第二章20-35 ADS系統(tǒng)仿真基礎(chǔ)

#實(shí)驗(yàn)二系統(tǒng)模擬基礎(chǔ)概要這一章介紹了如何使用行為模型建立一個(gè)系統(tǒng)（例如我們要做的接收系統(tǒng)），這一步是設(shè)計(jì)系統(tǒng)的第一步，通過(guò)對(duì)系統(tǒng)級(jí)行為模型的模擬，來(lái)接近所需的系統(tǒng)性能。先設(shè)定系統(tǒng)組件為所需的性能，然后逐步用獨(dú)立的電路替換，并可以比較兩者的性能差異。目標(biāo)?使用上一章的技巧和經(jīng)驗(yàn)?使用行為模型（濾波器、放大器、混頻器）建立一個(gè)RF接收器的系統(tǒng)項(xiàng)目，RF=1900MHz,IF=100MHz?使用一個(gè)RF源，帶相位噪聲的本振LO和一個(gè)噪聲控制器?測(cè)試系統(tǒng)：S參數(shù)，頻譜，噪聲等等目錄建立一個(gè)新的系統(tǒng)項(xiàng)目和原理圖??????????????21TOC\o"1-5"\h\z建立一個(gè)由行為模型構(gòu)成的RF接收系統(tǒng)21設(shè)置一個(gè)帶頻率轉(zhuǎn)換的S參數(shù)模擬?????????????22畫(huà)出S21數(shù)據(jù)??????????????????????24提高增益，再模擬，繪制出另一條曲線(xiàn)????????????25設(shè)置一個(gè)RF源和一個(gè)帶相位噪聲的本振LO26設(shè)置一個(gè)諧波噪聲控制器?????????????????27設(shè)置諧波模擬??????????????????????29模擬并畫(huà)出響應(yīng)：pnmx和Vout???????????????32選學(xué)一SDD（象征性定義的元件）模擬33步驟建立一個(gè)新的系統(tǒng)項(xiàng)目和原理圖使用上一章學(xué)到的方法，建立一個(gè)新的項(xiàng)目取名rf_sys建立一個(gè)由行為模型構(gòu)成的RF接收系統(tǒng)a．Butterworth濾波器：在元件模型列表窗口中找到帶通濾波器項(xiàng)目Filters-Bandpass。插入一個(gè)Butterworth濾波器。設(shè)定為：中心頻率Fcenter=1.9GHz。通帶帶寬BWpass=200MHz,截止為BWstop=lGHz。b.放大器：在元件模型列表窗口中找至USystem-Amps&Mixers項(xiàng)目，插入放大器Ampfer。設(shè)定S21=dbpolar(10,180)。BPF_ButteworthTerm'BPF1————Terml■■BPF_ButteworthTerm'BPF1————Terml■■Fcenter=1/9GHz'Mum=1?■BWpass=200MHzZ=50.Ohm.Apass=-3dB--.BWstop=1.0GHz.Astop=20dB+■■■ipli''2■'''AMP1.S21.=dt!polar(1.0,1.80).S11=polar(0,0)'S22=polar(0,180)'''S12-0#?c.Term:在port1插入一個(gè)端口。端口Terms在元件模型列表窗口的Simulation-S_Param中找。關(guān)于Butterworth濾波器請(qǐng)注意一Butterworth濾波器的行為模型是理想情況的，所以在通帶內(nèi)沒(méi)有波紋。換成濾波器和放大器的電路模型以后，會(huì)產(chǎn)生波紋。對(duì)于帶波紋的系統(tǒng)濾波器，可以采用橢圓濾波器的行為模型。接下來(lái)要往系統(tǒng)中添加混頻器和本振LO的行為模型。d.在元件模型列表窗口中找到System-Amps&Mixers項(xiàng)目，在功放amp輸出口插入一個(gè)混頻器Mixer的行為模型，注意是插入Mixer筈而不是Mixer2盤(pán)?。Mixer2是用于非線(xiàn)性分析的。

