差分低通濾波器設(shè)計(jì)21568PPT課件

1、ADS簡(jiǎn)介 ADS軟件全稱(chēng)為 Advanced Design System，是由美國(guó)Agilent公司推出的微波電路和通信系統(tǒng)仿真軟件，是當(dāng)今業(yè)界最流行的微波射頻電路、通信系統(tǒng)、RFIC設(shè)計(jì)軟件；也是國(guó)內(nèi)高校、科研院所和大型IT公司使用最多的軟件之一。其功能非常強(qiáng)大，仿真手段豐富多樣，可實(shí)現(xiàn)包括時(shí)域和頻域、數(shù)字與模擬、線性與非線性、噪聲等多種仿真分析，并可對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行成品率分析與優(yōu)化，從而大大提高了復(fù)雜電路的設(shè)計(jì)效率，是非常優(yōu)秀的微波射頻電路、系統(tǒng)信號(hào)鏈路的設(shè)計(jì)工具。第1頁(yè)/共37頁(yè)仿真的目的和意義可以提前對(duì)模塊、方案和系統(tǒng)的性能進(jìn)行論證，對(duì)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的可行性進(jìn)行分析，從而避免人力和物力資源的

2、浪費(fèi)，提高效率，節(jié)省資源。 第2頁(yè)/共37頁(yè)ADS的主要應(yīng)用 射頻和微波電路的設(shè)計(jì) ； 通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì) ； RFIC設(shè)計(jì) ； DSP設(shè)計(jì)； 向量仿真 ；第3頁(yè)/共37頁(yè)仿真中要注意的幾個(gè)問(wèn)題1.要有好的軟件設(shè)計(jì)習(xí)慣 各種文件的命名； 電路的布局以及參數(shù)的設(shè)置和選擇； 要有合理的設(shè)計(jì)順序；第4頁(yè)/共37頁(yè)仿真中要注意的幾個(gè)問(wèn)題（續(xù)）2.物理概念要明確，不要在無(wú)意義的地方花費(fèi)時(shí)間 如按照加工精度，線條太細(xì)是不能實(shí)現(xiàn)的，追求小數(shù)點(diǎn)后N位也是無(wú)意義的； 注意仿真中使用模型的適用范圍，如：小信號(hào)模型就不能用來(lái)看三階交調(diào)等非線性的曲線，微帶仿真的時(shí)候，注意LW，軟件的模型才是對(duì)的。第5頁(yè)/共37頁(yè)仿真中要

3、注意的幾個(gè)問(wèn)題（續(xù)）3.注意如何規(guī)劃仿真，才能盡快得到需要的電路 按照先局部后整體的優(yōu)化原則，切忌直接全局優(yōu)化，最好能夠預(yù)先計(jì)算設(shè)置優(yōu)化元件的初值； 注意仿真數(shù)值的穩(wěn)定性； 養(yǎng)成不明的白就看help的習(xí)慣；第6頁(yè)/共37頁(yè)ADS的使用軟件的啟動(dòng) 在開(kāi)始菜單選擇圖標(biāo)，運(yùn)行后界面如下： 第7頁(yè)/共37頁(yè)ADS軟件的啟動(dòng) 啟動(dòng)ADS進(jìn)入如下界面第8頁(yè)/共37頁(yè)創(chuàng)建新的工程文件 創(chuàng)建新的工程文件并命名 在下面的下拉菜單中設(shè)置長(zhǎng)度單位為毫米第9頁(yè)/共37頁(yè)創(chuàng)建新的工程文件（續(xù)） 工程文件創(chuàng)建完畢后主窗口變?yōu)橄聢D所示第10頁(yè)/共37頁(yè)創(chuàng)建新的工程文件（續(xù)） 同時(shí)原理圖設(shè)計(jì)窗口打開(kāi)第11頁(yè)/共37頁(yè)差分低通

4、濾波器的設(shè)計(jì) 下圖是一個(gè)差分低通濾波器的等效電路，其由六個(gè)電感和四個(gè)電容的對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)組成。我們以這種結(jié)構(gòu)的濾波器為例，介紹一下設(shè)計(jì)的過(guò)程。等效電路第12頁(yè)/共37頁(yè)差分低通濾波器的設(shè)計(jì)（續(xù)） 設(shè)計(jì)指標(biāo)：通帶DC40MHz，帶內(nèi)衰減小于0.2dB，起伏小于0.1dB，80MHz以上衰減大于50dB，端口輸入的電壓駐波比小于1.5。 在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，主要是以濾波器的S參數(shù)作為優(yōu)化目標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化仿真。S21是傳輸參數(shù)，濾波器通帶、阻帶的位置以及衰減、起伏全都表現(xiàn)在S21隨頻率變化曲線的形狀上。S11參數(shù)是輸入、輸出端口的電壓駐波比。如果電壓駐波比過(guò)大，就會(huì)導(dǎo)致反射損耗增大。第13頁(yè)/共37頁(yè)生成濾波器的原

