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专业微波射频软件教程提供商目录实验一、 电路仿真基础 ………………………………………………………… 1 实验二、 系统仿真基础 ………………………………………………………… 20 实验三、 DC 仿真和电路模型 …………………………………………………… 36 实验四、 AC 仿真和调整 ………………………………………………………… 55 实验五、 S 参数仿真和优化 …………………………………………………… 72 实验六、 滤波器：瞬态，设计指导，momentum，DAC …………………… 95 实验七、 谐波平衡仿真 …………………………………………………………115 实验八、 电路包络仿真 …………………………………………………………132 实验九、 最终电路/系统仿真 ………………………………………………… 147 附录 A、 射频瞬态仿真器 ………………………………………………………167 附录 B、 谐波平衡仿真器 ………………………………………………………173 附录 C、电路包络仿真器 ……………………………………………………… 181《ADS2006A 仿真实验教程》 是设计一个用于 1900MHz GSM 的 RF 接收系统，包含的部件主要有： 200MHz 由集总参数元件构成的低通滤波器 1900MHz 由微带线构成的带通滤波器 1900MHz 的功放 把 1900MHz 变到 200MHz 的混频器 其他小部件 在完成这个系统的过程中，就可以掌握目录所示的内容。专业微波射频软件教程提供商实验一、电路模拟基础概要该实验包括用户基础界面，ADS 文件的创建过程包括建立原理图、仿真控件、 仿真、和数据显示等部分的内容。该实验还包括调谐与谐波平衡法仿真的一个简单 例子。 目 标 建立一个新的项目和原理图设计 设置并执行 S 参数模拟 显示模拟数据和储存 在模拟过程中调整电路参数 使用例子文件和节点名称 执行一个谐波平衡模拟 在数据显示区写一个等式目录 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 运行 ADS ………………………………………………………………………2 建立新项目 ……………………………………………………………………3 检查你的新项目内的文件 ……………………………………………………5 建立一个低通滤波器设计 …………………………………………………… 5 设置 S 参数模拟 ……………………………………………………………… 6 开始模拟并显示数据 ………………………………………………………… 7 储存数据窗口 ………………………………………………………………… 9 调整滤波器电路 ………………………………………………………………10 模拟一个 RFIC 的谐波平衡 ………………………………………………… 12 增加一个线标签（节点名称） ，模拟，显示数据 ……………………………161专业微波射频软件教程提供商1. 运行ADS 在开始菜单中选择“Advanced Design System 2006A → Advanced Design System”（图 一）。图一、开始菜单中 ADS2006A 的选项 用鼠标点击后出现初始化界面。图二、ADS2006A 初始化界面 随后，很快出现 ADS 主菜单。图三、ADS 主菜单2专业微波射频软件教程提供商如果，你是第一次打开 ADS，在打开主菜单之前还会出现下面的对话框。询问使用 者希望做什么。图四、询问询问使用者希望做什么的对话框 其中有创建新项目 （Create a new project） 打开一个已经存在的项目 ； （Open a existing project） 打开最近创建的项目 ； （Open a recently used project） 和打开例子项目 （Open an example project）四个选项。你可以根据需要打开始当的选项。同样，在主菜单 中也有相同功能的选项。如果，你在下次打开主菜单之前不出现该对话框，你可以 在“Don’t display this dialog box again”选项前面的方框内打勾。 2.建立新项目 a． 在主窗口，通过点击下拉菜单“File→New Project…”创建新项目。图五、创建新项目对话框 其中，项目的名称的安装目录为 ADS 项目缺省目录对应的文件夹。 （一般安 装时缺省目录是 C:\user\default，你可以修改，但是注意不能用中文名称或放 到中文名称的目录中， 因为那样在模拟时会引起错误） 在项目名称栏输入项 。 目名称“lab1”。 对话框下面的项目技术文件主要用于设定单位。在微带线布局时有用，我们 选择 mil。3专业微波射频软件教程提供商b．点击 OK，此时出现电路原理图向导。图六、创建子电路和仿真向导界面 这里有三个选项，一个是创建子电路向导、一个是仿真向导、另外一个 是不使用向导。如果，使用向导创建子电路或仿真，你需要按要求给定端口 或其它数据。最后点击“Finish”。如果你选择不使用向导。点击“Finish”,就会 出现原理图设计窗口。图七、原理图设计窗口 使用该窗口就可以进行原理图设计或仿真。但需注意此时该原理图设计还没 有命名。它使用默认的设计名“untitled1”作为该设计的名字。4专业微波射频软件教程提供商3.检查你的新项目内的文件 a． 在ADS主窗口查看左边的文件浏览窗口。目前显示你在lab1项目内。 b． 在主窗口，双击networks目录,目前里面没有原理图文件。图八、ADS主窗口4.建立一个低通滤波器设计 a． 在主窗口，点击New Schematic Window图标 打开的原理图窗口。 ，也可以使用刚才自动b． 在原理图设计窗口点击图标 ，储存原理图。取名LPF1。此时在ADS 主窗口network目录中会出现LPF1.dsn文件。 c． 在元件模型列表窗口中选择Lumped－Components（集总参数元件）项。 示意图如下图九、元件库示意图 d． 从该选项左边面板中选择电容图标 。然后，在电路图设计窗口放置 。 电容并用 键把电容旋转成竖直状态（见图十） e．然后用类似的方法在电路图设计窗口放入电感，利用快捷键 器的一端接地。利用快捷键 ，用线把他们连起来。 ，把电容5专业微波射频软件教程提供商图十、放置电容图十一、放置电感并把元件连接起来f． 在元件库列表窗口选择Simulation－S_Param项，在该项面板中选择S－ parameter模拟控制器（象个齿轮）和端口Term放到图上。图十二、放置仿真控件和终端 用ESC结束放置元件和仿真控件命令。 并使用图标 数如下图所示： 调整这些元件的参图十三、调整后的电路参数 5.设置S参数模拟 a． 双击齿轮状S参数控件标记，打开S参数控件配置窗口，把Step－size改 成0.5GHz，选择ok。6专业微波射频软件教程提供商图十四、修改仿真控件的步长 b． 在上面的窗口点击display标签，会显示所有可以显示在原理图中所有的 仿真控件控制量。图十五、显示仿真控件控制量 6.开始模拟并显示数据 a． 点击原理图窗口上方的Simulate图标 ，开始模拟。 b． 然后就会弹出状态窗口，显示仿真状态的相关信息7专业微波射频软件教程提供商图十六、仿真计算状态窗口 c． 仿真完成以后，如果没有错误，就会自动出现数据显示窗口（见下图） ， 可以看到数据显示窗口左上方的名称为LPF1。图十七、数据显示窗口 如果，LPF1 右上角有“*”代表该数据还没有储存。 在这个窗口中可以把计算结果以表格、 圆图或等式的形式显示仿真结果的 数据。 d． 点击Rectangular Plot图标 ，把一个方框放到数据显示窗口中去，会自 动弹出对话框，选择要显示的S（2，1）参数，点击Add按钮，选择dB为 单位，点击Ok。8专业微波射频软件教程提供商图十八、选择显示图形的窗口 e． 然后就会显示一个合理的低通滤波器响应。 f． 点击Marker&New，可以把一个三角标志放在图上，可以用键盘和鼠标控 制它的位置。图十九、在曲线上添加标记 7.储存数据窗口 a． 储存的缺省名称为LPF1，扩展名为.dds，该文件会储存在项目文件夹的 根目录中，而数据文件，即所有的.ds文件和数据设定，会储存在data子目录 中。9专业微波射频软件教程提供商图二十、储存数据 b． 保存数据并关闭上述窗口后，再通过点击原理图窗口的Data Display 图 标 再次打开这个名为LPF1.dds的数据文件。图二十一、打开文件“LPF1”8.调整滤波器电路 ，原理图窗口会自动调整原理 a． 点击原理图窗口中的View All图标 图的显示使其与当前窗口的大小相适应。 b． 在LPF1原理图窗口点击Tune图标 ，出现调谐控制对话框。10专业微波射频软件教程提供商图二十二、调谐控制对话框 c． 现在，在LPF1原理图窗口，用光标选择C1和L1。图二十三、在LPF1原理图窗口选中C1和L1 此时，调谐参数窗口变成下面的样子。图二十四、新的调谐控制对话框 在控制对话框中调节 L1 和 C1 的结果会即时显示在数据显示窗口中线上的三角 标志会自动调整到最新的曲线上。11专业微波射频软件教程提供商图二十五、调谐控制对话框实时调整曲线 d． 改变调节的范围：在调节控制对话框中，可以直接修改最大、最小、调 节步长和变化比例等参数。图二十五、在调谐控制对话框修改参数 e． 调节过程中，点击Update Schematic按钮，可以更新原理图中相应元 件的参数值。 也可以在原理图中用光标， 增加更多的元件参加调整参数。 f． 调整满意以后，点击Closel按钮。此时，出现下面的对话框询问是否 更新相应元件的参数值。点击“Yes”。保存该结果。图二十六、保存更新 保存原理图和显示数据 （右图所示， 两窗口中均有） ， g． 使用 Save 图标 然后把这两个窗口都关闭了 （右上角的 X 按钮） 只留下 ADS 主窗口。 ， 下面，我们将对一个 ADS 范例应用谐波平衡法。12专业微波射频软件教程提供商重要备注：ADS 范例使用 我们可以在范例目录里找到随 ADS 一起安装的所有范例。但是必须把它们拷 贝到另一个目录里，才能在你的设计中使用它们。一般来说，范例目录是只读的， 而且这些文件不能随意改动。下面我们将为你介绍一些积累经验的范例以利使用。9.用谐波平衡法对 RFIC 仿真a．进入 ADS 主窗口，点击 View Example Directory（查看范例目录图标）可以 查看范例名称列表，先不要作任何操作，简单浏览选项一遍。随后点击 View current working directory（查看当前工作目录）图标，可看到你还在 lab1 项目 中。b．下面你将从范例目录中拷贝一个原理设计到任务 lab1（网络图）中。在 ADS 窗口中，点击 File＞Copy Design，出现拷贝设计对话框。13专业微波射频软件教程提供商c．从设计中选择范例设计。出现对话框后，选择 Example Directory 和 Browse， 然后利用对话框，双击 RFIC＞Amplifier_Prj＞networks＞HBtest.dsnTo Path（到路径）详细说明：选择 Working Directory（工作路径） ，也就是 任务 Lab1 的网络目录。同时选上 Copy Design Hierarchy 框。点击 OK，HBtest 的一个附件就会拷贝到 Lab1 的网络中。拷贝完成后，打开原理图窗口并使用 图标或 File＞Open Design，打开 HBtest．dsn（如图所示）――这是 HBtest.dsn 的顶层。