8/13/2019 04387138 RF Design tutorial

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A u t o m a t i c L a y o u t G e n e r a t i o n o f RF E m b e d d e d P a s s i v e D e s i g n sM o h i t P a t h a k , S a t y a V a d l a m u d i , J o s h B e a v e r , a n d S u n g K y u L i m

S c h o o l o f E l e c t r i c a l a n d C o m p u t e r E n g i n e e r i n gG e o r g i a I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g ym o h i t p @ e c e . g a t e c h . e d uA b s t r a c t

I n t h i s p a p e r we p r o p o s e a m e t h o d o l o g y f o r a u t o m a t i c l a y o u t g e n e r a t i o n o f e m b e d d e d p a s s i v e RF c i r c u i t s . P h y s i c a l l a y o u tg e n e r a t i o n o f s u c h d e s i g n s i s c h a l l e n g i n g s i n c e t h e r e s p o n s e o f a g i v e n l a y o u t i s t i g h t l y c o u p l e d w i t h t h e r e s p o n s e o f t h e i n d i v i d u a lc o m p o n e n t s a n d t h e e f f e c t o f i n t e r c o n n e c t p a r a s i t i c s . O u r a p p r o a c h i s t o m a k e u s e o f c i r c u i t m o d e l s t o r e p r e s e n t a n d o p t i m i z e ag i v e n l a y o u t a n d u s e n o n - l i n e a r o p t i m i z a t i o n a t v a r i o u s s t a g e s t o o b t a i n t h e d e s i r e d g o a l s . F u l l w a v e EM s i m u l a t i o n s i s c o m p l e t e l yo u t o f t h e d e s i g n l o o p , s o o u r m e t h o d o l o g y s i g n i f i c a n t l y r e d u c e s t h e d e s i g n t i m e f o r RF e m b e d d e d p a s s i v e c i r c u i t s .I . INTRODUCTION