5、理圖 在原理圖設(shè)計(jì)窗口中選擇集總元件的工具欄 窗口左側(cè)的工具欄變?yōu)橛覉D所示 在工具欄中分別選擇電感 和電容 分別放置在繪圖區(qū)中。 選擇畫(huà)線工具 將電路連接好，連接好后的電路見(jiàn)下頁(yè)圖第14頁(yè)/共37頁(yè)生成濾波器的原理圖（續(xù)） 第15頁(yè)/共37頁(yè)生成濾波器的原理圖（續(xù)） 為了仿真差分濾波器，我們需要把輸入輸出端口由平衡模式轉(zhuǎn)換為不平衡模式，在這里放入一個(gè)變比為1：1的RF變壓器 。 在元件模型列表窗口選擇 Simulation-S_Param的 工具欄，在該項(xiàng)面板中選擇 S-parameter模擬控制器， 端口Term和電壓駐波控件 VSWR放置到繪圖區(qū)中。 放入 ，選擇畫(huà)線工具 將 電路連接好后

6、的電路見(jiàn)下頁(yè)圖。第16頁(yè)/共37頁(yè)生成濾波器的原理圖（續(xù)）第17頁(yè)/共37頁(yè)S參數(shù)仿真電路設(shè)置 雙擊S參數(shù)掃描控件 ，并設(shè)置掃描的頻率范圍和步長(zhǎng)，頻率范圍根據(jù)濾波器的指標(biāo)確定。設(shè)置好后單擊OK。第18頁(yè)/共37頁(yè)優(yōu)化參數(shù)的設(shè)置 在原理圖中我們把電感L1、L2、L5、L6賦值為150nH，L3、L4賦值為180nH。 雙擊電容器C1，擊活調(diào)節(jié)/優(yōu)化按鈕。 第19頁(yè)/共37頁(yè)優(yōu)化參數(shù)的設(shè)置（續(xù)） 選擇優(yōu)化選項(xiàng)，使優(yōu)化狀態(tài)處于激活，輸入優(yōu)化的最小、最大值。 采用同樣的方法使C2、C3、C4也處于優(yōu)化激活狀態(tài)。 第20頁(yè)/共37頁(yè)優(yōu)化目標(biāo)的設(shè)置 在原理圖設(shè)計(jì)窗口中選擇優(yōu)化工具欄 選擇優(yōu)化設(shè)置控件 放置

7、在原理圖中，雙擊該控件設(shè)置優(yōu)化方法及優(yōu)化次數(shù)為200。 常用的優(yōu)化方法有Random(隨機(jī))、Gradient(梯度)等。 隨機(jī)法通常用于大范圍搜索，梯度法則用于局部收斂第21頁(yè)/共37頁(yè)優(yōu)化目標(biāo)的設(shè)置（續(xù)） 選擇優(yōu)化目標(biāo)控件Goal 放置在原理圖中，雙擊該控件設(shè)置其參數(shù)。 Expr是優(yōu)化目標(biāo)名稱(chēng)，其中dB(S(2,1)表示以dB為單位的S21參數(shù)的值。 SimlnstanceName是仿真控件名稱(chēng)，這里選擇SP1 Min和Max是優(yōu)化目標(biāo)的最小與最大值。 Weight是指優(yōu)化目標(biāo)的權(quán)重。 RangeVar1是優(yōu)化目標(biāo)所依賴(lài)的變量，這里為頻率freq。 RangeMin1和RangeMax1是

8、上述變量的變化范圍。第22頁(yè)/共37頁(yè)優(yōu)化目標(biāo)的設(shè)置（續(xù)） 第23頁(yè)/共37頁(yè)優(yōu)化目標(biāo)的設(shè)置（續(xù)） 這里總共設(shè)置了三個(gè)優(yōu)化目標(biāo)，前二個(gè)的優(yōu)化參數(shù)都是S21，用來(lái)設(shè)定濾波器的通帶和阻帶的頻率范圍及衰減情況(這里要求通帶衰減小于0.2 dB，阻帶衰減大于50 dB)，最后一個(gè)的優(yōu)化參數(shù)是S11，用來(lái)設(shè)定通帶內(nèi)的電壓駐波比(這里要求小于1.5)，具體數(shù)值見(jiàn)下頁(yè)圖。第24頁(yè)/共37頁(yè)優(yōu)化目標(biāo)的設(shè)置（續(xù)） 第25頁(yè)/共37頁(yè)進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化 設(shè)置完優(yōu)化目標(biāo)后最好先把原理圖存儲(chǔ)一下，然后就可以進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化了。 點(diǎn)擊工具欄中的Simulate 按鈕就開(kāi)始進(jìn)行優(yōu)化仿真了。在優(yōu)化過(guò)程中會(huì)打開(kāi)一個(gè)狀態(tài)窗口顯示優(yōu)化的結(jié)

