CH5-ADS仿真原理与使用方法解读

电磁工程设计与仿真第五章ADS仿真原理与使用方法主要内容5.3ADS仿真环境、元件模型与仿真功能5.4ADS使用方法与技巧5.2ADS仿真原理与过程5.1微波电路与系统概述5.1微波电路与系统概述一、微波电路微波：300MHz~3000GHz（广义）微波电路：由微波传输线、不连续性、有源器件构成的集成在微波基板上的电路（MIC），或者集成在半导体材料上的电路（MMIC）。微波电路：分布参数电路，本课程以微带MIC电路为主。1.微带线及其不连续性2.无源微波电路功分器、耦合器、滤波器、衰减器等等由微带线、不连续性构成微波放大器、混频器、振荡器、开关等等……RgCgRdCdVD(+)VG(-)输出l2Z0Z0l1输入介质谐振器•(a)3.有源微波电路由微带线、不连续性、有源器件构成二、微波系统微波系统=微波无源器件+微波有源器件=微波发射机+微波接收机三、微波电路与系统仿真内容章节主要内容学时CH5ADS仿真原理与使用方法3CH6ADS无源器件设计与仿真——微波功分器、耦合器、滤波器6CH7ADS有源器件设计与仿真——微波放大器、混频器、振荡器6CH8ADS微波系统设计与仿真——微波接收机与发射机3ADS仿真实验：无源、有源、系统任选1题设计仿真。一、ADS概述5.2ADS仿真原理与过程1.ADS---AdvancedDesignSystem,美国安捷伦（Agilent）公司开发的EDA软件。版本：20112.ADS功能：进行模拟、射频、微波、数字信号处理电路（DSP）及系统的设计与仿真。模拟电路数字电路低频电路射频、微波电路单个电路微波系统微波MIC微波MMIC功能十分强大，最好电路仿真软件。一、ADS概述时域方法：A.高频SPICE分析与卷积分析(Transient)分析线性与非线性电路的瞬态效应，包括瞬态响应和瞬态噪声。3.ADS仿真方法丰富多样：时域仿真、频域仿真、系统仿真、电磁仿真。一、ADS概述频域方法：A.线性分析（LinearAnalysis）对小信号射频及微波电路线性分析，如S参数分析B.谐波平衡分析（HarmonicBalance）对大信号非线性功放、混频电路分析，得到其噪声、功率压缩点、谐波失真等电路响应。C.电路包络分析（Envelope）调制、解调电路分析，频域分析+时域分析一、ADS概述系统仿真方法：采用线性分析、谐波平衡分析、电路包络分析对系统信号行为级分析。电磁仿真方法（EM）：采用电磁全波分析方法（分层介质矩量法MOM、有限元法FEM），用以分析微波电路的寄生、耦合效应，可获得的局部或者全局电路的S参数。本课程重点：S参数仿真、谐波平衡仿真、系统仿真、电磁仿真二、ADSS参数仿真原理1.S参数仿真基础传输线理论:长线理论，微带线→传输线微波网络理论：不连续性或有源器件→微波网络→S参数S,Z基础:“等效电路理论”电路分解：分解为传输线、不连续性和有源等基本元件二、ADSS参数仿真原理2.S参数仿真原理（以实例说明）微波电路：由微带线、不连续性、有源器件构成。微带线段MLIN(5)、T接头MTEE(4)、开路线MLOC(4)二、ADS原理基本元件建模模型→等效电路→网络参数SiADS有大量的元件模型，包括器件厂商提供的模型…模型是关键，比如：MTEE模型二、ADSS参数仿真原理网络参数级联SS3S2S4S111122122SSSS二、ADSS参数仿真原理微波电路特性S11122122SSSSS11,S22：当2(1)端口匹配时，1(2)口反射系数→回波损耗RL，驻波比VSWR等S21,S12：当2(1)端口匹配时，2-1(1-2)口传输系数→插入损耗，插入相移等三、ADS设计仿真过程设计指标选定实现方案原理与设计公式Matlab初步设计得到电路参数ADS仿真得到性能参数是否满足指标？建立ADS原理图选择控制器YN参数调谐或优化ADS版图仿真（场仿真验证）工程设计原理图、版图仿真与优化一、ADS仿真环境5.3ADS仿真环境、元件模型与仿真功能1.ADSMainWindow1.主窗口2.原理图(Schematic)设计窗口元器件库元器件面板File→New-Schematic2.原理图设计窗口2.原理图设计窗口3.版图(Layout)设计窗口File→New-Layout4.数据显示（DataDisplay）窗口File→New-DataDisplay二、ADS元件模型ADS元件种类：Components-SignalProcessing(略)Components-AnalogRF:CircuitComponents(电路元件)DistributedComponents（分布元件）NonlinearDevices（非线性元件）SystemModels（系统模型）Sources（信号源）二、ADS元件模型使用元件帮助文件：HelpTopicandIndexContentsComponent二、ADS元件模型1.集总参数元件（Lumped-Components）电阻（R）：电容（一般C,含Q值CAPQ）：电感（一般L,含Q值INDQ）：并联RLC（PRLC）：串联RLC（SRLC）：变压器：理想馈电电感:理想隔直电容：2.分布参数元件（TLines-）微带元件（TLines-Microstrip）常用元件：MSUB\MLIN\MSTEP\MTEE\TFR注意问题：结构、端口号和参考面位置求助Help(F1)：MTEE为例Symbol:Illustration:3.有源元件（Devices-）二极管（Diodes）结型三极管（BJT）场效应管（GaAs、MOS、JFET）等DevicesandModels,DiodeDevicesandModels,BJTDevicesandModels,GaAsDevicesandModels,JFETDevicesandModels,MOSDevicesandModels,NXPSiMKitLinearDevicesEquation-BasedNon-LinearComponents4.