差分低通濾波器設(shè)計(jì)

1、ADS的初級(jí)應(yīng)用介紹 20062006年年1010月月ADS簡(jiǎn)介nADS軟件全稱為 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。仿真的目的和意義n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

2、可行性進(jìn)行分析，從而避免人力和物力資源的浪費(fèi)，提高效率，節(jié)省資源。 ADS的主要應(yīng)用n射頻和微波電路的設(shè)計(jì) ；n通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì) ；nRFIC設(shè)計(jì) ；nDSP設(shè)計(jì)；n向量仿真 ；仿真中要注意的幾個(gè)問題1.要有好的軟件設(shè)計(jì)習(xí)慣 n各種文件的命名；n電路的布局以及參數(shù)的設(shè)置和選擇；n要有合理的設(shè)計(jì)順序；仿真中要注意的幾個(gè)問題（續(xù)）2.物理概念要明確，不要在無意義的地方花費(fèi)時(shí)間n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位也是無意義的；n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。仿真中要注意的幾個(gè)問題（續(xù)）3

3、.注意如何規(guī)劃仿真，才能盡快得到需要的電路n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；n注意仿真數(shù)值的穩(wěn)定性；n養(yǎng)成不明的白就看help的習(xí)慣；ADS的使用的使用軟件的啟動(dòng)軟件的啟動(dòng)n在開始菜單選擇圖標(biāo)，運(yùn)行后界面如下： ADS軟件的啟動(dòng)軟件的啟動(dòng)n啟動(dòng)ADS進(jìn)入如下界面創(chuàng)建新的工程文件n創(chuàng)建新的工程文件并命名n在下面的下拉菜單中設(shè)置長(zhǎng)度單位為毫米創(chuàng)建新的工程文件（續(xù)）n工程文件創(chuàng)建完畢后主窗口變?yōu)橄聢D所示創(chuàng)建新的工程文件（續(xù)）n同時(shí)原理圖設(shè)計(jì)窗口打開差分低通濾波器的設(shè)計(jì)n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)稱結(jié)構(gòu)組成。我們以這

4、種結(jié)構(gòu)的濾波器為例，介紹一下設(shè)計(jì)的過程。等效電路差分低通濾波器的設(shè)計(jì)（續(xù)）n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。n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。如果電壓駐波比過大，就會(huì)導(dǎo)致反射損耗增大。生成濾波器的原理圖n在原理圖設(shè)計(jì)窗口中選擇集總元件的工具欄n窗口左側(cè)的工具欄變?yōu)橛覉D所示n在工具欄中分別選擇電感 和電容 分別放置在繪圖區(qū)中。n選

5、擇畫線工具 將電路連接好，連接好后的電路見下頁圖生成濾波器的原理圖（續(xù)） 生成濾波器的原理圖（續(xù)）n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 。n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。n放入 ，選擇畫線工具 將 電路連接好后的電路見下頁圖。生成濾波器的原理圖（續(xù)）S參數(shù)仿真電路設(shè)置n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。優(yōu)化參數(shù)的

6、設(shè)置n在原理圖中我們把電感L1、L2、L5、L6賦值為150nH，L3、L4賦值為180nH。n雙擊電容器C1，擊活調(diào)節(jié)/優(yōu)化按鈕。 優(yōu)化參數(shù)的設(shè)置（續(xù)）n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。n采用同樣的方法使C2、C3、C4也處于優(yōu)化激活狀態(tài)。 優(yōu)化目標(biāo)的設(shè)置n在原理圖設(shè)計(jì)窗口中選擇優(yōu)化工具欄n選擇優(yōu)化設(shè)置控件 放置在原理圖中，雙擊該控件設(shè)置優(yōu)化方法及優(yōu)化次數(shù)為200。n常用的優(yōu)化方法有Random(隨機(jī))、Gradient(梯度)等。n隨機(jī)法通常用于大范圍搜索，梯度法則用于局部收斂n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)。nExpr是優(yōu)化目標(biāo)名

7、稱，其中dB(S(2,1)表示以dB為單位的S21參數(shù)的值。nSimlnstanceName是仿真控件名稱，這里選擇SP1nMin和Max是優(yōu)化目標(biāo)的最小與最大值。nWeight是指優(yōu)化目標(biāo)的權(quán)重。nRangeVar1是優(yōu)化目標(biāo)所依賴的變量，這里為頻率freq。nRangeMin1和RangeMax1是上述變量的變化范圍。優(yōu)化目標(biāo)的設(shè)置（續(xù)） 優(yōu)化目標(biāo)的設(shè)置（續(xù)）n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，用來設(shè)定通帶內(nèi)的電壓駐波比(這里要求小于

8、1.5)，具體數(shù)值見下頁圖。優(yōu)化目標(biāo)的設(shè)置（續(xù)） 進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化n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。n點(diǎn)擊工具欄中的Simulate 按鈕就開始進(jìn)行優(yōu)化仿真了。在優(yōu)化過程中會(huì)打開一個(gè)狀態(tài)窗口顯示優(yōu)化的結(jié)果(見下頁圖)，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)打開圖形顯示窗口。n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。進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化（續(xù)）n經(jīng)過數(shù)次優(yōu)化

9、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。觀察仿真曲線n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。n要想使控件重新開啟，只需點(diǎn)擊工具欄中的 按鈕，然后點(diǎn)擊要開啟的控件，則控件上的紅叉消失，功能也重新恢復(fù)了。n對(duì)于原理圖上其他的部件，如果想使其關(guān)閉或開啟，也可以采取同樣的方法。關(guān)閉優(yōu)化控件后的原理圖 觀察仿真曲線n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。觀察仿真曲線（續(xù)）n點(diǎn)擊圖形顯示窗口左側(cè)工具欄中

10、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(見下頁圖)，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。n用同樣的方法加入S11的曲線。n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。選擇仿真曲線參數(shù)及其單位觀察仿真曲線觀察仿真曲線（續(xù)）n觀察S21和S11曲線是否滿足指標(biāo)要求，如果已經(jīng)達(dá)到指標(biāo)要求，該仿真過程也就結(jié)束，否則可以通過改變優(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。ADS使用小結(jié)n以上介紹了使用ADS進(jìn)行微帶電路設(shè)計(jì)