在此设置谐波平衡仿真。点击放大器符号，再点击图标：push into Hierarhy，就可进入放大器子电路。14专业微波射频软件教程提供商f．注意子电路中有一些有模型说明（模型卡）的基本元件。点击图标：“Pop out of Hierarchy”回到设置仿真的顶层。 g．进入上层后，双击 Harmonic Balance controller 可查看谐波平衡控制器，也 可通过选中它后，点击“编辑”图标。15专业微波射频软件教程提供商h．谐波平衡控制器有许多栏设置仿真参数，该步骤目的是为熟悉仿真控制器， 并不需要了解所有的设置。 仔细查看它们， 但不要改动， 完成后点击 Cancel。 该控制器设置为计算有 5 次谐波的 960MHz 频率。同时基频信号（原理 图中）频率也为 960MHz。10.添加连接线符号（节点名） ，仿真和画数据曲线。出现对话框后，输入名称 Vin。点击 amp 的输 a．点击右图的 Name 图标 入端的引线或节点。完成后点击 close（关闭） 。该原理图就有了 Vin 和 Vout 引线符号。16专业微波射频软件教程提供商b．点击 Simulate 按钮 。仿真完成后，Vi n 和 Vout 处节点电压在数据显示 （Data DisPlay）中就有效了。 c． dBm 的格式画出 Vout 频谱图――打开数据显示窗口后， 以 选择 Rectangular Plot，并插入。同时，会弹出一对话框，选择 Vout，点击 Add。接着，对话框 会询问：Spectrum in dBm，点 OK，曲线便会生成。d．放入一个 Marker 在基频上以检验它是不是 960MHz。17专业微波射频软件教程提供商e. 插入一个方程计算增益。在图表显示窗口，点击图标 。进入公式编辑对 话框。输入增益计算公式 Gain=Vout/Vin。如果输入过程中出错，对话框立刻 就会出现错误信息。数据显示方程的备注；方程显现为红色是表示其无效。 f．纠正拼写错误再点 Apply 和 O K，正确的方程会显示。g．为列出增益的方程值，通过选择 List 图标 ，插入一个表格。出现对话 框后，点下拉箭头，拖至方程列表，选择增益方程，添加，点击 OK。你就 会在表中看到每一频率点的增益。通过计算你的方程和谐波平衡数据，得到 的是每一频点电压的参数解。实际上，该电路的电流增益（gain）&电压增 益（gain） 。18专业微波射频软件教程提供商h．关闭所有窗口―实验中的文件不要保存。后面实验将不会用到它们。附件练习: 这些练习只在你有额外时间相对才可做。你在所有的课程完成以后，可以把它 们作为练习。 1．回到对 filter 的 S 参数仿真，打开数据显示页，试写出 S21 的相位方程并作 图。 2．回到 HBtest 仿真，把谐波平衡仿真器的谐波次数增为 7，重新进行仿真，并 注意发生的情况。再把频率值变为 940，查看仿真情况。从该练习可以看到 错误的仿真。 3．对上面仿真写另一个方程，如下所示： Gain_fund=Vout[1]／Vin[1] 确定方程用括号中 1 的意义 4．拷贝一个另一个你感兴趣的范例，也拷贝范例的数据显示文件。为此，你可 以使用浏览器（browsers）并进入 ADS 的范例目录，来打开文件并保存。5．在上面谐波平衡仿真中尝试使用调谐器。19专业微波射频软件教程提供商实验二 系统模拟基础概要这一章介绍了如何使用行为模型建立一个系统（例如我们要做的接收系统） ，这 一步是设计系统的第一步， 通过对系统级行为模型的模拟， 来接近所需的系统性能。 先设定系统组件为所需的性能，然后逐步用独立的电路替换，并可以比较两者的性 能差异。 目 标 使用上一章的技巧和经验 使用行为模型（滤波器、放大器、混频器）建立一个 RF 接收器的系统 项目，RF＝1900MHz，IF＝100MHz 使用一个 RF 源，带相位噪声的本振 LO 和一个噪声控制器 测试系统：S 参数，频谱，噪声等等目录 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 建立一个新的系统项目和原理图 ………………………..…………… 21 建立一个由行为模型构成的 RF 接收系统 ……………………………21 设置一个带频率转换的 S 参数模拟 ………………….….…………… 22 画出 S21 数据 ………………………………………….….…………… 24 提高增益， 再模拟， 绘制出另一条曲线 ………………….……………25 设置一个 RF 源和一个带相位噪声的本振 LO ………….….………… 26 设置一个谐波噪声控制器 ………………………………..…………… 27 设置谐波模拟 ……………………………………………..…………… 29 模拟并画出响应：pnmx 和 Vout ……………………….………………32 选学－SDD（象征性定义的元件）模拟 ………………………………3320专业微波射频软件教程提供商步骤 1.建立一个新的系统项目和原理图 使用上一章学到的方法，建立一个新的项目取名 rf_sys 2. 建立一个由行为模型构成的RF接收系统 a ． Butterworth 滤 波 器 ： 在 元 件 模 型 列 表 窗 口 中 找 到 带 通 滤 波 器 项 目 Filters-Bandpass。插入一个Butterworth滤波器。设定为：中心频率Fcenter＝ 1.9GHz。通带带宽BWpass＝200MHz，截止为BWstop＝1GHz。b． 放大器：在元件模型列表窗口中找到System-Amps&Mixers项目，插入放大 器Amplifier。设定S21＝dbpolar（10，180） 。c ． Term ： 在 port1 插 入 一 个 端 口 。 端 口 Terms 在 元 件 模 型 列 表 窗 口 的 Simulation-S_Param中找。 关于 Butterworth 滤波器请注意－Butterworth 滤波器的行为模型是理想 情况的，所以在通带内没有波纹。换成滤波器和放大器的电路模型以后，会 产生波纹。对于带波纹的系统滤波器，可以采用椭圆滤波器的行为模型。 接下来要往系统中添加混频器和本振 LO 的行为模型。 d． 在元件模型列表窗口中找到System-Amps&Mixers项目，在功放amp输出口 插入一个混频器Mixer的行为模型，注意是插入Mixer Mixer2是用于非线性分析的。 而不是Mixer2 。21专业微波射频软件教程提供商e． 设定混频器Mixer ConvGain＝dbpolar（3，0） 。这里dbpolar是极坐标表示， 代表3dB。设定Mixer SideBand＝LOWER，设定取混频器两个输出的低端。 f． 可以按F5键，再点击原理图上的组件图形，移动组件的文字。g． 在元件模型列表窗口中找到Sources-Freq Domain项目，插入V_1Tone源和 上图中标出的50ohm电阻和地，这样可以提供100MHz的中频输出。 h． 如图所示，在混频器的输出口加一个低通Bessel滤波器（在元件模型列表窗 口中的Filters-Lowpass项目中） ，设置Fpass＝200MHz。 i． 在port2放一个端口Term。最终的系统电路如下所示：3.设置一个带频率转换的S参数模拟 a． 插入控制齿轮，设定模拟参数为：1GHz到3GHz，step步长为100MHz。b ． 编 辑 模 拟 控 制 器 ， 在 Parameters 标 签 内 选 上 Enable AC frequency conversion。22专业微波射频软件教程提供商c． 在Display标签内选择FreqConversion和FreqConversionPort两项，让它们在原 理图中显示出来。此时，仿真控件变为，d． 点击Simulate&Simulation Setup。当对话框出现，把缺省的dataset名称改为 rf_sys_10dB，代表该系统有10dB的放大器增益。23专业微波射频软件教程提供商e． 点击Apply和Simulate开始模拟。 4 画出S21数据 a． 在数据显示窗口中插入一个网格显示的S21图形。b． 把一个三角标记放到1900MHz的线上。增益为混频器的转换增益减去因为 失配造成的一些损耗。24专业微波射频软件教程提供商5.提高增益，再模拟，绘制出另一条曲线 a． 回到原理图，改变放大器增益S21到20dB。b． 点击Simulate&Simulation Setup，改dataset名称为rf_sys_20dB。点击Apply， 开始模拟。 c． 当模拟结束以后，你会被提醒是否改变缺省dataset，回答No。d． 双击编辑已经有的10dB线。当对话框出现，点击下拉框查看可用的datasets 和等式，选择rf_sys_20dB dataset。e． 选择显示S21数据，单位选dB，让S21在数据显示窗口显示，注意整个dataset 的路径会显示出来，因为它不是缺省dataset。 f． 把新的三角标志放到新的线上，选择所有的标志，点击命令Marker&Delta Mode On，看看两个模拟之间10dB的差值。保存。25专业微波射频软件教程提供商6. 设置一个RF源和一个带相位噪声的本振LO 接下来演示如何使用谐波平衡模拟器模拟振荡器的行为模型带来的相位噪声。 a． 用新名称rf_sys_phnoise保存当前的原理图。 b． 在已经保存的原理图中， 删除S_param simulation controller就是那个齿轮， V_1Tone 本振源LO source，50ohm电阻和地。 c． 用P_1Tone源更换port1Term，设定功率和频率如下：Freq＝1.9GHz，P ＝polar（dbmtow（－40） 。注意polar与dbpolar单位不同，把源的名称改 ，0） 为RF_source，Num＝1； d． 利用快捷键 如下： 在输出端插入一个线标记Vout（节点） ，完成后的原理图e ． 在 元 件 模 型 列 表 窗 口 中 找 到 Sources-Freq Domain 项 目 ， 插 入 OSCwPhNoise， 连接到混频器mixer上。 设定Freq＝1.8GHz， 修改PhaseNoise list如下图所示。OSCwPhNoise已经自带了50ohm电阻注意这和『2』节中的 V_1Tone加50ohm的电阻的功能类似，就是多了相位噪声。26专业微波射频软件教程提供商7.设置一个谐波噪声控制器 a． 在元件模型列表窗口中找到Simulation-HB项目，在原理图上插入噪声控制 器NoiseCon。注意：NoiseCon组件和HB谐波模拟一齐使用。它便于你把模拟控制和噪声 测量分开。你也可以在仅仅使用一个HB控制器的情况下，为不同的噪声测量设 定和使用多个噪声控制。 b． Freq tab频率标签－编辑Noise Con－设定Sweep Type为log，范围从10Hz到 10KHz，步长5。27专业微波射频软件教程提供商c． 在 Nodes tab标签中点击Pos Node下拉框， 选择Vout节点， 点击Add按钮。 噪声控制器同其它的ADS组件一样，能够在原理图中修改节点的名称。d． 在PhaseNoise标签中选择相位噪声类型Phose Noise Type为Phase Noise spectrum，设定载频carrier Frequency为100MHz。这是带由LO引入的相位噪 声的中频频率。28专业微波射频软件教程提供商e． 在显示标签Display tab中把如下图示出的项目显示在原理图上，并作出 相应的修改。最后显示的噪声控制器设置如下图所示。8.设置谐波模拟 a． 在元件模型列表窗口中找到Simulation-HB项目，在原理图中插入HB模拟 控制器 。 