E m b e d d e d p a s s i v e i s a n e m e r g i n g t e c h n o l o g y t h a t h a s a p o t e n t i a l f o r i n c r e a s e d r e l i a b i l i t y , i m p r o v e d e l e c t r i c a l p e r f o r m a n c e ,s i z e s h r i n k a g e a n d r e du c e d c o s t [ 1 ] . U s i n g t h i s t e c h n o l o g y , s u r f a c e - m o u n t p a s s i v e c o m p o n e n t s u s e d i n s y s t e m s a r e i n t e g r a t e di n t o p a c k a g i n g s u b s t r a t e v i a m u l t i p l e l a y e r s . H o w e v e r , t h e d e s i g n o f c i r c u i t s w i t h e m b e d d e d p a s s i v e s i s n o n - t r i v i a l d u e t o t h ee l e c t r o m a g n e t i c i n t e r a c t i o n s t h a t c a u s e p a r a s i t i c s , l e a d i n g t o n o n - i d e a l f r e q u e n c y b e h a v i o r . I n t h i s p a p e r w e t a r g e t RF e m b e d d e dp a s s i v e f i l t e r d e s i g n s u s i n g l i q u i d c r y s t a l l i n e p o l y m e r L C P ) s u b s t r a t e . L a y o u t g e n e r a t i o n f o r s u c h d e s i g n s i s n o t a n e a s y t a s k .T h e d e s i r e d r e s p o n s e o f a g i v e n l a y o u t i s t i g h t l y c o u p l e d w i t h t h e r e s p o n s e o f e a c h o f t h e i n d i v i d u a l c o m p o n e n t s a n d t h e e f f e c to f p a r a s i t i c s d u e t o i n t e r c o n n e c t s b e t w e e n t h e m T h e m a n u a l d e s i g n c y c l e f o r g e n e r a t i o n o f s u c h l a y o u t s c a n b e e x t r e m e l yt i m e - c o n s u m i n g . A m i n o r c h a n g e i n t h e l a y o u t may c a u s e a d r a s t i c c h a n g e i n t h e f r e q u e n c y r e s p o n s e . A c o n v e n t i o n a l d e s i g nf l o w t r i e s t o o p t i m i z e c i r c u i t p e r f o r m a n c e a t t h e l a y o u t l e v e l a t t h e p r e m i u m c o s t o f t i m e - c o n s u m i n g EM i t e r a t i o n s ( u s i n g af u l l - w a v e EM s i m u l a t i o n t o o l l i k e SONNET) f o r e n t i r e l a y o u t s .O u r g o a l i s t o d e v e l o p a t o o l t h a t q u i c k l y g e n e r a t e s a n d o p t i m i z e s RF e m b e d d e d p a s s i v e c i r c u i t s i n LC P s u b s t r a t e a u t o m a t -i c a l l y . An e a r l y w o r k [ 2 ] t a r g e t s p r i m a r i l y C M O S t e c h n o l o g y , n o t p a c k a g i n g s u b s t r a t e s u c h a s LC P o r L T C C . T h e y d o n o td e s c r i b e a w a y o f e s t i m a t i n g p a r a s i t i c s f o r m o r e t h a n 2 - p i n n e t s . S u c h a n a p p r o a c h w o u l d n o t w o r k f o r RF e m b e d d e d p a s s i v ec i r c u i t s i n c e k n o w i n g t h e e x a c t n a t u r e o f i n t e r c o n n e c t p a r a s i t i c s i s c r i t i c a l . Sommer e t a l . [ 3 ] p r e s e n t e d a l a y o u t s y n t h e s i sa l g o r i t h m f o r e m b e d d e d p a s s i v e c o m p o n e n t s s u c h a s c a p a c i t o r , r e s i s t o r a n d i n d u c t o r . B u t , t h e y d i d n o t d i s c u s s h o w t o u s e t h e mt o c o n s t r u c t a n e n t i r e c i r c u i t . M u k h e r j e e e t a l . [ 1 ] d i s c u s s a n o t h e r t e c h n i q u e f o r a u t o m a t i n g t h e d e s i g n o f p a s s i v e c o m p o n e n t s .T h e y a l s o s u g g e s t h o w t o a n a l y z e a n e n t i r e e m b e d d e d p a s s i v e c i r c u i t , b u t t h e i r a p p r o a c h i s l i m i t e d t o o p t i m i z i n g a g i v e n l a y o u ti n s t e a d o f c o n s t r u c t i n g o n e .O u r c o n t r i b u t i o n i s a d e s i g n m e t h o d o l o g y t h a t a u t o m a t e s t h e d e s i g n p r o c e s s o f L C P - b a s e d e m b e d d e d p a s s i v e d e s i g n s f r o mi t s c i r c u i t m o d e l t o t h e l a y o u t . We m a k e u s e o f c i r c u i t m o d e l s t o r e p r e s e n t a n d o p t i m i z e a g i v e n l a y o u t a n d u s e n o n - l i n e a ro p t i m i z a t i o n a t v a r i o u s s t a g e s o f t h e m e t h o d o l o g y t o o b t a i n t h e d e s i r e d g o a l s . F u l l - w a v e EM s i m u l a t i o n s i s c o m p l e t e l y o u t o ft h e d e s i g n l o o p . T h u s , o u r m e t h o d o l o g y s i g n i f i c a n t l y r e d u c e s t h e d e s i g n t i m e f o r RF e m b e d d e d p a s s i v e c i r c u i t s . I n a d d i t i o n ,w e p r o v i d e t h e d e s i g n e r w i t h a n i n i t i a l l a y o u t s o l u t i o n t h a t c l o s e l y m a t c h e s t h e d e s i r e d r e s p o n s e . S i n c e i t i s e a s i e r t o t w e a k ag i v e n g o o d s o l u t i o n t o m e e t t h e d e s i r e d g o a l s r a t h e r t h a n s t a r t i n g f r o m s c r a t c h , o u r d e s i g n f l o w c a n h e l p r e d u c e d e s i g n t i m e ss i g n i f i c a n t l y .

