ADS-电路包络仿真

电路包络仿真 概概 述述 这节主要讲述了电路包络 Circuit Envelop 仿真的基础 针对输入信号是脉冲 或诸如 GSM CDMA 调制信号 对输出信号作时域和频域仿真 任任 务务 运用一个特性放大器 设置电路包络与仿真 试验仿真参数 测试失真 使用解调元件和方程 仿真具有 GSM 信号的 1900MHz 放大器 作出载波和基带信号数据图形 在频域和时域对数据组进行操作 目目 录录 1 创建一个 PtRF 源和特性放大器 behavioral Amp 133 2 设置包络仿真控制器 133 3 仿真并作出时域响应图 134 4 在特性放大器中加入失真 135 5 设置一个解调器和一个 G S M 源 137 6 设置带变量的包络仿真 138 7 仿真并对解调结果作图 138 8 用一个滤波器对相位失真进行仿真 139 9 仿真并作出输入和输出调制曲线 140 10 对具有 GSM 的 amp 1900 源进行仿真 140 11 作出 GSM 信号数据和频谱 图 141 12 选作 信道功率计算 145 步步 骤骤 1 创建一个 PtRF 源和特性放大器 behavioral Amp a 在 amp 1900 任务中 新建一原理图并以 ckt env basic 命名 用下面的 步骤建立一个电路图 如一下图所示 b 从 system Amp Mixers 面板中 调出一个特性放大器 Amplifier 如 下图设置 S 参数 S21 l0dB 其相位为 0 度 dB 和相位用逗号分开 S11 和 S22 是 50dB 回波损失或失配衰减 和 0 度相位 最后 S12 也 被设置为 0 表明没有反向泄漏 reverse leakage 确保对 S21 S 11 和 S22 使用 dbpolar 函数 如下图所示 备注备注 dbpolar 函数是一个把幅度以 dB 和极化角为度表示的复数转换成 用实部和虚部表示复数的函数 c 插入一个 PtRF Pulse 己调制源 并设置功率为 P dbmtow 0 和 Freq 900MHz 同时 编辑下列设置并确保每一个设置的 display 框都打 了勾 OffRatio 超比率 超比率 0 Delay 时延 时延 0ns Rise time 上升时 上升时 间 间 5ns Fall time 下降时间 下降时间 10 ns Pulse Width 脉冲宽度 脉冲宽度 30 ns 和和 Period 周期 周期 100 ns d 插入一个 50 电阻 其节点名 接地和导线如上图所示 2 设置包络仿真控制器 设置包络仿真控制器 a 插入一个控制器并设置计算频率为 900MHz Order l 随后 你将加入 失真和增加次数 order b 设置 stop 50 ns 这个时间完全满足看到整个脉冲宽度 包括上升 下降 时间和延迟 c 设置 step l ns 这就表明信号每 lns 就进行一次抽样 所以总共有 51 个 数据采样点 3 仿真并作出时域响应图仿真并作出时域响应图 a 仿真并查看状态窗口 你可看到程序在每个时间间隔都要计算一次直到 50ns 得到最后一个结果 数据显示打开以后 在矩形图中作出 Vin 和 Vout 使其作为时域中载波的幅度 b 同时 用 Advanced 按钮加入第二条轨迹并键入表达式 ts Vout 这将 形成一个复合波形 在另外两个轨迹中 索引 1 给出了 900MHz 载波 的幅度 c 放两个 Marker 标记 在图中 验证上升时间为 5 ns d 在一个单独的图中 再加入 Vout 时域 的幅度 现在 编辑图形 选 择需要的轨迹并用 Trace Option 去掉索引 1 使其表达式为 mag Vout 同时 用 Plot Options 关闭 X 轴自动刻度功能 X axis Auto Scale 对 中间的轨迹 设置 X 轴范围从 600MHz 到 1200MHz 如下图所示 通过 去掉索引值 你可以得到频域中基波的幅度 增长箭头代表在上升时间 5 ns 内脉冲载波增长的幅度 e 下一步骤 插入一个列表 list 当对话框出现时 按 Advanced 按钮并 输入表达式 what Vout 点击 OK 后你将看到对于 Vout 的依从属性 其目的是为了表明在电路包络数据中存在时域和频域两种形式 两个频 率 0 dc 和 900MHz 有 51 个时间点 矩阵尺寸 Matrix Size 为 1 1 矩 阵 ADS 称为标量 为参考 