實驗三-交流(AC)仿真

1、實驗四、交流（AC）仿真概 述該實驗繼續(xù)amp_1900任務并與上一實驗使用相同子電路。這個練習教交流（AC）仿真的基礎，包括小信號增益和噪聲，也給出了許多數(shù)據(jù)顯示中控制和操作數(shù)據(jù)的許多細節(jié)特性。任 務l 進行交流（AC）小信號和噪聲仿真l 調整引腳/導線符號l 變量掃描和建立方程l 控制圖表，曲線，數(shù)據(jù)組和交流（AC）源目 錄1. 從一個設計到另一個設計的復制&粘貼（Ctrl+C/ Ctrl+V）操作 562. 對復制的電路和引腳符號進行改正563. 層次（push and pop）操作驗證子電路584. 設置帶噪聲的AC仿真585. 對噪聲數(shù)據(jù)仿真并列表606. 控制方程和節(jié)點電壓的輸出6

2、17. 無噪聲仿真638. 用測量方程寫出數(shù)據(jù)顯示方程639. 使用測量和數(shù)據(jù)顯示子方程6310. 對AC分析數(shù)據(jù)繪出相位和群時延圖6511. 變量信息和what函數(shù) 6812. 選學Vcc掃描（如同電源電壓在減?。?8步 驟1.從一個設計到另一個設計的復制&粘貼（Ctrl+C/ Ctrl+V）操作a. 打開上一設計（dc_net）,并通過在周圍區(qū)域拖動鼠標復制變亮的電路，這被稱為橡皮條（rubber banding）。當該項目變亮時，通過Ctrl+C鍵或EditCopy命令復制。推薦使用Ctrl+C，這樣可以省去鼠標點擊。b. 用FileNew Design命令創(chuàng)建一個新原理圖，命名為：ac

3、_sim。然后，用Ctrl+V鍵或EditPaste并通過點擊新原理圖插入（ghost鏡像）復制內容。c. 保存ac_sim設計。你必須保存它，否則它不會被寫入數(shù)據(jù)庫。d. 點擊Windowdesign Open命令。這個命令可以讓你進入那些在內存中但在窗口中未顯示或未存在記錄中的設計。出現(xiàn)對話框后，選擇dc_net并點擊OK，然后用FileClose Design命令關閉dc_net設計（不需要保存改變的設置）。e. 在空的原理圖窗口中，用FileOpen Design圖標重新打開設計ac_sim。它可給出該任務中的設計列表。如果一個設計創(chuàng)建了但最初并未保存，則不會在列表中。你需要用Wind

4、owdesign Open命令打開并進入它。2.對復制的電路和引腳符號進行改正 刪除引線，插入新的元件，并按需要重新連線。步驟如下：a. 斷開DC源，并把它和地線移到邊上。b. 從集總元件面板中或用元件歷史欄中插入兩個理想的DC_Block電容。c. 從頻域源（Sources-Freq Domain）面板中插入一個V_AC源，接地。然后，在輸出端添加一接地的50負載電阻。d. 修正引腳/導線（節(jié)點）符號。點擊Name圖標，同時對RC和DC源添加一個Vcc符號，它們以電氣而不是導線連結。e. 如圖添加Vin和Vout。當然，如果你學習了Lab3中的選學內容，可撤銷VC和VBE。方法是對話框后（如

5、右），點擊那些符號或用命令EditWire/Pin LabelRemove Wire/Pin Label.f. 檢查電路，使之如下圖所示。關于Wire/Pin LabelAttributes（屬性）的備注：你可通過拖動這些符號來移動它們，并雙擊它們或用命令EditWire/Pin LabelWire/Pin LabelAttributes 進行屬性（attributes）編輯。3. 層次（push and pop）操作驗證子電路a在設計ac_sim窗口點擊圖標，然后選中bjt_pkg，并進入子電路（見下圖）。b檢查后跳出子電路。4.設置帶噪聲的AC仿真a插入一個AC仿真控制器。對AC仿真控制器