I I . P R E L I M I N A R I E SA . P r o b l e m F o r m u l a t i o n

We a s s u m e t h a t t h e f o l l o w i n g a r e g i v e n : i ) a n e t l i s t o f t h e g i v e n RF c i r c u i t c o n s i s t i n g o f a s e t o f p a s s i v e c o m p o n e n t s w er e s t r i c t o u r s e l v e s t o i n d u c t o r s a n d c a p a c i t o r s f o r RF f i l t e r d e s i g n s ) a n d n e t s , i i ) i n i t i a l v a l u e o f t h e c o m p o n e n t s , i i i ) a s e to f d e s i g n g o a l s s u c h a s c e n t e r / r e s o n e n t f r e q u e n c y , b a n d w i d t h , i n s e r t i o n l o s s , e t c , ( i v ) a p a r a m e t e r i z e d l i b r a r y t h a t c o n s i s t s o fi n d u c t o r s , c a p a c i t o r s , i n t e r c o n n e c t s , a n d c o u p l i n g m o d e l s . T h e g o a l o f E m b e d d e d P a s s i v e P h y s i c a l D e s i g n i s t o a u t o m a t i c a l l yg e n e r a t e a l a y o u t o f t h e g i v e n c i r c u i t ( = p l a c e m e n t a n d r o u t i n g o f t h e c o m p o n e n t s ) s u c h t h a t t h e p e r f o r m a n c e o b j e c t i v e s a r ea c h i e v e d a n d t h e a r e a o f t h e l a y o u t i s m i n i m i z e d . O u r t a r g e t p a c k a g i n g s u b s t r a t e c o n s i s t s o f two m e t a l l a y e r s s e p a r a t e d b y aLC P l a y e r f o r c o m p o n e n t p l a c e m e n t ( = minimum r e q u i r e d t o p l a c e a c a p a c i t o r ) a n d r o u t i n g [ 1 ] .B . D e s i g n F l o w

O u r a p p r o a c h i s t o o p t i m i z e t h e c o m p o n e n t p l a c e m e n t u s i n g S i m u l a t e d A n n e a l i n g a n d c o m p o n e n t r o u t i n g u s i n g p a r a s i t i c -a w a r e m a z e - r o u t i n g . We p e r f o r m n o n - l i n e a r o p t i m i z a t i o n a t v a r i o u s s t e p s o f t h e l a y o u t g e n e r a t i o n p r o c e s s t o meet t h e d e s i r e dp e r f o r m a n c e o b j e c t i v e s w h i l e m i n i m i z i n g t h e a r e a o f t h e l a y o u t . O u r m e t h o d c o n s i s t s o f t h e f o l l o w i n g s t e p s :1 - 4 2 4 4 - 0 8 8 3 - 0 / 0 7 / 2 5 . 0 0 O 2 0 0 7 1 E E E 1 1 5

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. S t e p 1 : c o m p o n e n t s h a p e s a r e c h o s e n f r o m t h e l i b r a r y b a s e d o n t h e i r i n i t i a l v a l u e s .