e.設(shè)定混頻器MixerConvGain=dbpolar(3,0)。這里dbpolar是極坐標(biāo)表示,代表3dB。設(shè)定MixerSideBand=LOWER，設(shè)定取混頻器兩個(gè)輸出的低端。f.可以按F5f.BF'F_Bi.jtterwurthTerm''''日卩沖''''Term1'''Fcenter=1.9GHz'Num=1???BW|3ass=200MHz&5QOhm..Apass-3ciB..DWslop=1.0QHz.BF'F_Bi.jtterwurthTerm''''日卩沖''''Term1'''Fcenter=1.9GHz'Num=1???BW|3ass=200MHz&5QOhm..Apass-3ciB..DWslop=1.0QHz.Astop=20dBAmplifier2AMP1■S21-dbpol?r(1.0,1.80)S11=polar(0,0)S22=polar(0,180)''R'''S12=0RjR=50QhmV_1Tone■■SRC1???V=polar(1,0)V-Freq=1.8GHz.MixerMIX1SideBand=LOWER..lmageRej=L0_Rej1=L0_Rej2=RF_Rej=GonvGain^bpolarCS.O)-SH^olarCO.0)...S22=polar(0,180)S33=0g.在元件模型列表窗口中找到Sources-FreqDomain項(xiàng)目，插入V_lTone源和上圖中標(biāo)出的50ohm電阻和地，這樣可以提供100MHz的中頻輸出。h.如圖所示，在混頻器的輸出口加一個(gè)低通Besse1濾波器(在元件模型列表窗口中的Filters-Lowpass項(xiàng)目中)，設(shè)置Fpass=200MHz。i.在port2放一個(gè)端口Termi.TermBPF_Butten.iwrth.._TermlTermBPF_Butten.iwrth.._TermlBPF1AMp1''Num=1'''Fcental.9'GHz?芻「’Z=50Ohm-?BWpa^OQMHz-舊Apass=3dB...?1!■..、：??..口BWstop=1..0GHz.警亍Pola?他)?Astop=2OdBdbpolai(1QJ80)polai^O.O)0-R1-??■R=50.OhmV_lToriH??SRC-1???V=polai(1,0)VF.req=1.8GHz”，LRF_Bes5Gl-Mixer?.??"Fl'''''吧匕'』；“j"FpasE?=200MHz-SldeBa0d=LOWERA...lmageRej=GDpas^O.9..L0_Rej1=?L0_Rej2=?.Conv.Gain^dbpolai^.O)S11=po!aitP.O)S22=poiaKP，180)'S33=0Term.Term2Num=22=50Ohma.3?設(shè)置一個(gè)帶頻率轉(zhuǎn)換的Sa.插入控制齒輪，設(shè)定模擬參數(shù)為：.1GHz到3GHz，step步長(zhǎng)為100MHz。I1S-PARAMETERS-|--E_Param.SP1St3rt=1.UGHzStop=3：DGHz'Step=lUUMHsb.編輯模擬控制器，在Parameters標(biāo)簽內(nèi)選上EnableACfrequencyconversion。

c.在Display標(biāo)簽內(nèi)選擇FreqConversion和FreqConversionPort兩項(xiàng)，讓它們?cè)谠韴D中顯示出來(lái)。此時(shí)，仿真控件變?yōu)?，d.點(diǎn)擊Simulate>SimulationSetup。當(dāng)對(duì)話(huà)框出現(xiàn)，把缺省的dataset名稱(chēng)改為rf_sys_10dB，代表該系統(tǒng)有1OdB的放大器增益。