b． 编辑HB控制器（双击） 。把缺省的频率值改为1.8GHz，点击Apply。然后增 加RF频率1.9GHz，点击Apply。29专业微波射频软件教程提供商c． 在Display标签中，让MaxOrder显示出来，点击Apply。 注 意：你只需要在控制器中指定本振 LO 的频率（1.8GHz）和 RF 频率 （1.9GHz） 。不需要指定其它的频率，因为 Order（谐波）和 Maximum order（混 频产物）的缺省值将计算电路中其它的 tones，包括 100MHz 的中频 IF。30专业微波射频软件教程提供商d． 如下图所示， 在NoiseCon标签中选择NoiseCons。 然后使用Edit按钮选择NC1 为你设定的Noise Con的实例名称。点击Add和Apply。e． 在显示Display标签的HB Display标签中， 选择下图项目显示在原理图上。完整的原理图如下所示，在开始模拟之前，检查是否相符：31专业微波射频软件教程提供商9. 模拟并画出响应：pnmx和Vout a． 插入一个rectangular绘制pnmx。使用Plot Options设定X轴的单位为Log。插 入一个三角标记观察频偏。插入一个rectangular绘制Vout，单位设定为dBm，在 中频信号100MHz处放一个三角标记。 输入功率为－40dBm， 加上23dB的功放增 益和转换增益，输出为图中所示的－17dBm。32专业微波射频软件教程提供商b． 储存。你现在已经完成了设计RF接收器的第一步，在下面的章节中，你将 用电路替换系统模型组件。 10.选学――SDD（符号定义元件）仿真 SDD允许你对一个线性或非线性元件节点的特性以方程形式说明。本步骤中， 你将对一个3端口SDD输出端的和与差用一个简单的线性方程来描述。 a. 用命令Save Design As对当前设计（rf_sysy_phnoise）命名为：rf_sys_sdd。 b. 删除电路中的特性混频器。 c. 从Eqn based Nonlinear面板中调出3 port SDD放在原理图上。在mixer上，负端 与地相连，如下图所示。d. 在文本框中直接插入光标，修改[2，0]值，加入“-_v1*_v3”，即减去混频端开 口的RF[_v1]和LO(_v3)，保留IF(_v2)电压值。此时SDD就是一个无转换增益的 mixer，在输出端会输出差频与和频。 e. 对Vout的频谱进行仿真，绘图。如下图所示。33专业微波射频软件教程提供商因为没有转换增益，IF信号电平很低。同时产生差频与和频。尽管如此， SDD对特性描述很有用，而且，可以写出复杂但较合适的方程。这需要进一步 的学习。f. 运行瞬态仿真（仿真步骤如下） ，并将结果与使用Fs函数dBm(fs(Vout))的HB 结果进行对比。34专业微波射频软件教程提供商g. 保存设计数据。附加练习： 1、尝试对系统（无SDD）进行瞬态仿真，并将结果与用了fs函数的结果比较。 2、回到巴特沃思滤波器，用一个椭圆函数滤波器模型代替它进行仿真。尝试设 计不同范围的波纹值或用调谐器调节波纹参数。显示结果并观察通带的纹 波。 为完成工作， 你将会用到数据显示命令中的Zoom命令 （图像放大/缩小） 。3、对设计中各参数进行调整。 4、退特性混频器输入LO和RF的反射值，观察仿真结果。 5、建立关于SDD混频器转换增益I[2，0]方程的实验。35专业微波射频软件教程提供商实验三、直流仿真和建立电路模型概 述本章将介绍参数的子网络，在分层设计中如何创建和使用它们。我们将从一 个元件建模开始。对于性能较好的元件模型，最低层的子网络应包括封装寄生参 数。一个测试模板将用来对一个可以计算，建立并检验的偏置网络的响应进行仿 真并输出响应曲线。该实验中的电路是本教材中其它实验使用的放大器基础。 任 务 建立一个考虑寄生参数的通用 BJT 模型，并保存在自电路中。 设置并运行大量 DC 仿真来确定其性能。 在数据显示中计算偏置电阻。 在 DC 仿真基础上建立一个偏置网络。 测试偏置网络。 目 录 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 新建任务：amp_1900 …………………………………………………… 37 设置一个通用 BJT 符号和模型卡…………………………………………37 对电路添加寄生参数和连接部分…………………………………………39 观察缺省符号………………………………………………………………39 设置设计参数和内建符号…………………………………………………40 用曲线指示模板测试 bjt_pkg 的子电路………………………………… 42 修改参数扫描模板…………………………………………………………43 在 Beta=100 和 160 时仿真…………………………………………………44 打开一个新设计，并在主窗口中查看你的所有文件……………………45 对直流偏置的参数扫描进行设置并仿真…………………………………46 计算共射电路偏置电阻 Rb, Rc 的值………………………………………49 偏置网络……………………………………………………………………50 对直流解作仿真和注释……………………………………………………51 选学：温度扫描……………………………………………………………5236专业微波射频软件教程提供商步骤 1、新建任务：amp_1900 a. 如果你还没有创建该任务，就请现在创建。然后在该信任务 amp_1900 中打 开一个新的原理图窗口并以 bjt_pkg 为名保存它，并在 Option→preferences 中进行你希望的设置。2、设置一个通用 BJT 符号和模型卡 a. 在原理图窗口中，选择面板 Devices-BJT.。选择 BJT-NPN 放入原理图中， 如下所示。 b. 插入 BJT_Model 模型元件，如下所示。37专业微波射频软件教程提供商c. 双击 BJT-Model 卡。出现对话框后，点击 Component Options，在下一对话 框中，点击 Clear All 使参数可见。然后点击 Apply，该操作会删掉原理图中 的 Gummel-Poon 参数表。不要关闭该对话框。关于 Binning 的备注：你可以插入多模型组卡，用 Binning 元件改变模型元件 的变量值。这些变量可作为例如温度、长度、宽度等参数。Binning 元件允许 你创建一个参考模型的矩阵。 d. 接着，在 BJT_Mode 对话框中选择 Bf 参数，并输入 Beta 如下图所示。并在 Display parameter on schematic 前面打上勾。然后，点击 Apply。Beta 此时成 为该电路的一个参数，接下来你就可以按调整变量的方法对其进行调整。e. 设置 Vaf（预置电压）=50，并显示。 f. 令 Ise （E、 漏电流） B =0.02e-12。 并显示。 然后点击 OK 关闭 Bipolar Transistor Model：1 对话框。现在该元件就有了更多的实际参数。 g. 去掉 BJT 元件的一些不希望显示的参数（例如，面积、区域、温度和模式） 。 方法是双击 BJT1，在打开的对话框中选中不希望显示参数选项。然后去掉38专业微波射频软件教程提供商display parameter on schematic 前面的勾。3、为电路加入寄生参量和电路连接部分 下图为考虑寄生和接头的完整的电路图。注意使用旋转图标 把元件调整到合适的方向。 放置元件的步骤如下： a. 放置集总参数 L、C 元件：插入三个 320pH 的引线电感和两个 120fF 的结 电容。注意使用正确的单位（P、F） ，否则电路不会得到正确的相应。 （提 示：如果你已经输入过 L 或 C，可在元件历史栏中直接输入 L 或 C。可不 通过面板而直接获得元件） b. 为基极引线电感连接一个 R=0.01? 的电阻，并显示其值（如下图所示） 。 c. 放置端口接头： 点击端口接头图标 。 然后， 务必按如下顺序放置接头：1）集电极 C；2）基极 B；3）发射极 E。只有如此，接头才能与 ADS BJT 符号有相同的顺序。 d. 编辑端口名：如：改 P1 为 C，P2 为 B，P3 为 E。 e. 整理原理图：摆放元件使原理图看起来有序――这是一种很好的实践。按 F5 键，选中元件，移动鼠标，可把元件文本框移动到需要位置。4、观察缺省符号39专业微波射频软件教程提供商有三种方法为电路创建符号：1）使用默认符号；2）绘制符号；3）使用 ADS 内建符号。本练习中，你将使用一个内建的 BJT 符号。此前，应删除 ADS 赋给 电路的缺省符号。其步骤如下： a. 点击 View＞Create / EditSchematicSymbol，可以找到找到默认符号。如果 系统中没有电路的缺省符号。点击 View＞Create / EditSchematicSymbol 后出现下面的对话框，点 OK，默认符号就会出现。b. 接着，产生一个三端矩形框。这是默认符号。如果系统中有电路的缺省符 号。 点击 View＞Create / EditSchematicSymbol 后直接会出现下面的三端矩 形框。 用命令 Select＞Select All， 点击删除图标 符号。 或按 Del 键可删除默认c. 点击 View＞Create / Edit Schematic 回到原理图。 5、 设置设计参数和内建符号 a． 点击 File＞Design Parameters, 出现下面的对话框。 b．在 General 标签中，作如下修改：1）把元件范例名改为 Q，2）点下拉箭 头选择符号为 SYS_BJT_NPN （内建符号） 3） ， 在布线图模型中选择 Fixed 和 SOT23，如图所示。40专业微波射频软件教程提供商c． 点击 Save AEL File，写入修改值，但不要关闭对话框。你好要用它设置其 它参数。 d．点击 Parameter 标签，在参数名（Parameter Name）框中输入 beta，默认 值设为 100，点击 Add 按钮。如下图所示，确认 Display Parameter 框被选 中。点击 OK 保存新的设定并关闭对话框。e． 在原理图窗口中，保存设计，不要丢失创建的字电路。下一步，我们将介41专业微波射频软件教程提供商绍如何使用设计参数。 6、 用曲线测试模板测试 bjt_pkg 子电路 a． 在当前 bjt_pkg 的原理图中，点击 File＞New Design。对话框出现后，输 入名称：dc_curves 并选择 BJT_curve_tracer 模板。如下图所示。点击 OK， 会生成一个新原理图，就可以放置 bjt_pkg 了。b．保存设计并点击元件库（Library）图标。c． 出现对话框后， 选择任务 amp_1900， 并点击 bjt_pkg 子电路， 放入原理图， 如下图所示。你创建的每一个电路，作为子电路在任务重都是有效的。42专业微波射频软件教程提供商d．按图连接 bjt_pkg 的元件。你可能要调整线和文本框（F5 键）是视图看起 来跟合理。现在即可关闭元件库窗口。再次保存 dc_curves 设计。注意， 要养成经常保存设计的好习惯。关于模板的备注：除了用前面的方法插入模板外，我们也可以用原理图窗口 命令 Insert＞Templates 插入模板。许多模板都有预设置、节点名（线符号）和变 量。因此，必须修改后才能用于你的电路。这些模板也有数据显示模版，在预设 格式下自动绘图。这些数据显示模版，在预设格式下自动绘图。这些数据显示模 版在数据显示窗口也有效。通常来说，如果你熟悉 ADS，运用模板是非常有效 和省时的。7、 调整参数扫描模板 a． 