. S t e p 2 : t h e s e c o m p o n e n t s a r e r e s i z e d d u r i n g o u r p r e - l a y o u t o p t i m i z a t i o n s t e p b y AD S A d v a n c e d D e s i g n S y s t e m b yA g i l e n t ) , a c i r c u i t - l e v e l s i m u l a t o r a n d o p t i m i z e r . T h i s i s n e c e s s a r y t o c o n s i d e r t h e e f f e c t s o f v a r i o u s c o m p o n e n t p a r a s i t i c ss u c h a s v i a s c o n n e c t i n g t o g r o u n d , w i r e c o n n e c t i o n f r o m t h e c o r e t o b o u n d a r y , e t c . T h e g e o m e t r i c s h ap e s c h a n g e s l i g h t l yd u r i n g t h i s s t e p .. S t e p 3 : w e p e r f o r m p l a c e m e n t a n d r o u t i n g u s i n g t h e o p t i m i z e d c o m p o n e n t s . C o m p o n e n t c o u p l i n g a n d w i r e p a r a s i t i c sa r e i n t r o d u c e d d u r i n g t h i s s t e p . T h e o b j e c t i v e s d u r i n g t h i s s t e p i n c l u d e l a y o u t a r e a , w i r e l e n g t h , a n d r o u t a b i l i t y . We s a v eK 1 - b e s t l a y o u t s b a s e d o n t h e s e o b j e c t i v e s .* S t e p 4 : f o r e a c h o f t h e K l - b e s t l a y o u t s , w e d e r i v e t h e c i r c u i t m o d e l a n d e v a l u a t e u s i n g A D S . T h e g o a l i s t o s e l e c t K 2 - b e s tl a y o u t s t h a t a c h i e v e t h e r e s p o n s e s t h a t a r e c l o s e s t t o o u r g o a l s . T h e c i r c u i t m o d e l o f t h e c o m p o n e n t s a n d t h e i r c o u p l i n ga r e e x t r a c t e d f r o m t h e p l a c e m e n t , w h e r e a s t h e w i r e a n d v i a p a r a s i t i c s a r e d e r i v e d f r o m t h e r o u t i n g .. S t e p 5 : f o r e a c h o f t h e K 2 - b e s t l a y o u t s , w e p e r f o r m n o n - l i n e a r c i r c u i t o p t i m i z a t i o n a g a i n u s i n g AD S o n t h e e n t i r e l a y o u t .T h e c o m p o n e n t s a n d w i r e s a r e a g a i n r e - s i z e d d u r i n g t h i s s t e p s o t h a t t h e o v e r a l l c i r c u i t r e s p o n s e b e s t m e e t s o u r g o a l s .. S t e p 6 : T h e w h i t e s p a c e i n t r o d u c e d d u r i n g t h e p o s t - l a y o u t o p t i m i z a t i o n s t e p i s r e m o v e d d u r i n g o u r l a y o u t c o m p a c t i o ns t e p . T h e g o a l i s t o p r e s e r v e t h e c i r c u i t r e s p o n s e w h i l e o p t i m i z i n g t h e l a y o u t a r e a . T h e c o m p o n e n t p l a c e m e n t a n d r o u t i n g

c h a n g e s l i g h t l y d u r i n g t h i s s t e p .I n c a s e t h e f i n a l c o m p a c t e d l a y o u t p a s s e s o u r f i n a l c i r c u i t - l e v e l v e r i f i c a t i o n , w e p e r f o r m a f u l l - w a v e EM s i m u l a t i o n u s i n gS O N N E T f o r f i n a l v e r i f i c a t i o n . I f n o t , w e r e p e a t t h e e n t i r e p r o c e s s s t a r t i n g f r o m p l a c e m e n t a n d r o u t i n g ( o r e v e n c o m p o n e n ts e l e c t i o n a n d o p t i m i z a t i o n ) . O u r f i n a l s o l u t i o n c a n b e u s e d f o r f u r t h e r m a n u a l t o u c h - u p i f n e c e s s a r y .