且数据是复数 900IMHz 的幅度和相位 同时 mix 表格包含了所有数据 请试一试调入 Mix 表格并禁用表格格 式来看其结果 f 回到前面 设置时间间隔为 10ns 并仿真 现在 观察你的曲线在低于取 样时发生的变化 当时间间隔大于上升时间 你得到的载波并不是正常 的包络 在图上 X 轴范围已经变大 同时 Marker 位于 0 和 10 ns 两点 4 在特性放大器中加入失真 在特性放大器中加入失真 a 编辑放大器 设置增益压缩功率 Gain CompressionPower 5 单位默 认为 dBm 增益压缩 GainCompression 1dB 这些值仅仅用来表明这 些设置起的作用 请确保这些设置处于显示状态 b 设置 CE 电路包络 控制器的 Order 5 并保持时间隔为 10 ns 同时设 置源的输入功率为 l0dBm dBmtow 10 c 仿真并察看数据 如果自动图形范围调整功能 autoscalar 打开 时域图 将被调整 在频域图上 设置 x 轴回到原来的自动刻度并如图放置 Marker 在放置点由于放大器失真产生很大的奇次谐波 异相求和一 summing out of phase 在包络振幅里 这个值比 Vin 或 Vout 的幅度 小 同时 因为取样很粗糙 包络形状不是很精确 d 设置时间间隔为 1 ns 并再次仿真 刷新后 图形展示了正确的包络 但 是 Vin 和 Vout 仍旧比包络幅度大 这是由于压缩的原因 为了证实这点 插入一个 Vout 的列表并且禁用 Suppress Table Format 然后下拉滚动 条至 5 ns 数据处 现在 你能看到 3 次谐波相位相差 180 使得包络幅 度小于基频幅度 5 设置一个解调器和一个 设置一个解调器和一个 GSM 源源 关于 GSM 调制 这是一种载波 典型值为 900MHz 的相位调制 在这儿 相位的变化表示为 1 或 0 a 从 Source Modulated 调制源 面板中 调出一个 GSM 源并在 B 点输出 端输入管脚标注 节点名 bit out 如下图所示 它看上去似乎没有连接 好 但这是正确的 同时 设置源 F0 900M 且 Power dbtow 10 同 时 去掉压缩 GainCompPower Blank b 进入 System Mod Demod 面板并在原理图上放入两个解调器 demodulators FM DemodTuned 如下图所示 设置两个解调器的 Fnom 为 90OMHz 同时对每个输出端进行标注 fm demod in 和 fm demod out 如下图所示 这些将用来观察被解调的 GSM 信号 基带 关于解调器的备注 在这个例子中你可以用相位解调器 但是使用调 频解调器会更容易 如果设计解调器 可以运用这种典型的设计来测试电 路 另外 可以参照 Example 目录中的 modulator demodulator 调制 解 调器 仿真的例子 6 设置带变量的包络仿真 设置带变量的包络仿真 a 在原理图中插入一个 VAR 变量 方程并设置 stop 和 step 时间 调制带 宽 BW 大约为 270KHz 如下图所示 其中变量 t stop 设置为大约 l00 s 用 BW 值作为分母很方便但并非必须 取样率 t step 为 BW 的 5 倍 同时请注意 ADS 默认的包络时间单元 秒 不是特定的 7 仿真并对解调结果作图 仿真并对解调结果作图 a 以数据组名 ckt env demod 仿真 b 你前面的图并未建立显示该数据的设置 因此 可在同一个数据显示的 独立的图中用一个新的数据组名来保存数据 作出两个 FM 节点的图 作为时域基带信号 Baseband signal in the time domain 这些轨迹将是 实数 索引值为 0 解调器只有在基带 类似 dc 元件 才输出信号 请注意因为没有失真所以两条曲线是一样的 c 在一个独立图表中 作出 bits out 的实部 除了一些延迟 你应该看到 001101010010 的样式图 8 用一个滤波器对相位失真进行仿真 用一个滤波器对相位失真进行仿真 a 在放大器中 设置 GainCompPower 增益压缩功率 为 5 即放大器输出 功率为 5dBm 同时设置 GainComp 1dB b 确认 GSM 源功率设置为 l0dBm c 在放大器和源之间插入一个 Butterworth 巴特沃斯 带通滤波器 如下图 所示 这样因为只有窄带信号能通过放大器 