6、的開始、停止頻率和步長進行編輯：100MHz到40GHz，步長100MHzb在噪聲（Noise）標簽欄中。對噪聲計算進行檢驗，并添加Vout節(jié)點。對每個噪聲設置模式，按名分類（Sort by Name）；對于大電路使用按值分類 （Sort by Value），可以首先更好的查看最大影響。當然，如果沒有設置動態(tài)范圍（門限值），則所有的噪聲都會被仿真。c對所示的每個參數(shù)打開顯示，如圖所示。5.對噪聲數(shù)據(jù)仿真并列表a仿真（F7）b. 在數(shù)據(jù)顯示中，用Ctrl鍵可同時選擇插入名稱（Name）與VnC（電壓噪聲影響）的列表（list）（圖標）。如圖所示，在每個頻率點Q1.BJT1代表了元件的全部噪聲電壓

7、，包括：Q1.BJT1.ibe和Q1.BJT1.ice，但是，它們并非相關電壓，按下式被加起來作為噪聲功率：。整個vnc與Vout噪聲相同。c保存原理圖與顯示數(shù)據(jù)(實驗報告)6.控制方程和節(jié)點電壓輸出 a在ac_sim原理圖中，從任一原理圖仿真控制面板中插入一MeasEqn，或者你可以從元件歷史欄中輸入MeasEqn b. 直接在原理圖屏幕中編輯方程，用節(jié)點（引腳）符號Vin和Vout計算電壓增益。用鍵盤上的方向鍵移動相等（=）符號。 c編輯AC仿真控制器并進入Output標簽，默認值在數(shù)據(jù)組中給出的所有符號節(jié)點電壓（引腳/導線符號）和所有的測量方程。在接下來的步驟你要改變這些設置。 d不勾節(jié)

8、點電壓框，點Add/Remove 按鈕。e從有效輸出端列表選擇Vin和Vout，如圖所示添加（Add）它們，然后點Apply。在仿真后只有這些節(jié)點電壓會被寫進數(shù)據(jù)組，而Vcc則不會。這些操作對測量方程是一樣的。f點擊OK關閉對話框你現(xiàn)在可以進行仿真了。(實驗報告) 關于顯示節(jié)點名備注：你可以顯示節(jié)點名（在Display標簽中勾上Nodename框），但這并非必需。7.無噪聲仿真（選做） a在原理圖中，如下圖所示通過把Yes變?yōu)閚o（鍵盤輸入亦可）關閉噪聲計算。仿真時間和記錄會保存下來，特別是對大電路。當然，這會使你的數(shù)據(jù)組列表（名稱和vnc）無效。b保存原理圖，并仿真（F7）。8.用測量方程寫

9、出數(shù)據(jù)顯示子方程 a在數(shù)據(jù)顯示子窗口中，刪除（delete）無效噪聲列表。 b插入一個數(shù)據(jù)顯示方程式（使用圖標） c在對話框中，如下所示以dB為單位寫出增益方程。注意你是把原理圖中的測量方程插入你的數(shù)據(jù)顯示方程，完成后點擊OK： 關于方程備注：如果電壓增益的測量方程沒有計算出來，你就要對所有需要值寫出數(shù)據(jù)顯示子方程。例如：gain_dB=20*log(mag(Vout)/mag(Vin),但是如果電壓增益已計算出來，就只需簡單地插入方程即可。9使用測量和數(shù)據(jù)顯示子方程(實驗報告) a插入測量方程gain_voltage和你剛才寫的DDS方程gain_dB的列表。原理圖測量方程會再次自動寫入數(shù)據(jù)

10、組，如下所示。但是你在數(shù)據(jù)顯示中寫的方程則不同，它們進入數(shù)據(jù)顯示子方程記錄。點擊箭頭框（如下所示）可顯示你的數(shù)據(jù)組方程gain_dB,然后選擇它并加上它，點擊Ok，兩個方程則都會出現(xiàn)在列表中。 b向下拖動列表值于1900MHz附近，使用如下所示的箭頭按鈕。 d點擊數(shù)據(jù)顯示undo（回到上一步）命令，返回并撤銷dB函數(shù)。 e編輯（雙擊）列表，選擇圖標變?yōu)榫匦螆D形。(實驗報告) 關于dB值的備注把AC電壓轉變?yōu)閐B單位不同于S參數(shù)分析中的dB格式，后者以功率為準（電壓和電流）并含有50源阻抗。10對AC數(shù)據(jù)分析并繪出相位和群時延圖（選做） a插入Vin和Vout相位的矩形圖并在1900MHz處標記

