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ADS ( Advanced Design System ) 是美国 Agilent 公司推出的电路和系统分析软件,它集成多种仿真软件的优点,仿真 手段丰富多样,可实现包括时域和频域,数字与模拟,线性与非线性,高频与低频,噪声等多种仿真分析手段,范围涵 盖小至元器件,大到系统级的仿真分析设计;ADS 能够同时仿真射频(RF) ,模拟(Analog),数字信号处理(DSP)电 路,

并可对数字电路和模拟电路的混合电路进行协同仿真。由于其强大的功能,很快成为全球内业界流行的 EDA 设计 工具。 下面来详细介绍 ADS 在射频、模拟电路设计中的常用的仿真器及其功能。

1. DC Simulation 直流仿真是所有仿真的基础,它可执行电路的拓扑检查以及直流工作点扫描和分析。

2. AC Simulation 交流仿真能获取小信号传输参数,如电压增益,电流增益,线性噪声电压,电流。在设计无源电路和小信号有源电路如 LNA 时,此仿真器十分有用。

3. S-parameter Simulation 微波器件在小信号时,被认为工作在线性状态,是一个线性网络; 在大信号工作时,被认为工作在非线性状态,是一个 非线性网络。通常采用 S 参数分析线性网络,谐波平衡法分析非线性网络。 S 参数是入射波和反射波建立的一组现性关系,在微波电路中通常用来分析和描述网络的输入特性。S 参数中的 S11, 和 S12 反映了输入输出端的驻波特性,S21 反映了电路的幅频和相频特性以及群时延特性,S12 反映电路的隔离性能。 S-parameter Simulation 仿真时将电路视为一个四端口网络,在工作点上将电路线性化,执行线性小信号分析,通过其 特定的算法,分析出各种参数值,因此,S-parameter Simulation 可以分析线性 S-parameter,线性噪声参数,传输阻抗 (Zij)以及传输导纳(Yij) 。

4. Harmonic Balance Simulation 谐波平衡仿真器着眼于信号频域(Frequency Domain)特征,擅长处理对非线性电路的分析。如果调制的周期性信息可 以用简单的几个单载波及其谐波表示出来,或者说如果付氏级数展开式很简单的话,Harmonic Balance Simulation 是一 个有效的分析工具。但是,如果分析的是诸如 CDMA 等信号,不具备简单的周期信号的特点,那么,Harmonic Balance Simulation 也就不能胜任对系统的仿真工作。 一般网络(系统)是由线性子网络和非线性子网络组成。线性子网络的特性可用频域代数方程来描述,而非线性子网络 则建筑在时域的非线性方程上来描述。平衡时,经 Fourier 变换成时域的线性子网络端口电压和电流应满足非线性子网 络端口的电压和电流,同样,经 Fourier 变换成频域的非线性子网络端口电压和电流应满足线性子网络端口的电压和电 流。因此,设定一个最大的谐波数,建立一个线性子网络端口电 压(电流)和非线性子网络端口的电压(电流)的误差函数,通过迭代,实现稳态的线性子网络和非线性子网络的谐波 平衡。采用谐波平衡仿真器可以仿真噪声系数,饱和电平,三阶交调,本振泄漏,镜象抑制,中频抑制,组合干扰等参 数。 一般而言 Harmonic Balance Simulation 设计射频放大器,混频器,振荡器时十分有用。当设计大规模 RFIC 或 RF/IF 子 系统时,由于存在大量的谐波和交调成分,Harmonic Balance Simulation 必不可少。

5. Large-Signal S-parameter Simulation ( Simulation-LSSP ) Simulation-LSSP 是 Harmonic Balance Simulation 的一种,不同的是前者执行大信号 S-parameter 分析,因此在设计功 放时十分有用。后者,一般只用于小信号 S-parameter 分析。