可从 0?A 至 100?A 以 10?A 步长改变扫描参数 IBB 的值，如图所示。43专业微波射频软件教程提供商但不要改变 DC 仿真控制器中关于 VCE 扫描的默认值， 它们是正确 的不需要修改。注意变量 VAR（VCE=0，IBB=0）是不需要修改的，因 为它们只需要在仿真器中对变量进行初始化。8、 在 Beta=100 和 Beat=160 时仿真 a． 在 Beta=100 时仿真（F7 键） 。仿真完成后，显示数据会与绘图结果一起 生成（数据显示窗口） 。试着移动标记并观察生成的新值。44专业微波射频软件教程提供商b．再次对 Beta=160 仿真，直接在原理图上修改即可。 值的变化。注意仿真c． 验证 Beta=160，VCE=3V 时的仿真值，此时假设输入功率为 10mW， IBB=40?A，IC=3mA。如果不正确就检查你的设计。9、 打开一个新的设计并在主窗口中查看你所有的文件 a． 保存当前原理图： dc_curves。 在同一窗口中。 创建一个新的设计 （无模板） ， 命名为 dc_bias， 点击图标 保存设计。 该设计就被写入 ADS 的数据库。b．现在，查看 ADS 主窗口。你的网络目录里应该有 3 个设计：bjt_pkg， dc_curves 和 dc_bias。 在此之前， 你可能需要在文件浏览器上双击 network， 来刷新浏览器。45专业微波射频软件教程提供商c． 在文件浏览（File Browser）窗口中，点击＋或－号框和向上箭头，你就 可以查找你所创建的任务中的文件。 记住： 你只能同时在一个任务中操作， 但你可以把文件从其它任务中拷贝过来插入。d．最后，在主窗口试着通过按键显示/隐藏所有的窗口部件。该操作是为了设计安全或找到其它非 ADS 的窗口。在此情况下，只有主窗口可见。 使用按键 可以恢复显示所有的窗口部件。10、 对直流偏置的参数扫描进行设置并仿真 关于参数扫描的备注：如果我们只对一个参数扫描，可使用仿真控制器中的 的扫描标签（Sweep Tab） 。但是如果对多个参数扫描，就需要参数扫描控制组件 了。例如我们刚才使用过的模板。一般来说，所有的仿真控制器，都只允许你对 单个参数（变量）进行扫描。 不使用模板建立电路的步骤如下： a． 用 library 图标 放置 bjt_pkg，进入 bjt_pkg 子电路。现在，点击 File＞Parameters，重置 Beta 参数缺省值为 160，退出子电路，删除 bjt_pkg，再 重新插入它。此后不管你何时使用该模型电路，Beta 值便始终为 160 了。46专业微波射频软件教程提供商b．从探测元件（Probe component）面板或从历史元件栏中放置 I_Probe，并 重命名为 IC（如下图所示） 。c． 从频域源（Sources-Frequency domain）面板或历史元件栏中放置一个直流 电压源和一个电流源，并设置其值为 V_DC=3V，I_DC=1BB，如下图所 示。d．把元件连接起来并接地（使用接地图标） 。47本页已使用福昕阅读器进行编辑。 福昕软件（Ｃ）２００５－２００９，版权所有， 仅供试用。专业微波射频软件教程提供商e． 放置 DC 仿真控制器或 DC。编辑：双击控制器，进入 Sweep 标签栏中令 IBB 从 10?A 到 100?A， 10?A 步长变化 以 （输入值分别为： uA； uA； 10 100 和 10 uA；。然后，再 Display 标签栏中检查将要显示的设置，如下图。 ） 点击 Apply 和 OK。扫描变量f． 设置一个 VAR （点击图标 A 为变量扫描的初始值。） 变量方程。 用鼠标直接在屏幕上设置 IBB=0g．在基极放置线符号 VBE（点击图标） 。该节点电压会在数据组生成，用于计算偏置电阻值最后的原理图如下所示。h．对数据仿真，绘图。数据显示窗口出现后，应放置 VBE 与 IC.i 的列表值。 因为你是通过 IBB 扫描得到这些值，所以 IBB 已自动包括在内了。48专业微波射频软件教程提供商关于结果的备注：正如你所见，3V 电压加于元件，产生 40?A 电流使 VBE 电压为 799mV，集电极电流为 3.3mA。 i． 保存设计与显示数据。 11、 计算共射电路偏置电阻 Rb，Rc 电阻值。 a． 在数据显示窗口，放入方程 Rb=（3-VBE）/IBB。b．在数据显示窗口，选中刚刚输入的 Rb 方程，并用 Ctrl＋C 键拷贝该方程， 用 Ctrl＋V 把它粘贴到数据显示窗口。此时，粘贴的方程由 Rb 变为 Rb1。c． 使 Rb1 方程变为高亮（见下图） ，并将其值修改为 Rc=2/IC.i。全部直流电 压为 5V，因此，3V 加于 VCE，剩下 2V 加在集电极电阻上。49专业微波射频软件教程提供商d．插入一张新的列表，点击图标，在对话框拖动滚动条到 Equations 菜单（如下图所示） 。并把 Rb 和 Rc 添加到输出列表。e． 在输出列表中 Rb 和 Rc 后面加入[3]，此时输出表格变为下面的形式。它 只显示第 3 行的内容（注意：此时行的计数从 0 开始，即：0，1，2，3 等等） 。然后，你用数据显示窗口的文字选项（Insert＞text 或快捷键 为列表添加说明符号，如下图所示。 ）12、 设置偏置网络 现在你已经有计算出的偏置的电阻值，可以测试偏置网络。 a． 保存设计（dc_bias） 。并以新名 dc_net 另存该设计。同时，保存并关闭 dc_bias 的数据显示窗口。 b．对设计 dc_net 的原理图做如下修改。先删除 IBB，I_probe 和 Var。 c． 从集总元件面板（Lumped components）添加基极电阻 Rb（Rb=56KOhm） 和集电极电阻 Rc（Rc=60KOhm） 。 d．设置直流电压源 Vdc=5V。50专业微波射频软件教程提供商e． 删除直流仿真控制器，在其位置上放置一个新的直流仿真控制器。 （你也 可以通过对原来的直流进行修改实现上述功能，即，删除扫描变量，去掉 对扫描变量的显示。只是上面的方法更快） 。整理后的电路如下图所示关于放置具有布线功能元件的备注：随后（本节最后一个试验后） ，你可以很 容易地通过改变元件名，形成具有布线功能的集总元件。例如，在选择元件 时，把集总元件面板（Lumped-Components）中的 集总元件面板 （Lumped-With Artwork） 中的 ； 把 换成带工艺安装尺寸的 换成 ； 把 换成 ，等等。你就可以原理图的电路板了（Layout） 。现在，图中使用的都 是无布线功能的集总参数元件。 13、 对 DC 解作仿真和注释 a． 使用菜单命令 Simulate＞Simulation Setup，在出现的对话框中去掉“open data display when simulation completes”前面的勾。b．然后，点击“Simulate”键进行仿真（或按 F7 键） 。仿真会以与原理图同名 （默认的）的数据组名进行。你可以通过阅读状态窗口进行检验。51专业微波射频软件教程提供商c． 点击菜单命令 Simulate＞Annotate DC Solution，为电流电压注释。有必要 的话，移动一下元件或使用 F5 键移动文本框。使电流、电压易于观察。 你设置的值应合下图所示一样。如果不一样，就要检查你的工作，包括子 电路。d．清除注释：使用菜单命令 Simulate＞Clear DC Annotation，然后保存所有 工作。如果不学后面的内容，就关闭所有窗口。 14、 温度扫描（选学） a． 编辑 DC 控制器――双击 DC 图标。 b．在 Sweep 标签栏中，输入 ADS 的全局变量 temp（默认单位为摄氏度） 。 把温度范围设置为-55 至 125， 5 为步长 以 （如下图所示） 然后， Display 。 在 标签栏中，选中在控制器中需要显示的注释复选框。然后点击 Apply，并 察看。再点击 OK，关闭对话框。52专业微波射频软件教程提供商c． 插入 VC 和 VBE 的节点/引脚符号。d．使 用 菜 单 命 令 Simulate ＞ Simulation Setup ， 把 仿 真 数 据 组 名 设 置 为 dc_temp，选择对话框打开数据显示 dc_net，点击 Apply，然后开始仿真。53专业微波射频软件教程提供商e． 在矩形图中给出结果绘图。以 VC 与 temp 的关系和 VBE 与 temp 的关系 作图。f． 每根曲线上可以以 Delta 模式设两个标记，观察电压随温度的变化。曲线 应与下图相似， 随温度上升集电极电压 VC 的下降速度应为 VBE 的一半。 该温度扫描法（扫描全局变量）适用于所有的 ADS 仿真。附加练习： 1、在 bjt_pkg 的所有偏置点使用 SP_NWA_T 模板来产生 S 参数。这是一个很有 用的模板。 2、用探头（probe）绘电流（IC.i）随温度影响图。或试着设置一个温度的传递 参数（选项控制器中 temp=25） 。每个仿真面板中都有选项控制器。它们可以 用来为 DC 设置收敛点和设置固定仿真温度。 3、用另一个模型（Mextram）代替 Gummel-Poon 模板卡，并重新仿真。完成以 后，比较仿真结果。54专业微波射频软件教程提供商实验四、交流（AC）仿真概 述该实验继续 amp_1900 任务并与上一实验使用相同子电路。这个练习教交流 （AC）仿真的基础，包括小信号增益和噪声，也给出了许多数据显示中控制和 操作数据的许多细节特性。 任 务 进行交流（AC）小信号和噪声仿真 调整引脚/导线符号 变量扫描和建立方程 控制图表，曲线，数据组和交流（AC）源 目 录 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 从一个设计到另一个设计的复制&粘贴（Ctrl+C/ Ctrl+V）操作……… 56 对复制的电路和引脚符号进行改正………………………………………56 层次（push and pop）操作验证子电路……………………………………58 设置带噪声的 AC 仿真……………………………………………………58 对噪声数据仿真并列表……………………………………………………60 控制方程和节点电压的输出………………………………………………61 无噪声仿真…………………………………………………………………63 用测量方程写出数据显示方程……………………………………………63 使用测量和数据显示子方程………………………………………………63 对 AC 分析数据绘出相位和群时延图……………………………………65 变量信息和 what 函数…………………………………………………… 68 选学――Vcc 扫描（如同电源电压在减小）……………………………6855专业微波射频软件教程提供商步 骤 1.从一个设计到另一个设计的复制&粘贴（Ctrl+C/ Ctrl+V）操作 a. 打开上一设计（dc_net）,并通过在周围区域拖动鼠标复制变亮的电路，这 被称为橡皮条（rubber banding） 。当该项目变亮时，通过 Ctrl+C 键或 Edit&Copy 命令复制。推荐使用 Ctrl+C，这样可以省去鼠标点击。b. 用 File&New Design 命令创建一个新原理图，命名为：ac_sim。然后，用 Ctrl+V 键或 Edit&Paste 并通过点击新原理图插入（ghost 镜像）复制内容。c. 保存 ac_sim 设计。你必须保存它，否则它不会被写入数据库。 d. 点击 Window&design Open 命令。这个命令可以让你进入那些在内存中但 在窗口中未显示或未存在记录中的设计。出现对话框后，选择 dc_net 并点 击 OK，然后用 File&Close Design 命令关闭 dc_net 设计（不需要保存改变 的设置） 。 