9、果(見(jiàn)下頁(yè)圖)，其中的CurrentEF表示與優(yōu)化目標(biāo)的偏差，數(shù)值越小表示越接近優(yōu)化目標(biāo)，0表示達(dá)到了優(yōu)化目標(biāo)，下面還列出了各優(yōu)化變量的值，當(dāng)優(yōu)化結(jié)束時(shí)還會(huì)打開(kāi)圖形顯示窗口。 在一次優(yōu)化完成后，要點(diǎn)擊原理圖窗口菜單中的Simulate - Update Optimization Values保存優(yōu)化后的變量值，否則優(yōu)化后的值將不保存。第26頁(yè)/共37頁(yè)進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化（續(xù)） 經(jīng)過(guò)數(shù)次優(yōu)化后，CurrentEf的值為0，即為優(yōu)化結(jié)束。也可以看到當(dāng)前C1、C2、C3、C4的值以及總的優(yōu)化時(shí)間。第27頁(yè)/共37頁(yè)觀察仿真曲線 優(yōu)化完成后必須關(guān)掉優(yōu)化控件，才能觀察仿真的曲線。方法是點(diǎn)擊原理圖工具欄中的 按

10、鈕，然后點(diǎn)擊優(yōu)化控件OPTIM，則控件上打了紅叉表示已經(jīng)被關(guān)掉。 要想使控件重新開(kāi)啟，只需點(diǎn)擊工具欄中的 按鈕，然后點(diǎn)擊要開(kāi)啟的控件，則控件上的紅叉消失，功能也重新恢復(fù)了。 對(duì)于原理圖上其他的部件，如果想使其關(guān)閉或開(kāi)啟，也可以采取同樣的方法。第28頁(yè)/共37頁(yè)關(guān)閉優(yōu)化控件后的原理圖 第29頁(yè)/共37頁(yè)觀察仿真曲線 點(diǎn)擊工具欄中的Simulate 按鈕進(jìn)行仿真，仿真結(jié)束后會(huì)出現(xiàn)圖形顯示窗口。第30頁(yè)/共37頁(yè)觀察仿真曲線（續(xù)） 點(diǎn)擊圖形顯示窗口左側(cè)工具欄中的 按鈕，放置一個(gè)方框到圖形窗口中，這時(shí)會(huì)彈出一個(gè)設(shè)置窗口(見(jiàn)下頁(yè)圖)，在窗口左側(cè)的列表里選擇S(2,1)即S21參數(shù)，點(diǎn)擊Add按鈕會(huì)彈出一

11、個(gè)窗口設(shè)置單位(這里選擇dB)，點(diǎn)擊兩次OK后，圖形窗口中顯示出S21隨頻率變化的曲線。 用同樣的方法加入S11的曲線。 為了準(zhǔn)確讀出曲線上的值，可以添加Marker，方法是點(diǎn)擊菜單中的Marker - New，出現(xiàn)Instert Marker的窗口，接著點(diǎn)擊要添加Marker的曲線，曲線上出現(xiàn)一個(gè)倒三角標(biāo)志，點(diǎn)擊拖動(dòng)此標(biāo)志，可以看到曲線上各點(diǎn)的數(shù)值。第31頁(yè)/共37頁(yè)選擇仿真曲線參數(shù)及其單位第32頁(yè)/共37頁(yè)觀察仿真曲線第33頁(yè)/共37頁(yè)觀察仿真曲線（續(xù)）觀察S21和S11曲線是否滿(mǎn)足指標(biāo)要求，如果已經(jīng)達(dá)到指標(biāo)要求，該仿真過(guò)程也就結(jié)束，否則可以通過(guò)改變優(yōu)化目標(biāo)、優(yōu)化變量的取值范圍、優(yōu)化方法以及優(yōu)化次數(shù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。第34頁(yè)/共37頁(yè)ADS使用小結(jié) 以上介紹了使用ADS進(jìn)行微帶電路設(shè)計(jì)的一些基本方法，在實(shí)際使用軟件時(shí)還會(huì)遇