CAD para alta frecuencia

La creciente sofisticación de las aplicaciones de la electrónica ha demandado continuamente el desarrollo de sistemas electrónicos cada vez más rápidos, más robustos, con menor consumo de energía, y cada vez más pequeños y ligeros.

En el ámbito de alta frecuencia, el exponencial crecimiento de la industria de las telecomunicaciones y de la industria del cómputo a nivel mundial ha impulsado el desarrollo de circuitos electrónicos de cada vez mayor ancho de banda. Una gran cantidad de desarrollos tecnológicos confirman esta tendencia.

Con el aumento creciente de la frecuencia de operación de los circuitos electrónicos (o la continua reducción de los tiempos de transición de las señales digitales), muchos fenómenos que ocurren en los dispositivos no pueden ser modelados con aceptable precisión por los simuladores circuitales, ya sean de parámetros concentrados o distribuidos, haciendo que los modelos clásicos sean cada vez menos confiables para predecir el comportamiento de los componentes manufacturados. Lo anterior se agrava con el tamaño físico de los dispositivos, por lo cual las interconexiones y los empaquetados son los circuitos críticos. Es necesario en estos casos recurrir a los simuladores electromagnéticos de onda completa, o incluso a los simuladores multi-físicos que capturen el comportamiento electromagnético, térmico y mecánico en forma acoplada. Estos simuladores han comprobado ser sumamente precisos, aunque en la mayoría de los casos prácticos consumen una gran cantidad de recursos computacionales, fundamentalmente memoria y tiempo de simulación.  Esta segunda desventaja de los simuladores electromagnéticos y multi-fisicos, el excesivo tiempo de simulación, ha hecho necesario idear técnicas ingeniosas para utilizarlos eficientemente, no solo como instrumentos de validación, sino también como herramientas de diseño en los algoritmos de optimización numérica.

La utilización de algoritmos de optimización numérica para el diseño de circuitos electrónicos ha sido impulsada por dos factores principales. El primer factor es de tipo técnico: por la complejidad de los propios modelos, lo que dificulta su manipulación mediante prácticas tradicionales de ingeniería. El segundo factor es de tipo económico: por la creciente competitividad industrial que impone especificaciones de diseño sumamente exigentes y mutuamente excluyentes, combinadas con la necesidad de acortar los tiempos de desarrollo de los productos, desde que se conceptualizan hasta que se introducen al mercado.

La línea de investigación en diseño electrónico cultiva el campo del diseño asistido por computadora (CAD, por sus siglas en inglés) de circuitos para alta frecuencia a través de la innovación en métodos algorítmicos de diseño físico optimizado basado en simulación electromagnética y multi-física de estructuras de alta velocidad, así como mediante el desarrollo de metodologías algorítmicas del estado del arte para el modelado, el análisis y el diseño optimizado de circuitos electrónicos y de estructuras de interconexión, tanto a nivel tableta (PCB, por sus siglas en inglés), como a nivel paquete y a nivel circuito integrado.