信号源（Sources-）Sources,ControlledSources,FrequencyDomainSources,ModulatedSources,Modulated-DSP-BasedSources,NoiseSources,TimeDomain5.系统元件(System-)放大器和混频器（System-Amps/Mixers）滤波器（Filters-Bandpass，Hightpass，Lowpass）调制解调模块（System-Mod/Demod）锁相环模块（System-PLLcomponents）收发机子系统模块（Tx/RxSubsystems）三、ADS仿真功能三、ADS仿真功能S-ParameterSimulation:一、仿真实例5.4ADS使用方法与技巧1.阻抗变换器L1W1Zc1=50OhmZc3=100OhmL2W2L3W3Zc2?目的：用λg/4阻抗变换器将100Ω微带线变换到50Ω线基板：er=2.2，h=1.0mm，t=0.035mm,tanδ=0频率：f0=6.5GHz达到匹配L1=L3=15mm一、仿真实例L1W1Zc1=50OhmZc3=100OhmL2W2L3W3Zc2?2.初步设计阻抗变换段：Zc2=？213707Ω.cccZZZL2=？L1=L3=15mm输入微带线：W1=?输出微带线：W3=?224gL~W2=？微带线分析设计工具：Tool-LineCalc-StartLineCalc一、仿真实例设置基板参数：H：1mmEr:2.2Mur:1Cond:defaultHu:defaultT:0.035mmTanD：0计算结果：50ohm:W1=3.05mm,L1=15mm70.7ohm:W2=1.72mm,L2=8.53mm100ohm:W3=0.85mm,L3=15mm一、仿真实例二、新建工程和设计1.CreatingaNewWorkspaceFile-New-WorkSpaceWorkspaceName:ZMatch_wrk2.新建一个原理图设计进入原理图设计窗口，设置单位：Options-Preferences-Units/Scale:length=mmFileNewSchematic3.放置元件：MSub，设置参数（DoubleClick）三、构建原理图1.电路分解成基本元件：MSub，MLIN，MLOC，MSTEP2.选择元件库：TLines-Microstrip4.放置元件：MLIN，3个，设置参数Wi，Li三、构建原理图MLIN-DoubleClickSubst=‘MSub1’W=W1mmL=L1mmHelp:帮助5.放置元件：MSTEP，阶梯不连续性（重要），设置参数三、构建原理图Help：MStep-DoubleClick-HelpSymbol:Illustration:EquivalentCircuit（伸长效应）Insert-VAR三、构建原理图6.设置变量VAR：7.连线Wire：Wire=短线，电长度=0三、构建原理图8.放置S参数仿真控制器，并设置参数三、构建原理图9.放置负载（Termination）和地（GND）：目的满足S参数定义条件：当####匹配时，……三、构建原理图Term(PortImpedanceforS-parameters):四、原理图仿真与结果1.Simulate:2.DataDisplay:直角坐标图四、原理图仿真与结果四、原理图仿真与结果结果:匹配点fm=6.4GHz,fm≠6.5GHz，为什么？四、原理图仿真与结果3.分析:阶梯不连续性的影响L1W1Zc1=50OhmZc3=100OhmL2W2L3W3Zc2?656522222244ggGGLLdLdLdLdL..'''结果：频率降低，在f=6.4GHz处为四分之一波长。措施：减少长度L2五、调谐与优化1.手动调谐：改变L2，L2←L2*6.4/6.5,比例变化L2=8.40mm五、调谐与优化2.参数扫描：SPPrmSwp五、调谐与优化2.参数扫描：Results3.调谐（Tuning）:###_SPsaveas###_Tune将“L2”设置可调谐参数：Simulate-SimulationVariblesSetup…五、调谐与优化调谐（Tuning）:Simulate-Tuning五、调谐与优化4.优化（Optimization）:###_SPsaveas###_Opt五、调谐与优化将“L2”设置可优化参数设置优化目标GOAL：五、调谐与优化设置优化控制器：五、调谐与优化执行优化：五、调谐与优化优化Cockpit：五、调谐与优化优化结果：六、版图(电磁EM)仿真1.GenerateLayout:###_SPsaveas###_EMLayout→Generate/UpdateLayoutDe-activeComponent→:Term,GND六、版图仿真2.SubstratesinEMSimulationSubstrateEditor:ADSMainWindow:FileNewSubstrateADSMainWindow:FileImportSubstratefromSchLayoutWindow:EMSubstrate六、版图仿真2.SubstratesinEMSimulationLayersofmetaltracesLayersofinsulatingmaterialbetweenthetracesGroundplanesViasconnectingtracesondifferentlayersAirsurroundingthecircuitboardThesubstratedescribes