e.點(diǎn)擊Apply和Simulate開(kāi)始模擬。4畫(huà)出S21數(shù)據(jù)a.在數(shù)據(jù)顯示窗口中插入一個(gè)網(wǎng)格顯示的S21圖形。b.把一個(gè)三角標(biāo)記放到1900MHz的線(xiàn)上。增益為混頻器的轉(zhuǎn)換增益減去因?yàn)槭湓斐傻囊恍p耗。提高增益，再模擬，繪制出另一條曲線(xiàn)a．a(chǎn)．回到原理圖，改變放大器增益S21到20dB。ILc.當(dāng)模擬結(jié)束以后，你會(huì)被提醒是否改變?nèi)笔Lc.當(dāng)模擬結(jié)束以后，你會(huì)被提醒是否改變?nèi)笔ataset，回答No。S21=dbpol3rt2D.18D)Sl^pulanU.D)S22=pul3n：U1l8D)F：?S12^UR1-??F：=j50.Uhmb.點(diǎn)擊Simulate>SimulationSetup，改dataset名稱(chēng)為rf_sys_20dB。點(diǎn)擊Apply,開(kāi)始模擬。d.雙擊編輯已經(jīng)有的10dB線(xiàn)。當(dāng)對(duì)話(huà)框出現(xiàn)，點(diǎn)擊下拉框查看可用的datasets和等式，選擇rf_sys_20dBdataset。e.選擇顯示S21數(shù)據(jù)，單位選dB，讓S21在數(shù)據(jù)顯示窗口顯示，注意整個(gè)dataset的路徑會(huì)顯示出來(lái)，因?yàn)樗皇侨笔ataset。f.把新的三角標(biāo)志放到新的線(xiàn)上，選擇所有的標(biāo)志，點(diǎn)擊命令Marker>DeltaModeOn，看看兩個(gè)模擬之間10dB的差值。保存。

設(shè)置一個(gè)RF源和一個(gè)帶相位噪聲的本振LO接下來(lái)演示如何使用諧波平衡模擬器模擬振蕩器的行為模型帶來(lái)的相位噪聲。用新名稱(chēng)rf_sys_phnoise保存當(dāng)前的原理圖。在已經(jīng)保存的原理圖中，刪除S_paramsimulationcontroller就是那個(gè)齒輪,V_lTone本振源LOsource,50ohm電阻和地。用P_1Tone源更換port1Term，設(shè)定功率和頻率如下：Freq=1.9GHz,P=polar（dbmtow（—40）,0）。注意polar與dbpolar單位不同，把源的名稱(chēng)改為RF_.source,Num=1；利用快捷鍵I僉在輸出端插入一個(gè)線(xiàn)標(biāo)記Vout（節(jié)點(diǎn)），完成后的原理圖如下：插入導(dǎo)線(xiàn)或引

線(xiàn)標(biāo)記如Q?P屮g產(chǎn)逼々■曲?jHl叭I■.4插入導(dǎo)線(xiàn)或引

線(xiàn)標(biāo)記如Q?P屮g產(chǎn)逼々■曲?jHl叭I■.48戸3璋淀須）鋼...-L.TiflonfMwrt沖啊DLPf'j.匚常S:器器嚴(yán)曲恥”...転節(jié)餉pZ■蠻山'e.在元件模型列表窗口中找到Sources-FreqDomain項(xiàng)目，插入OSCwPhNoise,連接到混頻器mixer上。設(shè)定Freq=1.8GHz,修改PhaseNoiselist如下圖所示。OSCwPhNoise已經(jīng)自帶了50ohm電阻注意這和『2』節(jié)中的V_1Tone加50ohm的電阻的功能類(lèi)似，就是多了相位噪聲。

□SCwPhK4iftQSC1"'"Frto=1□SCwPhK4iftQSC1"'"Frto=1SGHzRo>uE5ODlhm連接到混頻器本振輸入PhIirt：WH=.-1OdBa100Hz.-20de.1KMz.-X)d6.10KHz.-40dB>PhHmh(?CwFhtiois*"右]1狀蹴with『h3電Hoist設(shè)置一個(gè)諧波噪聲控制器a.在元件模型列表窗口中找到SimUation-HB項(xiàng)目，在原理圖上插入噪聲控制器NoiseCon。&OscFort□NoiseConNC1''&OscFort□NoiseConNC1''_Noi^eNbd^[1|=BudLin展NQISEGOHTROLLER|注意：NoiseCon組件和HB諧波模擬一齊使用。它便于你把模擬控制和噪聲測(cè)量分開(kāi)。你也可以在僅僅使用一個(gè)HB控制器的情況下，為不同的噪聲測(cè)量設(shè)定和使用多個(gè)噪聲控制。b.Freqtab頻率標(biāo)簽一編輯NoiseCon—設(shè)定SweepType為log,范圍從10Hz到lOKHz，步長(zhǎng)5。