e. 在空的原理图窗口中，用 File&Open Design 图标重新打开设计 ac_sim。它 可给出该任务中的设计列表。如果一个设计创建了但最初并未保存，则不 会在列表中。你需要用 Window&design Open 命令打开并进入它。 2.对复制的电路和引脚符号进行改正 删除引线，插入新的元件，并按需要重新连线。步骤如下： a. 断开 DC 源，并把它和地线移到边上。 b. 从集总元件面板中或用元件历史栏中插入两个理想的 DC_Block 电容。 c. 从频域源（Sources-Freq Domain）面板中插入一个 V_AC 源，接地。然后， 在输出端添加一接地的 50? 负载电阻。56专业微波射频软件教程提供商d. 修正引脚/导线（节点）符号。点击 Name 图标，同时对 RC 和 DC 源添加 一个 Vcc 符号，它们以电气而不是导线连结。e. 如图添加 Vin 和 Vout。当然，如果你学习了 Lab3 中的选学内容，可撤销 VC 和 VBE。 方法是对话框后 （如右）点击那些符号或用命令 Edit&Wire/Pin ， Label&Remove Wire/Pin Label.f. 检查电路，使之如下图所示。关于 Wire/Pin Label Attributes（属性）的备注：你可通过拖动这些符号来移动它们，并双击它们 或用命令 Edit&Wire/Pin57专业微波射频软件教程提供商Label&Wire/Pin Label Attributes 进行属性（attributes）编辑。 3. 层次（push and pop）操作验证子电路 a．在设计 ac_sim 窗口点击图标 图） 。 ，然后选中 bjt_pkg，并进入子电路（见下b．检查后跳出子电路。4.设置带噪声的 AC 仿真 a．插入一个 AC 仿真控制器。对 AC 仿真控制器的开始、停止频率和步长进行编辑：100MHz 到 40GHz，步长 100MHz58专业微波射频软件教程提供商b．在噪声（Noise）标签栏中。对噪声计算进行检验，并添加 Vout 节点。 对每个噪声设置模式，按名分类（Sort by Name） ；对于大电路使用按值 分类 （Sort by Value） ，可以首先更好的查看最大影响。当然，如果没有 设置动态范围（门限值） ，则所有的噪声都会被仿真。59专业微波射频软件教程提供商c．对所示的每个参数打开显示，如图所示。5.对噪声数据仿真并列表 a．仿真（F7） b. 在数据显示中，用 Ctrl 键可同时选择插入名称（Name）与 VnC（电压噪声 影响）的列表（list） （图标） 。如图所示，在每个频率点 Q1.BJT1 代表了元 件的全部噪声电压，包括：Q1.BJT1.ibe 和 Q1.BJT1.ice，但是，它们并非相 关电压，按下式被加起来作为噪声功率： (Vtotal ) 2 = (Vibe ) 2 + (Viee ) 2 。整个 vnc 与 Vout 噪声相同。60专业微波射频软件教程提供商c．保存原理图与显示数据6.控制方程和节点电压输出 a．在 ac_sim 原理图中，从任一原理图仿真控制面板中插入一 MeasEqn，或者 你可以从元件历史栏中输入 MeasEqnb. 直接在原理图屏幕中编辑方程，用节点（引脚）符号 Vin 和 Vout 计算电压 增益。用键盘上的方向键移动相等（=）符号。61专业微波射频软件教程提供商c．编辑 AC 仿真控制器并进入 Output 标签，默认值在数据组中给出的所有符 号节点电压（引脚/导线符号）和所有的测量方程。在接下来的步骤你要改 变这些设置。 d．不勾节点电压框，点 Add/Remove 按钮。 e．从有效输出端列表选择 Vin 和 Vout，如图所示添加（Add）它们，然后点 Apply。在仿真后只有这些节点电压会被写进数据组，而 Vcc 则不会。这些 操作对测量方程是一样的。f．点击 OK 关闭对话框――你现在可以进行仿真了。关于显示节点名备注：你可以显示节点名（在 Display 标签中勾上 Nodename 框） ，但这并非必需。62专业微波射频软件教程提供商7.无噪声仿真 a．在原理图中，如下图所示通过把 Yes 变为 no（键盘输入亦可）关闭噪声计 算。仿真时间和记录会保存下来，特别是对大电路。当然，这会使你的数据 组列表（名称和 vnc）无效。b．保存原理图，并仿真（F7） 。8.用测量方程写出数据显示子方程 a．在数据显示子窗口中，删除（delete）无效噪声列表。 b．插入一个数据显示方程式（使用图标） c．在对话框中，如下所示以 dB 为单位写出增益方程。注意你是把原理图中 的测量方程插入你的数据显示方程，完成后点击 OK：关于方程备注：如果电压增益的测量方程没有计算出来，你就要对所有需 gain_dB=20*log(mag(Vout)/mag(Vin)),但是如 要值写出数据显示子方程。 例如： 果电压增益已计算出来，就只需简单地插入方程即可。9．使用测量和数据显示子方程 a．插入测量方程 gain_voltage 和你刚才写的 DDS 方程 gain_dB 的列表。原理 图测量方程会再次自动写入数据组，如下所示。但是你在数据显示中写的 方程则不同，它们进入数据显示子方程记录。点击箭头框（如下所示）可 显示你的数据组方程 gain_dB,然后选择它并加上它，点击 Ok，两个方程 则都会出现在列表中。63专业微波射频软件教程提供商b．向下拖动列表值于 1900MHz 附近，使用如下所示的箭头按钮。c．把指针直接插入 gain_voltage 栏，输入 dB 函数，如右所示。然后添加括 号，写为 dB(gain_voltage),它示范了数据显示器直接（ADS 函数）操作数据和方 程的灵活性。d．点击数据显示 undo（回到上一步）命令，返回并撤销 dB 函数。 e．编辑（双击）列表，选择图标变为矩形图形。64专业微波射频软件教程提供商f．在 Y 轴符号中直接插入鼠标指针，把 gain_voltage 变表格中的操作类似。 然后 undo（回到上一步） 。这再次显示了函数与数据显示的能力。关于 dB 值的备注――把 AC 电压转变为 dB 单位不同于 S 参数分析中的 dB 格式，后者以功率为准（电压和电流）并含有 50? 源阻抗。 10．对 AC 数据分析并绘出相位和群时延图 a．插入――Vin 和 Vout 相位的矩形图并在 1900MHz 处标记。反相不是 180° 是由于 bjt_pkg 的产生参数造成的。增加标记你就会发现相位在更低频率 点处更接近 180°，如果你想设置热键来插入标记，可用命令 Options&Hot key，与原理图中类似。65专业微波射频软件教程提供商b．插入一个新的方程计算群时延，如图所示。使用 Vout 相位和 diff 函数， 然后对方程函数绘图。diff 函数用于计算在下降曲线上不同点之间的斜率 差别。 其中的负号表明结果 为下降值。 在曲线上放置标记并注意到因 diff 函数在 1900MHz（+/-50MHz）两边都会有标记。66专业微波射频软件教程提供商c．回到原理图，改变步长（step）到 10MHz 重新仿真，并观察更新的曲线。。在 readout 标签栏中，把 Format 设置为 d．编辑（双击）标记（Marker） Engineering，重要数字（Significant Digits）为 2，如图所示。你会看到 Y 轴的值变到 PS（皮秒） X 轴能分辨到 1.9GHz ，e．选学――尝试对群时延方程和曲线进行合并，则当移动时，它们会在一67专业微波射频软件教程提供商起移动。方法是用 Shift 键选择方程和曲线，然后点击 Edit&Group，现在 它们在数据显示窗口中就应在一起移动了。 11．变量信息和 what 函数 a．插入一个新列表（数据组仍为 ac_sim）,添加 Vout 并选中，点 Advanced 按钮。出现对话框后，点 Variable Info 按钮，这时会出现另一对话框如右 图所示。选择 Vout 数据，你会发现 Vout 依赖于 391 个频率点。数据组中 所有项目的操作与此相似，因为只对频率进行扫描。b．关闭对话框，点 OK，回到 Vout 列表，在 Vout 栏中插入光标，如下输入 what 函数：what（Vout）,你就会得到与之相同的变量信息。随后你将用 此函数决定在多路扫描或有混频产物的条件下如何检索数据组表格。关于函数的备注：当你无论何时向数据显示中插入方程或表达式时，便可 通过点击 Functions Help 按钮查阅 what 函数和其他 ADS 函数 abs， ， （ veal s_stab_circle 等） 的功能。 当帮助 help） （ 浏览窗口完全打开， 选中 MeasEqn Function Reference，向下拖动滚动至感兴趣的函数。如果你有时间可进行 此操作并对有关信息大致过目，看 ADS 函数是如何使用的。 12．选学――Vcc 扫描（如同电源电压在减小） 本步需要应用你在前面实验中已经学习过的技巧。你将对 Vcc 设置从 5V 到 2V 以步长 0.25V 的参数扫描。 ，初始值 Vbias=5V a． 在原理图中，插入一 VAR（变量方程）68专业微波射频软件教程提供商b．重新定义源：Vdc=Vbiasc． 从 任 一 仿 真 面 板 中 插 入 一 Parameter Sweep （ 参 数 扫 描 ） 然 后 设 置 ， SweepVar(扫描变量)为 Vbias，确认 AC 仿真控制器的仿真实例名，要进行 如图所示的设置。d．通过下拉菜单 Simulate＞Simulation Setup 改变数据组名（dataset name） =ac_bat_sup 并仿真。仿真完成后，DDS 打开，出现一个对话框询问你是否要改变数据组―― 回答 NO，然后对 Vout 的幅度（mag）绘图。这时会出现对应每一步长的 一组曲线，如图所示。69专业微波射频软件教程提供商e． 在 Trace Option 标签栏中对轨迹进行编辑，并勾上 Display Label 框，以显 示 Vbias 的轨迹线。70专业微波射频软件教程提供商f． 根据需要插入标记。 g．保存（Save）你所有的操作。附加练习： 1．在一个新的设计中，进行带端口噪声和端口的仿真。为达此目的，以 P_AC 源为端口 1（Num=1） ，并在输出端放置一个终端负载作为端口 2（Num=2） ， 这两个与其端口号如下所示。2．在一个新的设计中，插入一个 I_AC 恒定电流源并仿真。为达此目的，你需 要给电流源并联一个大电阻，因为仿真器要检验到它的直流通路，而电流源本 身是开路的。 3．插入 P_AC 源，观察功率增益。同样对另一参数进行扫描并对结果绘图。 4．在 AC 仿真面板中尝试使用节点设置。通过使用节点设置（Node set）或参考 使用 NodeSetByname 组件的节点名，来设置初始的节点电压。71专业微波射频软件教程提供商实验五、S 参数仿真与优化概 述本练习继续进行 amp_1900 设计。它将讲述如何对各种 S 参数进行设置、运 行、优化以及对结果绘图。此外，优化器也用于创建阻抗匹配网络。 