I I I . PRE-LAYOUT O P T I M I Z A T I O NT h e o b j e c t i v e o f o u r p r e - l a y o u t o p t i m i z a t i o n i s t o f i n d o p t i m i z e d c o m p o n e n t d i m e n s i o n s w h i c h m e e t t h e d e s i r e d c i r c u i to b j e c t i v e s w h i l e c o n s i d e r i n g i n t r a - c o m p o n e n t p a r a s i t i c s . T h e c i r c u i t e l e m e n t s i n e a c h c o m p o n e n t a r e g r o u p e d i n t o t w o c a t e g o r i e s ,n a m e l y , d o m i n a t i n g e l e m e n t s , a n d p a r a s i t i c e l e m e n t s . T h e d o m i n a t i n g e l e m e n t v a l u e s r e f l e c t t h e m a i n i n d u c t a n c e o r t h ec a p a c i t a n c e v a l u e o f a g i v e n c o m p o n e n t . D u r i n g i n i t i a l s e l e c t i o n , t h e c o m p o n e n t s w e r e s e l e c t e d b a s e d o n t h e i r d o m i n a t i n ge l e m e n t v a l u e s . D u e t o t h e e f f e c t o f p a r a s i t i c s i n e a c h c o m p o n e n t , t h e i n i t i a l s e l e c t i o n d o e s n o t a l w a y s m e e t t h e d e s i r e d c i r c u i tr e s p o n s e . T h e g o a l o f o u r p r e - l a y o u t o p t i m i z a t i o n i s t o f i n d new c o m p o n e n t s ( p o s s i b l y w i t h new d i m e n s i o n s ) s u c h t h a t t h e ym e e t t h e d e s i r e d c i r c u i t r e s p o n s e s w h i l e c o n s i d e r i n g b o t h t h e d o m i n a t i n g a n d p a r a s i t i c e l e m e n t s . I n a d d i t i o n t o i n t r a - c o m p o n e n tp a r a s i t i c s , a d d i t i o n a l p a r a s i t i c s s u c h a s v i a s c o n n e c t i n g t o g r o u n d , c o r e - t o - b o u n d a r y e l o n g a t i o n a r e a l s o m o d e l e d . D u e t o t h e s ec h a n g e s i n t h e c i r c u i t m o d e l , t h e o v e r a l l s h a p e o f t h e c o m p o n e n t a f t e r t h e o p t i m i z a t i o n may c h a n g e . N o t e t h a t t h e o p t i m i z a t i o ni s a p p l i e d n o t t o i n d i v i d u a l c o m p o n e n t s b u t t o t h e c i r c u i t m o d e l o f t h e e n t i r e d e s i g n . S i n c e t h e o p t i m i z a t i o n i s p e r f o r m e d b e f o r ep l a c e m e n t a n d r o u t i n g , t h e e f f e c t o f i n t e r c o n n e c t p a r a s i t i c a n d c o m p o n e n t c o u p l i n g a r e n o t c o n s i d e r e d i n t h i s c a s e . N o t e t h a to u r p o s t - l a y o u t o p t i m i z a t i o n s t e p d o e s c o n s i d e r t h e s e l a y o u t - b a s e d p a r a s i t i c s .T o o p t i m i z e a g i v e n u n p l a c e d / u n r o u t e d c i r c u i t , w e u s e A g i l e n t ' s A d v a n c e d D e s i g n S y s t e m A D S ) e n g i n e t o p e r f o r m n o n -l i n e a r o p t i m i z a t i o n . T h e b a s i c i d e a i s t h a t d u r i n g t h e o p t i m i z a t i o n p r o c e s s , t h e p a r a s i t i c e l e m e n t v a l u e s o f a l l c o m p o n e n t sa r e f i x e d w h i l e t h e d o m i n a t i n g e l e m e n t v a l u e s a r e c h a n g i n g . T h e o p t i m i z a t i o n p r o c e s s f i n d s t h e o p t i m a l v a l u e s o f d o m i n a t i n ge l e m e n t s . F o r e v e r y c o m p o n e n t w i t h ne w d o m i n a t i n g e l e m e n t v a l u e , w e r e p l a c e i t u s i n g o u r l i b r a r y . S i n c e t h e ne w c o m p o n e n th a s d i f f e r e n t d o m i n a t i n g v a l u e , t h e p a r a s i t i c s a r e a l s o d i f f e r e n t i n t h i s new c o m p o n e n t . We t h e n r e p e a t t h e o v e r a l l p r o c e s s u n t i lt h e r e s p o n s e o f t h e o v e r a l l d e s i g n m e e t s o u r g o a l o r t h e c h a n g e i n t h e r e s p o n s e i s m i n i m a l . M o r e s p e c i f i c a l l y , w e f i r s t f i xt h e p a r a s i t i c e l e m e n t v a l u e s a n d m a k e s t h e d o m i n a t i n g e l e m e n t v a l u e s a s v a r i a b l e s f o r t h e o p t i m i z a t i o n e n g i n e . N e x t w e f i n dt h e maximum a n d m i n i m u m v a l u e f o r d o m i n a t i n g e l e m e n t s o f e a c h c o m p o n e n t b a s e d o n t h e a v a i l a b l e v a l u e s i n l i b r a r y . T h eo p t i m i z a t i o n e n g i n e i s t h e n c a l l e d . N e x t w e u p d a t e t h e c u r r e n t s o l u t i o n b a s e d o n t h e v a l u e s ( b o t h d o m i n a t i n g a n d p a r a s i t i ce l e m e n t s ) o b t a i n e d f r o m t h e o p t i m i z a t i o n e n g i n e . T h e a b o v e p r o c e s s i s r e p e a t e d w h i l e t h e maximum c h a n g e i n d o m i n a t i n ge l e m e n t v a l u e s i s b e l o w a t h r e s h o l d o r t h e maximum n u m b e r o f i t e r a t i o n s i s r e a c h e d .