6. Simulation-XDB Simulation-XDB 用于寻找用户自定义的增益压缩点,它将理想的线性功率曲线与实际的功率曲线的偏离点相比较。使用

Simulation-XDB,在设计射频器件时可以很方便的找出 1dB ,3dB 压缩点。

7. Circuit Envelope Simulation 电路包络仿真器是近年来通信系统的一项标志性技术。其特点是: 对于任何类型的高频调制信号,均可分解为时域和频 域两部分进行处理。在时域上,对相对低频的调制信息进行直接采样处理,而对相对高频的载波成分,则采用类似的 Harmonic Balance Simulation 的方法, 在频域进行处理。 这样的结合使仿真起的效率和速度都得到一个质的飞跃。 因此, Circuit Envelope Simulation 是目前进行数模混合仿真和数字微波系统高频最有效率的工具之一。 Circuit Envelope Simulation 多 用 在 涉 及 调 制 解 调 以 及 混 合 调 制 信 号 的 电 路 和 系 统 中 。 在 通 信 中 , 如 CDMA,GSM,QPSK,QAM 等,在雷达中,如 LFM 波,非线性调频波,脉冲编码等均可用 Circuit Envelope Simulation 进 行仿真。

8. Transient Simulation 瞬态仿真器是传统的 SPICE 软件的代表。SPICE 软件可以说是所有电路仿真软件的鼻祖。其采用最原始的算法,即直 接在时域对电流,电压列节点方程,采用“一刀切”的方式,能够对所有的模拟,数字电路进行仿真。但是对于高频信号 很难用 SPICE 进行仿真,因为根椐 Nyquist 采样定理,仿真时直接采样,软件必须能够对射频载波进行至少 2 倍频率以 上的采样和处理,才能够准确,真实地反映系统的实际情况,即时域上的相位,幅度信息,以及频域上的频率特性等。 以处理一个 8GHz 的射频载波为例,要分析 1 秒钟的信号,CPU 至少要处理 2.4× 1010 点的数据,因此,在很多情况 下,很难用 TransientSimulation 对高频系统仿真。一般用于频率不高的场合。

以上是对 ADS 主要仿真器的功能描述。由于每个仿真器只能完成特定指标的仿真,因此在仿真完整电路时,就比须调用 多个仿真器才能完成所有指标的仿真。电路在仿真时,一次只能执行一个仿真器的仿真,在执行此仿真时,别的仿真器 应处于非激活状态。其中,对于微波/射频电路和系统设计,最常用的是 S-parameter Simulation, Circuit Envelope Simulation 和 Harmonic Balance Simulation 等。

下表列出了使用 ADS 仿真工具设计常用的微波/射频电路设计所要用到的仿真器。

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第六章: 第六章:ADS 仿真控制器介绍

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DC 控制器可以提供给单点和扫频仿真。扫频变量可以与电压或电流源值或其他元件参数值有关。为了执行一个扫

使用 DC 控制器可以: 检验所测试的设计的正确 DC 操作特性。

确定电路能量消耗 通过将模型 DC 传输特性曲线(I-V 曲线)与实际测量值比较,检验模型参数。 仿真结束后显示电压和电流 的线性/非线性代数方程的一个平衡点。 赋予独立电源常值 电容和类似似的元件用开路代替 电感和类似的元件用短路代替 时间导数是常数(0) 线性元件由它们在零频的电导系数替换。 AC 仿真控制器 小信号 AC 仿真应该放在谐波平衡(频谱)仿真之前执行来产生最终仿真的初始猜测。

DC 仿真相对于大部分其他分析是第一个分析。一旦下面的条件满足,它可以利用一组非线性微分方程求解描述电

线性 AC 分析仪一个小信号分析仪。 对于此分析仪首先应该找到 DC 工作点, 然后将非线性器件在工作点附近线性化

使用 AC 控制器可以: 执行扫频或扫频变量小信号线性 A 仿真。 获得小信号传输参数,如:电压增益、电流增益、跨导、导纳和线性噪声。 AC 仿真还提供线性噪声仿真选项包括下面的仿真中的噪声成分: 包括数据文件指定的有损无源元件产生的温度决定热噪声。 非线性器件产生的温度和偏压限制噪声。 由二端口数据文件包括噪声参数指定的线性有源器件产生的噪声。 噪声源器件产生的噪声。 噪声仿真计算每个器件产生的噪声,然后确定噪声怎么影响网络的噪声特性。 S 参数仿真控制器 述无源 RF 元件的特性及确定一个元件在特定偏压和温度下的小信号特性。