c.在Nodestab標(biāo)簽中點(diǎn)擊PosNode下拉框，選擇Vout節(jié)點(diǎn)，點(diǎn)擊Add按鈕。噪聲控制器同其它的ADS組件一樣，能夠在原理圖中修改節(jié)點(diǎn)的名稱(chēng)。d.在PhaseNoise標(biāo)簽中選擇相位噪聲類(lèi)型PhoseNoiseType為PhaseNoisespectrum，設(shè)定載頻carrierFrequency為100MHz。這是帶由LO引入的相位噪聲的中頻頻率。

e.在顯示標(biāo)簽Displaytab中把如下圖示出的項(xiàng)目顯示在原理圖上，并作出相應(yīng)的修改。最后顯示的噪聲控制器設(shè)置如下圖所示。H日NQIEEUONTROU_ER.|.NoiseCon'AC4-NLNoisfeSfart=：1O-Hz?NLNoiseSt€.p=10：0kHz.NLNoiseDeCarrierFreq=100MHzF1haseNoise=F1hasenoisespectrum'NoiseNi=.de[1]=Vdut設(shè)置諧波模擬a.在元件模型列表窗口中找到Simulation-HB項(xiàng)目，在原理圖中插入HB模擬b.編輯HB控制器（雙擊）。把缺省的頻率值改為1.8GHz，點(diǎn)擊Apply。然后增加RF頻率1.9GHz,點(diǎn)擊Apply。

c.在Display標(biāo)簽中，讓MaxOrder顯示出來(lái)，點(diǎn)擊Apply。注意：你只需要在控制器中指定本振LO的頻率（1.8GHz）和RF頻率（1.9GHz）。不需要指定其它的頻率，因?yàn)镺rder（諧波）和Maximumorder（混頻產(chǎn)物）的缺省值將計(jì)算電路中其它的tones，包括100MHz的中頻IF。選中rH-smKrKiB-akrmInrtareeN-ame|Aim|S-dH-Si-c|選中rH-smKrKiB-akrmInrtareeN-ame|Aim|S-dH-Si-c|||thrtp眠力注現(xiàn)時(shí)1|jJh&PJoisMxmU詔鈕r~ll■Mn^疝i?d.如下圖所示，在NoiseCon標(biāo)簽中選擇NoiseCons。然后使用Edit按鈕選擇NCI為你設(shè)定的NoiseCon的實(shí)例名稱(chēng)。點(diǎn)擊Add和Apply。e.在顯示Display標(biāo)簽的HBDisplay標(biāo)簽中，選擇下圖項(xiàng)目顯示在原理圖上。HARMONICBALANCE.HARMONICBALANCE.Harmonicaalance_HB1-MaxDrder=4--?F^q[-=I]=1.9-GH3?.Freq[?]=1.8.GHz.OrderJI]=3'OrderR]=3'''_Noisecon[1]=HNC1,f■MoiseConhd口de=yens完整的原理圖如下所示，在開(kāi)始模擬之前，檢查是否相符：