11、。反相不是180是由于bjt_pkg的產生參數(shù)造成的。增加標記你就會發(fā)現(xiàn)相位在更低頻率點處更接近180，如果你想設置熱鍵來插入標記，可用命令OptionsHot key，與原理圖中類似。 b插入一個新的方程計算群時延，如圖所示。使用Vout相位和diff函數(shù)，然后對方程函數(shù)繪圖。diff函數(shù)用于計算在下降曲線上不同點之間的斜率差別。其中的負號表明結果 為下降值。在曲線上放置標記并注意到因diff函數(shù)在1900MHz（+/-50MHz）兩邊都會有標記。c回到原理圖，改變步長（step）到10MHz重新仿真，并觀察更新的曲線。d編輯（雙擊）標記（Marker）。在readout標簽欄中，把Form

12、at設置為Engineering，重要數(shù)字（Significant Digits）為2，如圖所示。你會看到Y軸的值變到PS（皮秒），X軸能分辨到1.9GHze選學嘗試對群時延方程和曲線進行合并，則當移動時，它們會在一起移動。方法是用Shift鍵選擇方程和曲線，然后點擊EditGroup，現(xiàn)在它們在數(shù)據(jù)顯示窗口中就應在一起移動了。11變量信息和what函數(shù)（選做） a插入一個新列表（數(shù)據(jù)組仍為ac_sim）,添加Vout并選中，點Advanced按鈕。出現(xiàn)對話框后，點Variable Info按鈕，這時會出現(xiàn)另一對話框如右圖所示。選擇Vout數(shù)據(jù)，你會發(fā)現(xiàn)Vout依賴于391個頻率點。數(shù)據(jù)組中所

13、有項目的操作與此相似，因為只對頻率進行掃描。b關閉對話框，點OK，回到Vout列表，在Vout欄中插入光標，如下輸入what函數(shù)：what（Vout）,你就會得到與之相同的變量信息。隨后你將用此函數(shù)決定在多路掃描或有混頻產物的條件下如何檢索數(shù)據(jù)組表格。關于函數(shù)的備注：當你無論何時向數(shù)據(jù)顯示中插入方程或表達式時，便可通過點擊Functions Help按鈕查閱what函數(shù)和其他ADS函數(shù)（abs，veal，s_stab_circle等）的功能。當幫助（help）瀏覽窗口完全打開，選中MeasEqn Function Reference，向下拖動滾動至感興趣的函數(shù)。如果你有時間可進行此操作并對有關

14、信息大致過目，看ADS函數(shù)是如何使用的。12選學Vcc掃描（如同電源電壓在減?。?本步需要應用你在前面實驗中已經(jīng)學習過的技巧。你將對Vcc設置從5V到2V以步長0.25V的參數(shù)掃描。a 在原理圖中，插入一VAR（變量方程），初始值Vbias=5Vb 重新定義源：Vdc=Vbiasc 從任一仿真面板中插入一Parameter Sweep（參數(shù)掃描），然后設置SweepVar(掃描變量)為Vbias，確認AC仿真控制器的仿真實例名，要進行如圖所示的設置。d 通過下拉菜單SimulateSimulation Setup改變數(shù)據(jù)組名（dataset name）=ac_bat_sup并仿真。仿真完成后，DDS打開，出現(xiàn)一個對話框詢問你是否要改變數(shù)據(jù)組回答NO，然后對Vout的幅度（mag）繪圖。這時會出現(xiàn)對應每一步長的一組曲線，如圖所示。e 在Trace Option標簽欄中對軌跡進行編輯，并勾上Display Label框，以顯示Vbias的軌跡線。f 根據(jù)需要插入標記。g 保存（Save）你所有的操作。附加練習：1在一個新的設計中，進行帶端口噪聲和端口的仿真。為達此目的，以P_AC源為端口1（Num=1），并在輸出端放置一個終端負載