I V . PLACEMENT AN D ROUTINGT h e m a i n o b j e c t i v e o f o u r p l a c e m e n t a n d r o u t i n g s t e p i s t o f i n d g o o d c a n d i d a t e l a y o u t s w h i c h a r e o p t i m i z e d f o r a r e a ,w i r e l e n g t h , a n d r o u t a b i l i t y . From a g i v e n c a n d i d a t e p l a c e m e n t s o l u t i o n , we a c t u a l l y p e r f o r m r o u t i n g t o a c c u r a t e l y d e c i d e

w h e t h e r t h e g i v e n p l a c e m e n t i s r o u t a b l e . S i n c e t h e r o u t i n g r e s o u r c e i s r e s t r i c t e d t o t w o m e t a l l a y e r s , a n d t h e w i r e s a n d v i a sa d d s i g n i f i c a n t p a r a s i t i c s t o t h e o v e r a l l d e s i g n , w i r e l e n g t h a n d r o u t i n g c o m p l e t i o n a r e v e r y i m po r t a n t g o a l s . I n a d d i t i o n , t h ea r e a o b j e c t i v e a l s o p l a y a n i m p o r t a n t r o l e i n d e t e r m i n i n g t h e o v e r a l l w i r e l e n g t h a s w e l l a s c o u p l i n g a m o n g t h e c o m p o n e n t s .T h e u l t i m a t e g o a l i n o u r e m b e d d e d p a s s i v e l a y o u t i s t o m e e t t h e d e s i r e d g o a l s i n t e r m s o f f r e q u e n c y r e s p o n s e s , w h i c h c a nb e j u d g e d b y a c i r c u i t s i m u l a t o r s u c h a s AD S o r EM s i m u l a t o r s u c h a s SONNET. H o w e v e r , l a y o u t o p t i m i z a t i o n u s i n g t h e s et o o l s i s e x t r e m e l y t i m e - c o n s u m i n g i f n o t i m p o s s i b l e . T h u s , we s a m p l e g o o d i n i t i a l l a y o u t s t h a t a r e o p t i m i z e d i n t e r m s o fa r e a , w i r e l e n g t h , a n d r o u t a b i l i t y , a n d t h e n c h o o s e t h e b e s t one o u t o f t h e s e u s i n g AD S a s t h e v e r i f i c a t i o n e n g i n e . A s d i s c u s s e di n S e c t i o n I I - B , we save t h e K 1 - b e s t l a y o u t s b a s e d o n a r e a , w i r e l e n g t h , a n d r o u t a b i l i t y o b j e c t i v e s . F o r e a c h o f t h e K 1 - b e s tl a y o u t s , we d e r i v e t h e c i r c u i t m o d e l a n d e v a l u a t e u s i n g A D S . T h e g o a l i s t o s e l e c t K 2 - b e s t l a y o u t s t h a t a c h i e v e t h e r e s p o n s e s

1 1 6

8/13/2019 04387138 RF Design tutorial

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4 w i t R Y , I > 0

~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ . : 2 . . : : n :0. i i i. i x.

8/13/2019 04387138 RF Design tutorial

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t > r a 0S 4 E S X ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~0 1 5 2 . 0 2 . b 3 0 3 2 5 4. 0

D e s i r e d r e s p o n s e s q u a r e d o t sA u t o m a t i c L a y o u t c i r c l e d o t sM a n u a l D e s i g n A u t o m a t i c D e s i g n M a n u a l L a y o u t t r i a n g l e d o t s

F i g . 2 . F r e q u e n c y r e s p o n s e . T h e l i n e w i t h s q u a r e , c i r c l e , a n d t r i a n g l e r e s p e c t i v e l y d e n o t e t h e d e s i r e d , S O N N E T , a n d AD S r e s p o n s e .