所以这将造成一些失真 同 时所有信号都能通过第一个解调器 d 改变 t step 为 270KHz 带宽的 10 倍 t step l 10 270e3 e 改变 t step 分子为 50 200us t stop 50 270e3 9 仿真并作出输入和输出调制曲线 仿真并作出输入和输出调制曲线 你的图形应该显示与下图相似的从输入到输出的失真和时延 10 对具有 对具有 GSM 的的 amp 1900 源进行仿真源进行仿真 a 打开先前的原理图设计 hb 2Tone 并以一个新的名称 ckt env gsm 保 存 b 删除以前所有的仿真控制器 变量等 通过以下方式修改原理图 1 插入一个 Envelopeconroller 包络控制器 2 插入一个 PtRF GSM 源 3 按 下图创建 VAR 仿真元件和变量与最近一次包络设计相似 因此 你可 以在原理图上用 Edit Copy Past 创拷贝 粘贴 命令完成 同时确保 bit out 节点在 GSM 源上 关于 CE 电路包络 值设置的备注 在本次仿真中 200us 的 t stop 是 前一次仿真的两倍 将给出一个更好的频谱分辨结果 将 t step 设置为带 宽 BW 270 833KHz 的整数倍 总的来说 这样设置并不是必需的 但这可以让你对频率的相位有一个准确的计算 同时 CE 的开始时间 start time 的默认值都是 0 秒 这个一般不要改动 如要查看该设置 用 Display 栏并打开 Start c 检查你的设置 然后仿真并查看状态窗口 11 作出 作出 GSM 信号数据和频谱图信号数据和频谱图 a 在数据显示中 插入一个 Vout 列表 同时用 Plot Options 设置 Engineering 的格式并勾上 Transpose Data 如右图所示 现在 你可以看 到在每个时间间隔 C E 计算每个频点的值 滚动 Scroll 到最后你可以在 最后一个 t stop 时间点看到最后一个点的值 b 用 Kaiser 窗口作出 Vout 的 dBm 载波频谱数据图 放置两个 Marker 在 GSM 带宽 大约 270kHz 两边来测量 Bw 这是中心频率附近的输出频 谱 Kaiser 窗口将保证每一个和最后一个时间数据点为 0 这会改善所计 算频谱的动态范围 同时一降低噪声基底 关于混频器的 CE 的备注 通过对话框在缺省状态下 Kaiser 窗观察频 谱数据 它假设载波索引值是 1 但是对于一个混频器 你需要编辑轨 迹并用正确的索引值代替 1 正确的索引值来自于你的 IF 或 RF 频率的 Mix 表 c 在 Vout 图中 插入 Vin 相同的数据格式类型 并用 Markers 来验证增 益是否大约为 35dB 这和以前用理想的 Gummel Poon 模型对 amp 1900 仿真的结果相符合 d 插入另外的两个图 一个包括所有时间点的 Vout 1 和一个时域 Vout 幅 度的矩形图 如下图所示 正如你所看到的 两个图的振幅幅度大小没 有什么变化 对于 GSM 来说 这说明因为 GSM 是相位调制 放大器对 于基带只增加很小或是没有失真 e 再插入另外两个图 一个是 Vout 的相位 这是为了看清在 200 ns 内相 位的变化 注意到相位圆的 y 轴是从 0 到土 180 类似一个网络分析仪 同时 插入一个 bits out 数据图 这些是从源出来的一些原始数据 下面 的步骤中 你将操作这些数据并得出两者之间的关系 f 一个方程能对数据解调 如图所示在 baseband 方程中 unwrap 函数的功 能是从绝对相位中去掉士 180 度的转化格式 diff 函数将区分展开的 unwrapped 倾斜度 除以 360 将以 Hz 表示数值 这个解调输出是必要的 写出方程并作出如下图形 g 在基带 based band 图中 加入一条时域的 bit out 曲线 它将在 0 附近 除非你编辑曲线 edit the trace 如下图所示 进入 Plot Axes 栏并对这 条新曲线选择 RightY axis y 轴在右侧 h 下一步 在 Plot Options 中 去掉白动刻度并重置右边 y 轴从 1 25 到 1 25 最后 在图上 X 轴上直接键入光标并输入 10us 然后回车来产生 10us 的延迟 如下图所示 10us 的移动是通过放大器产生的延迟 现 在 你应该对输入到输出基带有一个完全的比较了 关于数据的备注 你可以划线表示基带信