NoiseConNC4NLNoi^eStarts10-Hz：????NLNoiseStop-10^0kHz-■■■NLNois.eDec^gCarrierFreg=100MHzNoiseConNC4NLNoi^eStarts10-Hz：????NLNoiseStop-10^0kHz-■■■NLNois.eDec^gCarrierFreg=100MHzPhaseNoise=PhasenoisespectrumNoiseNode[1]=VdutMax0rder=4''Freq[1]=1.8GHz?Fr.eq[2]=1.9.GHz.Order[1]=3Order[2]=3'''Ndisecoh[1]="NC1rtN6ise'CohMbdG=yGsF'^1ToneRF_sourceNum^1.Z=50OhmP=pol3i(dbmtoiA<-4O)1O)BPF_fiutteiworthBpFyAmpl汗iei2鑑豐融牆聖爲(wèi)-如呵Apa^SdB'--SH=Pol^.O)--BWstdp^l.OGHz■?S22=polanp.1BO).，Astop=20dB--MixerMIX1SideBand=LOWERlmaTgeRej=??L0ZRej2=.RF_Rej=TermTerm2-■Num=2-Z=50PhmFreq=1.9OHzConvGain=dbpolai(310)Freq=1.9OHzSH^pdlaiitlO.O)°S22=polai^0,180^??□S'Cw^'hNoise?OE7C1□S'Cw^'hNoise?OE7C1-??■Fr&q=1.8Hz.P=dbmtoiA](0)Rou^SOOhmPhaseNoise=lid(10Hz,-1OdB,100Hz,-20dB,1KHz,-30dB.1OKHz.-^OdB)模擬并畫(huà)出響應(yīng)：pnmx和Vouta.插入一個(gè)rectangular繪制pnmx。使用PlotOptions設(shè)定X軸的單位為L(zhǎng)og。插入一個(gè)三角標(biāo)記觀(guān)察頻偏。插入一個(gè)rectangular繪制Vout,單位設(shè)定為dBm,在中頻信號(hào)100MHz處放一個(gè)三角標(biāo)記。輸入功率為一40dBm,加上23dB的功放增口問(wèn)図益和轉(zhuǎn)換增益，輸出為圖中所示的一17dBm?？趩?wèn)図S|rf_sys_phnoise尊[page1]:2FilegditViewInzertH：arkerPageUptionsToolsHelp」|日劇團(tuán)吳|ffl］劉釗圓0|0|愁|創(chuàng)血1岡I3|團(tuán)團(tuán)園庖|團(tuán)k11111111111111111111v±yk11111111111111111111v±yIIII11111II11111LLLLJ|12341H\o口oAb.儲(chǔ)存。你現(xiàn)在已經(jīng)完成了設(shè)計(jì)RF接收器的第一步，在下面的章節(jié)中，你將用電路替換系統(tǒng)模型組件。10?選學(xué)一一SDD(符號(hào)定義元件)仿真SDD允許你對(duì)一個(gè)線(xiàn)性或非線(xiàn)性元件節(jié)點(diǎn)的特性以方程形式說(shuō)明。本步驟中,你將對(duì)一個(gè)3端口SDD輸出端的和與差用一個(gè)簡(jiǎn)單的線(xiàn)性方程來(lái)描述。用命令SaveDesignAs對(duì)當(dāng)前設(shè)計(jì)(fsysy_phnoise)命名為：fsys_sdd。刪除電路中的特性混頻器。c.從EqnbasedNonlinear面板中調(diào)出3portSDD放在原理圖上。在mixer上，負(fù)端與地相連，如下圖所示。在文本框中直接插入光標(biāo)，修改［2,0］值，加入“-_vl*_v3”，即減去混頻端開(kāi)口的RF［_v1］和LO(_v3),保留IF(_v2)電壓值。此時(shí)SDD就是一個(gè)無(wú)轉(zhuǎn)換增益的mixer，在輸出端會(huì)輸出差頻與和頻。對(duì)Vout的頻譜進(jìn)行仿真，繪圖。如下圖所示。

AmplrlifrAMPiS21vdbpolJ<20,1B0>p4h<OJ30>S12OrTQT--_BPf.Bufieiwrtb&PF1FMwbiFlJB*GHzBWp?s^200MHzApJS^-3<16AmplrlifrAMPiS21vdbpolJ<20,1B0>p4h<OJ30>S12OrTQT--_BPf.Bufieiwrtb&PF1FMwbiFlJB*GHzBWp?s^200MHzApJS^-3<16RF_MvectiNun^"1Z"50Ohm/outI3LPf_&wwtLPF1FfUfS-200MHzTtsrnNum"2Z-50OhmOSC1;R?ut*56Ohm-C=5D&3PSDD3P1■R.0bL>2-_*1,_>ip.OI-Q^WOC[1f備注：SDDS行數(shù)字式控制，即_W_v3表示乘積而示是電壓平方運(yùn)算