差分低通滤波器设计.ppt

ADS的初级应用介绍 ADS简介 ADS软件全称为AdvancedDesignSystem 是由美国Agilent公司推出的微波电路和通信系统仿真软件 是当今业界最流行的微波射频电路 通信系统 RFIC设计软件 也是国内高校 科研院所和大型IT公司使用最多的软件之一 其功能非常强大 仿真手段丰富多样 可实现包括时域和频域 数字与模拟 线性与非线性 噪声等多种仿真分析 并可对设计结果进行成品率分析与优化 从而大大提高了复杂电路的设计效率 是非常优秀的微波射频电路 系统信号链路的设计工具 仿真的目的和意义 可以提前对模块 方案和系统的性能进行论证 对目标实现的可行性进行分析 从而避免人力和物力资源的浪费 提高效率 节省资源 ADS的主要应用 射频和微波电路的设计 通信系统的设计 RFIC设计 DSP设计 向量仿真 仿真中要注意的几个问题 1 要有好的软件设计习惯各种文件的命名 电路的布局以及参数的设置和选择 要有合理的设计顺序 仿真中要注意的几个问题 续 2 物理概念要明确 不要在无意义的地方花费时间如按照加工精度 线条太细是不能实现的 追求小数点后N位也是无意义的 注意仿真中使用模型的适用范围 如 小信号模型就不能用来看三阶交调等非线性的曲线 微带仿真的时候 注意L W 软件的模型才是对的 仿真中要注意的几个问题 续 3 注意如何规划仿真 才能尽快得到需要的电路按照先局部后整体的优化原则 切忌直接全局优化 最好能够预先计算设置优化元件的初值 注意仿真数值的稳定性 养成不明的白就看help的习惯 ADS的使用 软件的启动 在开始菜单选择图标 运行后界面如下 ADS软件的启动 启动ADS进入如下界面 创建新的工程文件 创建新的工程文件并命名在下面的下拉菜单中设置长度单位为毫米 创建新的工程文件 续 工程文件创建完毕后主窗口变为下图所示 创建新的工程文件 续 同时原理图设计窗口打开 差分低通滤波器的设计 下图是一个差分低通滤波器的等效电路 其由六个电感和四个电容的对称结构组成 我们以这种结构的滤波器为例 介绍一下设计的过程 等效电路 差分低通滤波器的设计 续 设计指标 通带DC 40MHz 带内衰减小于0 2dB 起伏小于0 1dB 80MHz以上衰减大于50dB 端口输入的电压驻波比小于1 5 在进行设计时 主要是以滤波器的S参数作为优化目标进行优化仿真 S21是传输参数 滤波器通带 阻带的位置以及衰减 起伏全都表现在S21随频率变化曲线的形状上 S11参数是输入 输出端口的电压驻波比 如果电压驻波比过大 就会导致反射损耗增大 生成滤波器的原理图 在原理图设计窗口中选择集总元件的工具栏窗口左侧的工具栏变为右图所示在工具栏中分别选择电感和电容分别放置在绘图区中 选择画线工具将电路连接好 连接好后的电路见下页图 生成滤波器的原理图 续 生成滤波器的原理图 续 为了仿真差分滤波器 我们需要把输入输出端口由平衡模式转换为不平衡模式 在这里放入一个变比为1 1的RF变压器 在元件模型列表窗口选择Simulation S Param的工具栏 在该项面板中选择S parameter模拟控制器 端口Term和电压驻波控件VSWR放置到绘图区中 放入 选择画线工具将电路连接好后的电路见下页图 生成滤波器的原理图 续 S参数仿真电路设置 双击S参数扫描控件 并设置扫描的频率范围和步长 频率范围根据滤波器的指标确定 设置好后单击OK 优化参数的设置 在原理图中我们把电感L1 L2 L5 L6赋值为150nH L3 L4赋值为180nH 双击电容器C1 击活调节 优化按钮 优化参数的设置 续 选择优化选项 使优化状态处于激活 输入优化的最小 最大值 采用同样的方法使C2 C3 C4也处于优化激活状态 优化目标的设置 在原理图设计窗口中选择优化工具栏选择优化设置控件放置在原理图中 双击该控件设置优化方法及优化次数为200 常用的优化方法有Random 随机 Gradient 梯度 等 随机法通常用于大范围搜索 梯度法则用于局部收敛 优化目标的设置 续 选择优化目标控件Goal放置在原理图中 双击该控件设置其参数 Expr是优化目标名称 其中dB S 2 1 表示以dB为单位的S21参数的值 SimlnstanceName是仿真控件名称 这里选择SP1Min和Max是优化目标的最小与最大值 Weight是指优化目标的权重 RangeVar 1 是优化目标所依赖的变量 这里为频率freq RangeMin 1 和RangeMax 1 是上述变量的变化范围 优化目标的设置 续 优化目标的设置 续 这里总共设置了三个优化目标 前二个的优化参数都是S21 用来设定滤波器的通带和阻带的频率范围及衰减情况 这里要求通带衰减小于0 2dB 阻带衰减大于50dB 最后一个的优化参数是S11 用来设定通带内的电压驻波比 这里要求小于1 5 具体数值见下页图 优化目标的设置 续 进行参数优化 设置完优化目标后最好先把原理图存储一下 然后就可以进行参数优化了 点击工具栏中的Simulate按钮就开始进行优化仿真了 在优化过程中会打开一个状态窗口显示优化的结果 见下页图 其中的CurrentEF表示与优化目标的偏差 数值越小表示越接近优化目标 0表示达到了优化目标 下面还列出了各优化变量的值 当优化结束时还会打开图形显示窗口 在一次优化完成后 要点击原理图窗口菜单中的Simulate UpdateOptimizationValues保存优化后的变量值 否则优化后的值将不保存 进行参数优化 续 经过数次优化后 CurrentEf的值为0 即为优化结束 也可以看到当前C1 C2 C3 C4的值以及总的优化时间 观察仿真曲线 优化完成后必须关掉优化控件 才能观察仿真的曲线 方法是点击原理图工具栏中的按钮 然后点击优化控件OPTIM 则控件上打了红叉表示已经被关掉 要想使控件重新开启 只需点击工具栏中的按钮 然后点击要开启的控件 则控件上的红叉消失 功能也重新恢复了 对于原理图上其他的部件 如果想使其关闭或开启 也可以采取同样的方法 关闭优化控件后的原理图 观察仿真曲线 点击工具栏中的Simulate按钮进行仿真 仿真结束后会出现图形显示窗口 观察仿真曲线 续 点击图形显示窗口左侧工具栏中的按钮 放置一个方框到图形窗口中 这时会弹出一个设置窗口 见下页图 在窗口左侧的列表里选择S 2 1 即S21参数 点击Add按钮会弹出一个窗口设置单位 这里选择dB 点击两次OK后 图形窗口中显示出S21随频率变化的曲线 用同样的方法加入S11的曲线 为了准确读出曲线上的值 可以添加Marker 方法是点击菜单中的Marker New 出现InstertMarker的窗口 接着点击要添加Marker的曲线 曲线上出现一个倒三角标志 点击拖动此标志 可以看到曲线上各点的数值 选择仿真曲线参数及其单位 观察仿真曲线 观察仿真曲线 续 观察S21和S11曲线是否满足指标要求 如果已经达到指标要求 该仿真过程也就结束 否则可以通过改变优化目标 优化变量的取值范围 优化方法以及优化次数进行适当的调整 ADS使用小结 以上介绍了使用ADS进行微带电路设计的一