A D S - b a s e d c i r c u i t o p t i m i z a t i o n c a u s e s t h e c o m p o n e n t s t o c h a n g e t h e i r d o m i n a t i n g e l e m e n t v a l u e s , w h i c h i n t u r n c h a n g et h e s h a p e s . I n o r d e r t o p r e v e n t a n y d r a s t i c c h a n g e i n t h e l a y o u t d u r i n g t h i s r e s i z i n g p r o c e s s - w h i c h m a y d a m a g e t h e i n i t i a lp l a c e m e n t a n d r o u t i n g s o l u t i o n s - w e p e r f o r m t h e p o s t - l a y o u t o p t i m i z a t i o n i n t w o s t e p s . D u r i n g t h e f i r s t s t e p , w e i m p o s e n or e s t r i c t i o n o n t h e s i z e o f r e s i z e d c o m p o n e n t s . T h e ne w c o m p o n e n t s i z e s o b t a i n e d m a y d e g r a d e t h e i n i t i a l r o u t i n g s o l u t i o n , s ow e p e r f o r m p l a c e m e n t c o m p a c t i o n a n d r i p - u p - a n d - r e r o u t e o n t h e a f f e c t e d n e t s . I n t h i s c a s e , t h e r e l a t i v e p o s i t i o n a m o n g t h ec o m p o n e n t s i n t h e p l a c e m e n t r e m a i n s f i x e d , b u t o n l y t h e c o m p o n e n t d i m e n s i o n s a n d r o u t i n g c h a n g e . D u r i n g t h e s e c o n d s t e p ,w e e n s u r e t h a t a g i v e n r o u t i n g s o l u t i o n d o e s n o t c h a n g e d u e t o c o m p o n e n t r e s i z i n g , w h i c h i s a c h i e v e d b y a d d i n g r e s t r i c t i o n s o nt h e a l l o w e d v a l u e s f o r c o m p o n e n t r e s i z i n g . T h e m a x i m u m a l l o w e d s i z e f o r e a c h c o m p o n e n t d u r i n g o p t i m i z a t i o n i s c h o s e n s u c ht h a t i t d o e s n o t a l t e r t h e r o u t i n g s o l u t i o n . I n t h i s c a s e , o n l y t h e c o n n e c t i o n f r o m t h e c o r e o f t h e c o m p o n e n t t o t h e p i n s l o c a t e do n t h e b o u n d a r y w i l l c h a n g e . T h i s m i n o r c h a n g e i n t h e i n t r a - c o m p o n e n t l a y o u t s o m e t i m e s h e l p i m p r o v e t h e o v e r a l l q u a l i t yo f t h e d e s i g n . I n b o t h s t e p s o f t h e p o s t - l a y o u t o p t i m i z a t i o n , t h e s i z e o f e a c h c o m p o n e n t t y p i c a l l y r e d u c e s . O u r p o s t - l a y o u to p t i m i z a t i o n p l u s r e - p l a c e a n d r e - r o u t e b a s i c a l l y p e r f o r m s l a y o u t c o m p a c t i o n , w h e r e t h e w h i t e s p a c e a m o n g t h e c o m p o n e n t s i sr e m o v e d , c a u s i n g t h e o v e r a l l l a y o u t a r e t o r e d u c e . F i g u r e l b ) s h o w s an i l l u s t r a t i o n o f t h e i m p a c t o f p o s t - l a y o u t r e s i z i n g a n dc o m p a c t i o n .

V I . EXPERIMENTAL RESULT SWe i m p l e m e n t e d o u r a l g o r i t h m s i n C + + / S T L a n d r a n o u r e x p e r i m e n t s o n a l i n u x PC r u n n i n g a t 3 G H z . We r a n o u r a l g o r i t h m