任 务 测量增益和阻抗 设置并使用扫描计划，参数扫描和阻抗方程 计算匹配网络的值 对匹配网络调整 优化处理，以满足设计目标 使用噪声和增益圆图 目 录 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 设置理想元件电路和仿真…………………………………………………73 仿真并对数据绘图，其中包括修正的读出标记…………………………74 写出改变终端阻抗的方程…………………………………………………75 在数据显示中计算 L、C 值……………………………………………… 75 代入 L 和 C 计算并仿真……………………………………………………76 添加匹配元件 L 和 C，仿真，并对结果绘图……………………………78 调整输入端匹配值…………………………………………………………79 添加输出匹配元件…………………………………………………………80 设置优化控制器和优化目标………………………………………………80 使元件能够进行优化处理（启动元件优化处理）………………………82 对结果绘图…………………………………………………………………84 更新优化值并禁用 Opt 函数………………………………………………86 对最终匹配电路仿真………………………………………………………88 带增益和噪声圆图的稳态方程……………………………………………89 选学―对 S2P 文件读/写 S 参数数据…………………………………… 9172专业微波射频软件教程提供商步 骤 1. 设置理想元件电路和仿真 a． 以 s_params 名保存上一原理图设计（ac_sim）b．按如下步骤修改设计以匹配原理图： 删除 AC 源和控制器，并删除测量方程、参数扫描以及所有无用变量 等。 从 Simulation S_Parameter 模板（Palette）中插入终端负载（Term） 。 从集总元件模板中插入两个理想电感： DC_feed 以隔离 RF 与直流通路。 插入两个理想的隔离（DC block）电容。 点击 Name 图表删除节点名，使其为空，再点击节点名（Vin 和 Vout） 。 对于 S 参数仿真，端口终端（Num1 和 Num2）本身提供了节点。 c． 插入一个 S 参数（S_Parameter）仿真控制器，并设置 Start=100MHz， Stop=4GHz，Step=100MHz。d．保存（Save）设计。73专业微波射频软件教程提供商2.仿真并对数据绘图，其中包括修正的读出标记 a． 确认数据组名为 s_params,然后仿真。 b．仿真完成后，引入 S21（dB）的矩形图，在 1900MHz 处插入一标记，并确 认此处增益为 20dB。c． 引入 S11 的史密斯圆图（Smith chart） ，并在 1900MHz 插入标记 。选中读 出器（readout） ，按方向键可移动标记。d．编辑标记读出器（marker readout） （通过双击标签栏） 。在史密斯标签栏中 把 Zo 改为 50?74专业微波射频软件教程提供商3.写出改变终端阻抗的方程 a． 在原理图中，对端口 2 写方程，使其终端 Z 在频率大于 400MHz 时阻抗 为 35?：Z=if freq&400MHz then 50 else 35 endif。b．仿真，然后引入 PortZ（2）的列表（list） 。检查在频率大于 400MHz 时 Z 是否为 35?。c． 把端口 2 阻抗重置到 Z=50?.4.在数据显示中计算 L、C 值 有偏置电路的传输和反射特性表现为 20dB 增益，但在输入口处与 50? 有失 配。直流供电和隔离（feeds and blocks）也是理想的并需要实际元件值。 a． 在数据显示器中，写一方程 XC，对应为 1900MHz 处的 10pF 的容抗。然 后，对方程 XC 列表（list） ，如下图所示。如果需要的话，用 Plot Options 命名列表。作为低电抗，10pF 值的电容为一隔直电容。75专业微波射频软件教程提供商b．改变方程中的电容值，检查 XC 列表是否自动刷新（例如把电容值改为 20pF，XC 值变为-4.188） 。c． 创建一个表示电感值和感抗范围的表格。L_val 的扫描范围从 1nH 到 200nH， 步长为 10nH。 ADS 中， 在 两个冒号句法表示未定计划 （wild card） （对所有值） ，也可用来表示范围，如下所示。方括号用于生成扫描。写 好方程并列表后（如下图所示） ，下拉列表的滚动条，随着电感值增加， 1.9GHz 处的电抗值也增加，因此，120nH 对于 DC 馈电已足够（RF 扼流 圈） 。关于方程和表格的备注：你可将方程和表格拷贝至另一数据显示（Ctrl C/ Ctrl V） 或者使用命令 File&Save As Template 以模板格式保存数据显示文 ， 件，这样可被其他任务引用。 d．保存（Save）当前的数据显示文件和原理图。 5. 代入 L 和 C 的计算值并仿真 a． 以新文件名 s_match 保存原理图 b．把两个隔直电容的文件名（DC_Block）改为 C，它们将自动变为集总参 数电容，如下图所示。并把两电容值均设为 C=10pF。76专业微波射频软件教程提供商c． 以相同方式改变理想电感（DC_Feed）,并把值都设为 L=120nH。根据 XL 和 L_Val 表格栏，1900MHz 处电抗为 1.5K?，在设计中，其值在此频率 点是合理的。d．现在原理图应与下图相似，检查各元件值并仿真。e． 在数据显示中，对传输参数（S12 和 S21）和反射参数（S11 和 S22）数 据绘图并作标记，如下图。注意增益曲线比较平坦，泄露也适当，但阻 抗并未匹配。在下一步骤中，你将对输入进行调谐使之与 50? 匹配，并 对输出进行优化处理至 50? 匹配。77专业微波射频软件教程提供商6. 添加匹配元件 L 和 C，仿真，并对结果绘图。 考查 S11 数据，并联一个电容 C 将把标记点朝 50? 恒定电阻圆图靠近。一 个串联电感也可使其沿 50? 圆朝 Smith chart 圆心移动。初始选择的 L、C 值要 使电路无损耗地通过 1900MHz。 a． 在输入端添加串联电感 L=10nH 和并联电容 C=1pF,如下图所示。对该实 例，将其重命名（Rename）为 L_match_in 和 C_match_in，如图所示。记 住 F5 键可移动文本框。b．设置仿真步长为 10MHz， 仿真并查看响应。 注意增益仍然适当， （S12） 泄漏 也很好，但输入阻抗 S11 仍未靠近 50?，下一步将使用调谐器使输入端 匹配更接近 50?。78专业微波射频软件教程提供商7.对输入端匹配值调谐 a． 在 原 理 图 中 ， 同 时 选 中 元 件 L_match_in 和 C_match_in, 通 过 （Simulate&tuning）或使用图标 来开启调谐器（tuner） 。然后把原理图窗口移到屏幕底部 b．在调谐器控制中。选择 Details 模式。如下所示设置仿真：After pressing Tune ,并把 Trace History 设为 0。把 Min/Max 范围也设为 C=0 到 2，L=0 到 40，如下所示。C 的步长（step size）设为 0.01，L 设为 0.1。c． 此时原理图窗口在屏幕底部，把调谐控制对话框移到数据显示器旁，以 便你能看到 Smith 圆图。现在，对 L、C 值调谐（增加 L，减小 C）并点 击 Tune， 就可以观察随之改善的结果， 在某些频率点， 会很接近 50?， S11 继续以上操作直到你得到的结果与下图相似。d．在调谐器中点击 Update，并查看原理图中 L 和 C 的元件更新值约为 L_match_in=14.3nH, C_match_in=0.4pF,它们在本步骤中不必很精确。 然后 点击调谐器中的 Cancel 按钮。 在下一步中， 你将精确的设定 L 和 C 的值。79专业微波射频软件教程提供商添加输出匹配元件 现在输入阻抗已很好地和 50? 匹配，增益也有增加，但输出阻抗（S22）却 几乎是开路的。因此，需要在输出端引入一相似的拓扑结构并对其响应仿真。 a． 选中输入端 L 和 C， 使用 Copy 图标 （如下所示） 生成一个对元件的拷贝。 然后拷至输出端附近，删除导线，并按下图所示把它们接入输出端。 8.b．仿真并用 S22 曲线上的 Marker 检查在 1900MHz 处的响应。你的数据应 与如下所示数据相似，即 S22 此时应更接近 50?，但是 S11 已改变。在 放大器设计此频率点处，用优化处理完成匹配过程比进行来回的调谐会 更有效。c． 保存设计组但不要关闭窗口。 9. 设置最优化控制器和优化目标 a． 以新命名 s_opt 保存原理图设计 s_match. b．在 Option/stat/Yield 面板中引入 optimization controller(优化控制器)和 goal （优化目标） ，如下图所示。80专业微波射频软件教程提供商c． 双击 goal 进行编辑。 在对话框中输入如下设置， 每完成一设置点击 Apply 一次，全部完成后点 OK。 Expr:dB(S(1,1)) SimInstaceName:SP1 Max=-10(S11 至少为-10dB 才能满足优化目标) RangeVar=freq RangeMin=1850MHz RangeMax=1950MHz关于引号标记备注：值的范围无需用引号因为它们是值而非字符串 （strings） （变量） 。 d．复制 S11 的目标――选中并使用 copy 图标 。e． 在屏幕上改变 goal 表式为”dB(S(2,2))”，如右图所示。现在，你的输入和 输出端各有一个匹配目标。81专业微波射频软件教程提供商f． 设置 OPTIM 控制器：对本实验的练习，大多数默认值可保留，包括随机 类型。 但是要编辑控制器， 并设置 maxlter=125 和 the FinalAnalysis=”SP1”。 这些设置意味着为达到目标,优化器将重复运行 125 次。最终的分析也会 自动随最后一个值运行，这样你无需运行另一个仿真，而可得到结果曲 线。关于 Optim 参数设置的备注――Set Best Values=yes 表示原理图中的元件可以 随最佳优化值更新。Save 设置会保存所有数据组的数据，在某些情况下，这些 操作涉及大量数据，占用大量内存。默认值可面向所有目标和所有原理图上的 可用元件（下一步将讲到） ，但是你可对 OPTIM 控制器进行编辑，选择要使用 的目标或变量。所有这些设置在 HELP（手册）上均有解释。 10. 使元件能够进行最优化处理（启动元件最优化处理） a． 编辑（双击）电感 L_match_in，出现对话框后，点击 Tune/Opt/DOE Setup 按钮， Optimization 标签中，电感的 Optimization Status 设置为 Enable， 在 如下图所示，输入连续范围从 1nH 到 40nH。点 OK，元件文本框会显示 opt 函数和范围。82专业微波射频软件教程提供商b．继续对其它 3 个匹配元件进行 Enable 设置，如下图所示。用对话框对每 个元件进行编辑，你也可对 opt 函数和大括号中范围在屏幕中直接输入。 此外，也可使用 F5 键按需要移动元件文本框。c． 按下图检查电路并仿真，查看状态窗口（status window） 。83专业微波射频软件教程提供商d．状态窗口报告了仿真进程。如果满足目标，则 EF（误差函数）=0。如果 EF 变到很接近 0 值，表示迭代（iteration）运算成功。对 EF=0（或某些 情况下接近 0） ，下一步便是更新元件值并绘图。如果你的 EF 不等于 0， 则检查原理图并再试一次。对于优化过程中 EF 不为 0 的备注――如果一次优化后目标不能满足，你 可适当降低目标或预期的误差要求。 也可找到指标位于优化范围边缘的元 件，扩展其优化范围，也可尝试另一优化方案，增加重复次数或使用另一 拓扑结构。 11. 结果绘图 a． 在数据显示中，引入矩形图。然后如图所示添加完整的 S 矩阵（dB）查 看所有 4 个 S 参数。通过这种方法你可很快地检查结果。你的精确结果 可能与下面有所不同，但是应该会满足优化目标要求。