S 参数控制器用来确定一个 n 端口电子器件在给定频率下的响应信号波形。它是典型的小信号 AC 仿真通常被用来

使用 S 参数控制器可以: 获得器件或电路的散射参数(S 参数)并且将该参数转换为 Y 参数或 Z 参数 绘图。如考虑其他改变的变量的扫频 S 参数的变化 仿真群延迟 仿真线性噪声 仿真频率改变对小信号的影响 使用混频器的电路的 S 参数 Frequency Conversion 选项。 谐波平衡仿真控制器 和系统仿真有关,谐波平衡提供下面的优于时域瞬时分析的优点:

S 参数仿真通常在一个噪声分析中只考虑电源频率。如果你要考虑混频器的上边带或下边带频率可以使用 Enable A

谐波平衡控制器很适合仿真模拟 RF 和微波电路。它是一种仿真非线性电路和系统失真的频域分析方法。与高频电

它直接获取稳态频率响应 许多线性模型在高频可以很好地在频域描述 频率积分需要瞬时分析,这在很多实际应用中是禁止的 使用谐波平衡控制器可以: 确定电流或电压的频谱成分 计算参数,如:三阶截取点、总谐波失真及交调失真分量 执行电源放大器负载激励回路分析 执行非线性噪声分析 一个给定的正弦激励有一个可以被逼近到满意精度的稳态解。

谐波平衡允许对电路进行多频声仿真,可以展示包括谐波间频率转换的交调频率转换。这是一个迭代法。它假定对

电路包络仿真控制器 描述的调制包络的 RF 载波在频域中描述来同时显示时域频域表现特性。

电路包络控制器非常适合对像数字调制 RF 信号等复杂信号的快速完全分析。它通过允许输入波形作为带有在时域

Circuit Envelop 分析有数字调制信号的电路非常有效,因为瞬时仿真只在载波和其谐波附近产生。另外其计算在频谱 为空处不进行。 假定大部分频谱为空,对给定的复杂信号激励,它比 Harmonic Balance 快。 面不妥协。 它给带实时 HP Potlemy 联合仿真的 DSP/系统仿真添加物理分析/RF 特性。 它在相同的设计环境中被中和,如 RF、Spice、DSP、电磁的、设备链接及物理设计工具。 LSSP 仿真控制器 大信号 S 参数仿真控制器简化了非线性电路中大信号 S 参数的计算。

它不像时变 HB 或 Shooting Method Component 精确,也不像 Spice、Shooting Method 或 DSP,它在信号复杂性

大信号 S 参数是基于对整个非线性电路的载波平衡仿真。与 S 参数不同,大信号 S 参数当电平改变时会改变,因为 载波平衡仿真包括非线性影响如压缩。 XDB 仿真控制器 增益压缩量停止。

XDB 仿真控制器计算放大器或混频器的增益压缩点。它从一个小的值开始逐步增加输入功率,当在输出得到需要的

瞬态/卷积仿真控制器 瞬态 卷积仿真控制器 卷积仿真控 变量是非线性的。

瞬态和卷积仿真控制器解决一组描述电路依赖时间的电流和电压的微积分方程。这个分析的结果对于时间和/或扫描

使用瞬时/卷积控制器来执行: SPICE 型瞬时时域分析 电路的非线性瞬时分析包括频率损耗和线性模型的分散效应或卷积分析 瞬态分析完全在使用中执行。它不能说明分布式元件的频率响应。 卷积分析在频域描述分布式元件来说明其频率响应。

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更新时间:2006-10-2 11:02:12 浏览量:

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