o n a b a n d p a s s f i l t e r w i t h 1 2 c o m p o n e n t s . T h e r e s p o n s e o f t h e f i n a l l a y o u t f o r e a c h c i r c u i t o b t a i n e d was f o u n d b y r u n n i n gS O N N E T on t h e f i n a l l a y o u t . I n F i g u r e 2 , w e f i r s t s h o w t h e m a n u a l l a y o u t d o n e b y a n e x p e r t d e s i g n e r . T h e o v e r a l l l a y o u tl o o k s v e r y m u c h l i k e t h e i n i t i a l c i r c u i t - l e v e l t o p o l o g y . We a l s o s h o w t h e a u t o m a t i c a l l y g e n e r a t e d l a y o u t , w h i c h i s a b o u t 44s m a l l e r . I t t o o k 1 5 h o u r s f o r t h e m a n u a l l a y o u t a n d 5 0 m i n s f o r t h e a u t o m a t i c l a y o u t . N e x t , w e s h o w t h e f r e q u e n c y r e s p o n s e so f t h e i d e a l , m a n u a l , a n d a u t o m a t i c s o l u t i o n s . O n e c a n s e e t h a t a l l t h r e e r e s p o n s e s s h o w s i m i l a r b a n d - p a s s b e h a v i o r . T h e r e f o r e ,w e c o n c l u d e t h a t o u r a u t o m a t i c l a y o u t a p p r o a c h g e n e r a t e s s o l u t i o n s t h a t i s h i g h l y c o m p a c t e d a n d c l o s e l y m a t c h t h e d e s i r e dr e s p o n s e w i t h i n a f r a c t i o n o f t h e t i m e t y p i c a l l y n e e d e d i n m a n u a l d e s i g n .

V I I . C O N C L U S I O NI n t h i s p a p e r w e d e s c r i b e d a m e t h o d o l o g y f o r a u t o m a t i c l a y o u t g e n e r a t i o n o f RF e m b e d d e d p a s s i v e c i r c u i t s . We m a d e u s eo f c i r c u i t m o d e l s t o o p t i m i z e l a y o u t s a n d p e r f o r m e d n o n - l i n e a r o p t i m i z a t i o n a t v a r i o u s s t a g e s o f t h e m e t h o d o l o g y t o o b t a i nt h e d e s i r e d g o a l s . F u l l - w a v e EM s i m u l a t i o n s i s c o m p l e t e l y o u t o f t h e d e s i g n l o o p , s o o u r m e t h o d o l o g y s i g n i f i c a n t l y r e d u c e st h e d e s i g n t i m e .REFERENCES

[ 1 ] S . M u k h e r j e e , B . M u t n u r y , S . D a l m i a , a n d M . S w a m i n a t h a n , L a y o u t - L e v e l S y n t h e s i s o f RF I n d u c t o r s a n d F i l t e r s i n LC P S u b s t r a t e s f o r W i - F i A p p l i c a t i o n s ,i n I E E E T r a n s a c t i o n s o n M i c r o w a v e T h e o r y a n d T e c h n i q u e s , 2 0 0 5 .[ 2 ] A . A g a r w a l a n d R . V e m u r i , L a y o u t - a w a r e RF c i r c u i t s y n t h e s i s d r i v e n b y w o r s t c a s e p a r a s i t i c c o m e r s , i n P r o c . IEEE I n t . C o n f o n C o m p u t e r D e s i g n .[ 3 ] G . S o m m e r , W . J o h n , a n d H . R e i c h l , L a y o u t S y n t h e s i s A l g o r i t h m o f E m b e d d e d P a s s i v e C o m p o n e n t s f o r RF a n d E MC R e l i a b l e S y s t e m D e s i g n , i n I E E EW o r k s h o p o n S i g n a l P r o p a g a t i o n o n I n t e r c o n n e c t s , 2 0 0 4[ 4 ] H . M u r a t a , K . F u j i y o s h i , S . N a k a t a k e , a n d Y . K a j i t a n i , R e c t a n g l e p a c k i n g b a s e d m o d u l e p l a c e m e n t , i n P r o c . IEEE I n t . C o n f o n C o m p u t e r - A i d e d D e s i g n ,1 9 9 5 , p p . 4 7 2 - 4 7 9 .[ 5 ] C . L e e , An A l g o r i t h m f o r P a t h C o n n e c t i o n s a n d I t s A p p l i c a t i o n s , i n IRE T r a n s . E l e c . C o m p u t . , 1 9 6 1 .1 1 8

.. 11W p 1 l i m