84专业微波射频软件教程提供商b．在 Smith 圆图上对阻抗 S11 和 S22 绘图。 改变 Smith 标签栏中标记读出器 中 Zo=50。如你所见，阻抗与 50? 并不十分接近，但是，首先你必须以 优化值更新原理图。85专业微波射频软件教程提供商12. 更新优化值并禁用 OPT 函数 a． 点击命令 Simulate&update Optimization Values。现在被优化的元件应有 最终（最佳）优化值作为名义值（nominal value） 。例如，输入端电感可 能与右图相似――你的元件值可能会因为随机类型和无初始状态原因而 有微小的不同。86专业微波射频软件教程提供商b．禁用一个元件。编辑（双击）电感 L_match_in，然后点击 Tune/Opt/DOE Setup 按钮。在 Optimization 标签中，电感的 Optimization Status 设置为 Disable 如下图所示，并点击 OK。注意：元件函数从 opt 变为 noopt，这意味着该元件将不在优化中使用。 你也可以试用另外一种方法禁用一个元件：在屏幕上插入光标，在 opt 函 数中直接输入“noopt”使其不参加优化。87专业微波射频软件教程提供商c． 保存 s_opt 原理图，在下面一系列步骤中，你就会配置最终的匹配电路 关于使优化无效的备注： 如果你仿真时不想优化， 你必须禁用优化控制器， 如下图所示。但是现在我们无需禁用。13. 对总装匹配电路仿真 a． 以 s_final 为名保存 s_opt 原理图。 b．删除（Delete）优化控制器和目标。 c． 修正 4 个 L 和 C 匹配元件值，为电感添加电阻，如图所示。这些匹配处 理在余下的实验中将用到。继续通过直接在屏幕上输入的方法来改变元 件值，如下图所示。d．对新的最终元件值仿真。 e． 数据显示打开后，在数据组中选中 S 对整个 S 矩阵绘图，并在 Smith 圆 图上对 S11 和 S22 绘图，检查匹配后阻抗在 1900MHz 处是否接近 50?， 带着以上结果，下一步将进行稳定性、增益和噪声回路仿真。88专业微波射频软件教程提供商f． 保存最终设计和数据显示文件，关闭数据显示器，但保持原理图窗口打 开。 14. 带增益和噪声回路的稳态方方程 a． 以 s_circles 为名保存设计 s_final。 b．从 S-参数仿真面板中引入两个稳定性测量方程 Mu 和 MuPrime（图标如 下所示） 。它们都可以按默认值使用。c． 向下拖动面板，引入如下图的两个测量方程：Ga Circle，NsCirde。并引 入 Options（选项）控制器，令 Temp=16.85 以避免 noise 警告信息。其 它设置均可采用默认值。d．把 Ga Cirde 中的增益变为 30dB， NsCircle 则无需设置――它使用仿真数 据中 NFmin（计算得到的最小噪声系数） 。89专业微波射频软件教程提供商e． 改变仿真频率为 1850MHz 到 1950MH 以生成更少的数据点（圆） 。检查 原理图，确认控制器中的噪声计算（noise calculation）处于开（on）状态 并仿真。 f． 数据显示打开后， 在如图所示在 Smith 圆图上， NsCircle1 和 Gacircle1 对 测量方程绘图。g．在矩形图中如下添加 Miul 和 MuPrimel。h．引入 nf(2),Fmin 和 Sopt 的列表。90专业微波射频软件教程提供商关于结果的备注――在 Smith 圆图上， 增益圆内的区域表示负载阻抗会产 生 30dB 增益。噪声圆与它不同，其圆心表示，源反射系数的优化值，即 最小噪声系数（NFmin） ，噪声圆圆心也在增益圆内，增益和 NFmin 都可 获得。两条曲线 Mu(load)和 MuPrime(Source)其中一个的值要比另一个值 大，这表示电路在 100MHz 带宽内是稳定的（不震荡） 。最后，nf(2)的列 表值是当端口 2 为输出端时的噪声系数。当源反射系数等于 sopt 时（最 佳源匹配） ，其值会更好。 i． 保存并关闭所有的设计和数据显示窗口。在此基础上，可以用非线性仿 真器和谐波平衡法检测放大器。但是在此之前，你必将先回到下一实验 中的系统任务中，并建立两个 RF 系统的滤波器。 15. 选学――对 S2P 文件读/写 S 参数数据 你可以用 Touchstone，MDIF 或 Citifile 格式读写数据。ADS 可把它支持的数 据格式转为 ADS 数据组格式。特别是将这些数据文件被放入任务目录，但也可 发送至数据目录，因此不管它们位于何处，都可进行控制管理。 a． 打开一个新的原理图，并保存为 S2p_date。 b．如下图点击下拉菜单 Tools＞Data File Tool。c． 当对话框打开后，点击 WRITE 框，选择写至”file”，并选择 Touchstone 格式。你就将把一个已存在的 ADS 数据组（s_params）写入（转为）一 个 Touchstone 文件。它描述了网络的测量数据。91专业微波射频软件教程提供商d．在“文件名”（FileName）栏中，输入 my_file.s2p,它将作为从 ADS 数据中 转换过来的 Touchstone 格式文件。 e． 选择输出数据格式为 Mag/Angle（幅值/相位） 。 f． 在数据组区域中，选择数据组 s_params。它是使用理想元件仿真的数据 组。 g．检查对话框并点击 Write to file（写至文件） ，检查状态窗口（status window） ，如果成功，你将会看见一条信息，它表示 my_file.s2p 现在是 amp-1900 任务的数据目录中的 Touchstone 文件。如果你希望的话，可以 进行检查，可用一文本编辑器（ADS 主窗口中，options&Text Editor）查 看或修改文件。h．关闭 Data File Tool 对话窗口。 i． 在空白处，从 Data Items 面板中引入一 S2p 元件。注意到此时元件变量 （File=）尚未分配。j． 编辑 S2p 元件以分配数据，此时会产生另一对话框。然后点击 Browse， 浏览文件名。当下一对话框出现后，选择 my_file.s2p 并点击 Open 按钮， 文件名就会分配好（如图所示） 。92专业微波射频软件教程提供商k．在原理图中，引入一 S_Param 模板（insert&Template）,并将 S2p 文件与 接地负载相连，如上图所示。 l． 从 Simulation-S_param 模板中引入一扫描计划（Sweep plan） ，并设置 start=100MHz，Stop=3GHz，步长 Step=100MHz，如右图所示，扫描计划 常用于频率扫描，但是此处你可看它如何在 S-参数仿真控制器中代替频 率设置。m． 编辑仿真控制器（simulation controller） ，以应用于扫描计划。在 Frequency 标签栏中，选择 SwpPlan1，并去掉 start，stop 和 step 选项，如 下图所示。n．仿真，结果会在数据显示窗口中自动生产，因为该模版也有 DDS 显示模 版。93专业微波射频软件教程提供商o．转向 S21 测量，并从你的原始 S_params 数据组中添加 S21 测量数据，以 检查描述数据的 Touchstone 文件是否正确。 如你所见， S2p 仿真的 3GHz 在 内，两条轨迹是完全重合的。这里，轨迹厚度和类型已经调整过（应用 Trace Options）以便两条轨迹更清楚地显示。标记也已经加入了。附加练习： 1．Z_PORT:在一个独立的原理图中，设置一由下图方程描述的阻抗的 S 参 数仿真。对响应绘图，并尝试调整其电路。2．设置对带有扫描的仿真，其扫描带有两个或更多扫描计划。 3．参考选学练习，使用文本编辑器编辑 S2P 文件，改变其中一些值，并仿 真看你是否已掌握这些操作。94专业微波射频软件教程提供商实验六、滤波器：设计指导、瞬态和矩量法仿真概 述这节将说明在 ADS 中创建滤波器和使用瞬态仿真器的基本操作。设计指导 是用来构建一个集总元件滤波器，矩量法（Momentum）是用来测试微带滤波器。 任 务 运用设计指导构建一个 200MHz 中频低通集总参数滤波器 构建一个 1.9GHz 射频带通微带滤波器 在微带滤波器中完成瞬态分析 用矩量法（Momentum）仿真微带滤波器 选学――DAC（数据通路元件）练习 目 录 1. 2. 3. 4. 5. 6. 改变项目，开始运行设计指导 ………………………………………… 96 放入一个 LPF （低通滤波器） Smart 元件并设计滤波器 ……………… 97 1.9GHz 微带带通滤波器 …………………………………………………99 在微带滤波器中的瞬态分析 ………………………………………… 101 在电路版图 （layout） 中进行矩量法（Momentum）仿真………………104 选作：数据通路元件（Data Access Component）的阻抗响应……11095专业微波射频软件教程提供商步 骤 1. 改变项目开始运行设计指导。 以下步骤将说明一个设计指导怎样既快速又准确地生产一个滤波器。其方 法与 E-syn 类似，但对期望的响应和拓扑结构有更多的选择和更强的控制。 a． 进入 ADS 主窗口，然后点击 File&open Project。 b．如果你被提示保存所有你当前的文档，选择 Yes to All，然后打开你先前 的任务 system_prj。 c． 新建一名为 filter_lpf 的原理图。 d．确认该原理图是当前你的屏幕上唯一打开的原理图。现在我们将通过以 下三个步骤开始该过程。 点击命令 DesignGuide&Filter。出现对话框后，选择 Filter Control Window 并点击 OK。然后找到新 窗口 Filter DesignGuide。在下一步，你从面板放入一个 smart 元件 之后该窗口将被激活。96专业微波射频软件教程提供商在滤波器设计指导控制窗口中点击 Component Palette ―All 图标 （如 xia 下图所示） 。在你的原理图窗口中会立即出现元件面板。现在你 就可以放入 smart 元件了。2.放入一个 LPF（低通滤波器）Smart 元件并设计滤波器。 a． 在即时（prompt）对话框出现后，在 Filter DG（DesignGuide）面板中选 择 low-pass filter DT（dual terminated――双终端）并点击 OK。然后在 原理图中放入元件。按 ESC 键来结束命令。b．把滤波器设计指导窗口放到原理图旁边，激活后点击 Filter Assistant 标 签栏。如下图所示的操作可将其激活。然后即可进行详细操作了。c． 在滤波器设计指导窗口（如图所示） ，输入以下三个滤波器的详细特性 参数。 (波纹）Ap(dB)=0.1 (通带）Fp=0.2GHz (阻带）Fs=1.2GHz97专业微波射频软件教程提供商d．设置好滤波器的响应后，点击 Redraw 看响应曲线的改变，这是一个巴 特沃斯响应为系统的中频输出提供一个集总参数滤波器。e． 点击 Design 按钮，用以设计滤波器。 f． 在你的原理图上，Smart 元件具有你所要求滤波器的特性，而且滤波器 电路已经创建好了。进入（push out）DT 元件来检验电路。然后，而跳 回到上层电路（pop out） ，如图所示g．进入 Simulation Assistant(仿真辅助)。设置扫描从 0Hz 到 1.3GHz，步 长为 10MHz， 然后点击 Simulate 按钮查看结果： 一个模版会运行 S 参数 仿真并显示结果。98专业微波射频软件教程提供商h．