属结构。

HFSS 17.2和19版之后的ADS支持GPU处理电磁场仿真任务，且通过并行化处理后，效率提升十分显著；EMX作为Cadence里的插件暂不支持GPU任务。

三种射频芯片电磁场仿真工具对比

关于我们在各种EDA应用上的表现，可以点击以下应用名称查看：

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青芯 │ 浙桂 │ 燧原 │ 普冉 │ Alpha Cen │ 深职大

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速石科技正式发布新质生产力教学科研创新平台，聚焦跨学科专业教学实训与科研

速石科技携手珠海先进集成电路研究院，正式入驻横琴ICC

速石科技与西门子、亚马逊云科技共同推出Simcenter™仿真云平台，助力工业领域数字化转型

速石科技联合Altair打造一体化芯片综合研发平台，提升企业软硬件仿真效率

速石科技完成龙芯、海光、超云兼容互认证，拓宽信创生态版图

速石科技入驻粤港澳大湾区算力调度平台，参与建设数算用一体化发展新范式

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