检验数据显示。移动 Marker（标记）M1 到 100MHz 处，注意 spec 曲线 （A 到 B）和工作情况表，它会比较输入参数和结果――-20dB 阻带在 800MHz 处，这已经能满足我们的系统要求。i． 检验完数据后，使用 ADS 主窗口命令 File&Close all 来保存和关闭所有 的窗口。在后面的课程中我们还将用到这个滤波器。下一步，我们将构 建输入滤波器。 3. 1.9GHz 微带带通滤波器。 在以下几个步骤， 你将运用 ADS 电路仿真器构造和仿真一个耦合微带线滤 波器。其后，你将用它生成版图（layout）并运用矩量法（Momentum）仿真。 这一步只是简要展示在一例子中矩量法（Momentum）是怎样工作的。 a． 新建一个原理图，命名为 filter_1900. b．如右图所示，从 TLines-Microstrip 面板中放入一个 MCFIL。因为两端元 件是对称的（CLin1 和 CLin2） ，通过键入 W、S 和 L 参数（见图示） 或通过第一个耦合节再拷贝它，这样可以省时间。然后，插入一个中间 耦合节（CLin3）并输入它的值。99专业微波射频软件教程提供商c． 在两终端插入端口连接器，如图所示。d．从微带面板中，插入 MSUB（substance definition――基片定义参数） ， 如图所示。如没有其它设置要求，将使用默认的基片参数。注意：在滤波器 S21 响应中―滤波器的 S 参数仿真(S-21)是作为参考显 示在这里的，此时不需要用 S 参数仿真器来仿真。e．在原理图中，点击 File&Design Parameters.当对话框出现后，选择 ADS 内 建带通滤波器符号；SYM_BPF 并点击 OK。100专业微波射频软件教程提供商e． 再次保存设计图以保证所有的设置都保存了。该滤波器将在以下的步骤 中和以后最终的系统设计中使用。4.在微带滤波器中的瞬态分析 a． 用一个新的名称 filter_trans 保存原理图（filter_1900） 。 b．通过删除(deleting)端口连接点修改原理图，如下图所示。 c． 从 Source-Time Domain（时域源）面板中选取 VtSine 作为输入（确保接 地） 。作瞬态分析时推荐使用时域源。101专业微波射频软件教程提供商d．在输入和输出端插入一个 50? 的电阻，并通过它接地。 e． 标注 Vin 和 Vout 点（如图） ，电路图应该与下图相似。f． 从 Simulation-Transient 面板中，调入 Transient simulation controller（瞬 态仿真控制器） 并如图所示设置 Stop Time ， （停止时间） MaxTimeStep 的 （最大时间步长） 。仿真将从时间 0（默认）开始经过 15 个输入信号周 期(8ns)后停止。 另外， 时间步长将以最高频信号成份的两倍速率 （Nyquist 定律）来取样，此处显示的是第 15 次皆波。g．仿真并在仿真以后，插入一个 Vin 和 Vout 的矩形图，对每条轨迹进行编 辑（Trace( Options） ，然后 Place symbol at data（为数据添加符号）―这 将显示发生在仿真中的时间点。102专业微波射频软件教程提供商h．放大（Zoom) 5ns 后的平面图，把 Markers（标记）放在 Vin 和 Vout 的 峰值处，如图所示。i． 写一个方程式（如下图）来计算通过滤波器的延迟：Marker-difference。 运用 indep 函数会计算标记之间在 x 轴上的差（独立变量=time） 。j． 插入一个 Marker_vol 的列表并且运用曲线选项(Plot Options)去掉独立数 据（如图） 。其值是程序开始以后通过滤波器的延迟。根据你需要，放 大观察和放置 Marker 的地方，所得值有细微的差别。如下图，通过该 滤波器的延迟是 44ps。103专业微波射频软件教程提供商k．保 存 原 理 图 但 不 要 关 闭 。 保 存 和 关 闭 数 据 显 示 。 下 面 将 用 矩 量 法 （Momentum）对滤波器仿真。 在电路版图中进行矩量法(Momentum)仿真 关 于 矩 量 法 (Momentum ） 课 程 备 注 ― 如 果 你 希 望 在 后 面 学 习 矩 量 法 (Momentum)课程，你可先跳过这一步骤进入下一个实验或选学的 DAC 练习。 a． 用新的名称 filter_mon 保存 filter_trans。 b．通过点击原理图窗口命令： Layout&Generate/Update Layout， filter_mon 把 从原理图转化到电路版图。 5.c． 当下一个对话框出现时， 确保开始元件是 P1(从原理图来的端口连接 1） ， 这样从左到右电路版图才能正确形成。点击 OK，你将看到另一个对话 框，它显示电路版图窗日中产生的所有元件。104专业微波射频软件教程提供商注 意：没有 MSUB，将只是 5 个元件而不是 6 个，它们都是对的。 d．当电路版图打开时，检验你是否得到三节耦合线和两个端口。如果此时 你放大一个端口 （如图）你将看到它连接到金属的边缘。 ， 对于 Momentum 解决方法，并不需要将端口连接在线的中间―只需接在两头即可。当电 路版图生成后，矩量法端口能被插入布线图。e． 下一步是在 Momentum 定义基片参数。为完成该步骤，使用如图所示的 版图命令改变原理图 MSUB 定义： Momentum&substrate&update From105专业微波射频软件教程提供商Schematic。f． 现 在 在 矩 量 法 中 验 证 定 义 的 10mil 基 片 （ substrate ） 点 击 。 Momentum&Substrate&Create/Modify,在对话框中你将看到 MSUB 的值。 如果这些设置正确，点击 OK。g．你也可以查看一 Metallization Layers 标签，通过它们可以看到在版图中 层是怎样 被标识的：cond 是金属带层。但是不要再作任何改变。106专业微波射频软件教程提供商h．仿真前，关闭 Momentum 的边缘网格功能可以更快得到结果。点击： Momentum&Mesh&Setup.当对话框出现后，注意到有许多关于网格的功 能设置。但是现在，关闭边缘网格（不要勾上复选框） ，然后点击 OK。在矩量法(Momentum)分析过程的备注―步骤的顺序：计算基片参数定义 （格林函数） ，创建网格或栅格图(mesh or grid patten） ，然后仿真。 i．点击 Momentum&Simulation&S-parameters,用以仿真。对话框出现后，如图 输入扫描， 从 1GHz 到 3GHz 扫描共有 201 个扫描点。点击 Update，它 将在频率计划（Frequency Plan）中出现。然后点击 Simulate 按键，询问对 话框出现后点击 Yes 查看状态窗口，适合的扫描类型是默认的，并且通过 求解被选择的点，其适合曲线算法将运行电磁（EM)。107专业微波射频软件教程提供商j．当 ADS 数据显示打开后，注意到 Momentum 模板看上去与 ADS 有点少 许不同―这是正确的。放大 S21 平面图。如图所示一样，期望的响应与你 从电路仿真器所得到的很相似，由于求解模式的不同又具有许多的不同之 处。同样，放大（zoom)可看到网格（mesh patten)。k．下一步，沿着滤波器画一个简单粗略的矩形（图标如下所示） 。矩形大约 2000mils 长，60 或 70mils 宽。画矩形时，注意如图所示光标从(X，Y)=(0， 0）开始画。同样，你可以测量对象，方法是用光标点击版图并观察值的 变化。这一步的目的是说明 Momentum 能分析滤波器与矩形（金属）的耦 合。在此末端，滤波器与矩形的距离约为 lomils；L：约 2000mils 长或比108专业微波射频软件教程提供商滤波器稍长；点击并移动鼠标，观察窗日底部（如左图所示）的变化，或 者通过以下方式测量对象：Insert&Measure 并点击要测量的两点。l ． 当 矩 形 画 在 版 图 附 近 后 ， 运 行 另 一 个 Momentum 仿 真 ， 点 击 Momentum&Simulation& S-parameters。当对话框出现后，简单改变数据组 名称如图为 filter_mom_strip，然后点击 Apply（应用）和 Simulate。m．这个仿真可能花费的时间比较久（几分钟） ，因为现在有更多的未知网格 单元需估计，因此需要更多的计算时间。当数据显示出现后，你能看到它 的响应在通带附近或边缘有一谐振，其位置依赖于你设置的矩形的尺寸及109专业微波射频软件教程提供商位置。这是一种只有矩量法才具有的仿真。观察 S21 结果然后关闭版图和 数据显示。不需要保存此设计。n．你现在有两个滤波器，它们在以后的 RF 系统中将被用到。它们是：1) filter_lpf――这是先前建立的 200MHz 低通滤波器。 filter_1900――我们 2) 己经运用瞬态仿真器和矩量法(Momentum)对这种微带耦合线滤波器进行 了仿真。现在可关闭和保存所有设计和窗口。 6．选作―数据通路元件的阻抗响应 一个 DAC 元件是一个基于文件的元件。它包含不同的数据格式，有的来自 测量、表格数据或其他 ADS 能识别的有效文件类型的数据。在本步骤中，你将 创建一个有在一定频率范围内变化的复数阻抗值的简单文件。记住 DAC 能用于 创建如下模型：频率敏感性阻抗，变容管，步长函数（step function)，源比特序 列（bit sequences for sources） ，时域序列（time domain sequences）等。许多时候 用文件比用一个长方程或在原理图上列表更为有效。总的来说，DAC 工作就是 这样：它是一个在数据目录中指向一个文件的元件。在这个例子中，你创建一个 文件，它被用于 ADS 元件阻抗参数―仿真器很容易读取这个文件。 a． 打开一个新的原理图，命名为：Z_DAC。 b．参 照 如 下 原 理 图 ： 先 从 Simulation-S_Param 面 板 放 入 一 个 接 地 终 端 （Term）然后， 。 放入 Eqn Based linear 面板中基于方程线性端口的 Z1P_Eqn (Zlport)。然后放入一个 S 参数控制器和一个从数据项目（Date items)面板 中取出的处于默认状态的 DAC（状态未设定） 。c． 按一个低通滤波器的方式设置 S 参数仿真：如图所示以 10MHz 为步长从110专业微波射频软件教程提供商10MHz 到 20OMHz，然后再次保存原理图。 d．在 Windows 操作系统中，从开始&所有程序&附件中打开 Windows 自带的 记事本（Notepad） 。如果记事木是 ADS 默认文本编辑器，则可以用 ADS 主窗口命令(Options&T'ext Editor）打开。DAC 文本文件的备注：你不能使用格式如写字板(Wordpad)的程序，记 事本（Notepad)是可以的。 e． 写一个 mdf 文件（多维数据文件） （如图） ，保存在数据（DATA)目录中， 命名为 z_dac.mdf。mdf 格式文件的备注： 如果文件是以.txt 格式保存的， 需要时运用 Windows 文件浏览器改变其名称。在文件中第一列中是 4 个频率点，第二列和第三列 是每个频点阻抗的实部和虚部。 f． 在原理图上，编辑 S 参数控制器。在 Parameter 标签栏中，设置计算 z 参 数而不是 S 参数。在 Display 标签栏中，检查扫频变量(Sweep Var)，开始 （Start） 、截止（Stop）