实验滤波器设计指导瞬态和矩量法仿真

1、实验六、滤波器：设计指导、瞬态和矩量法仿真概述这节将说明在ADS中创建滤波器和使用瞬态仿真器的基本操作。设计指导 是用来构建一个集总元件滤波器，矩量法（Momentum）是用来测试微带滤波器任务运用设计指导构建一个200MHz中频低通集总参数滤波器构建一个1.9GHz射频带通微带滤波器在微带滤波器中完成瞬态分析用矩量法（Momentum）仿真微带滤波器选学一一DAC （数据通路元件）练习目录1. 改变项目，开始运行设计指导 962. 放入一个LPF （低通滤波器）Smart元件并设计滤波器 973. 1.9GHz微带带通滤波器994. 在微带滤波器中的瞬态分析 1015. 在电路版图（layo

2、ut）中进行矩量法（Momentum）仿真 1046. 选作：数据通路元件（Data Access Component）的阻抗响应 110步骤1 .改变项目开始运行设计指导。以下步骤将说明一个设计指导怎样既快速又准确地生产一个滤波器。其方法与E-syn类似，但对期望的响应和拓扑结构有更多的选择和更强的控制。a.进入ADS主窗口，然后点击 File>open Project。b.如果你被提示保存所有你当前的文档，选才? Yes to All,然后打开你先前的任务system_pjc.新建一名为filter_lpf的原理图。d.确认该原理图是日前你的屏幕上唯一打开的原理图。现在我们将通过以

3、下三个步骤开始该过程。hnplifiarFilter点击命令 DesignGuide>Filter。耳山Linear iz at ion 啮Freq Multipli ers md I):vidersMinersD e ei 13. at nrFs>iv4 口;rail FLLM System出现对话框后，选才F Filter Control Window并点击OK。然后找到新 窗口 Filter DesignGuide。在下一步，你从面板放入一个 smart元件 之后该窗口将被激活。在滤波器设计指导控制窗口中点击Component Palette All图标（如xia下图所示）。

4、在你的原理图窗口中会立即出现元件面板。现在你就可以放入smart元件了。liter kni片口till 也N，i “ 如八始1 I 指导拴制前口 p . 由;卓击诚神*C3rhr-B «l i > I j Irilj |di t口mt 4 U«ni If*la*.3 坳 fi*-I心百剑 I司网til + I嗣理鬼pa母&恒2 .放入一个LPF （低通滤波器）Smart元件并设计滤波器。a.在即时（prompt）对话框出现后，在Filter DG （DesignGuide）面板中选 择 low-pass filter DT （dual terminated双终

5、端）并点击 OK。然后在原理图中放入元件。按ESC键来结束命令。1.点击,OK"D««UiGiASHna<aTVowrii pAJi wciKvtvrt.r m * iwp -(X 1Cdb.把滤波器设计指导窗口放到原理图旁边，激活后点击Filter Assistant标签栏。如下图所示的操作可将其激活。然后即可进行详细操作了。c.在滤波器设计指导窗口（如图所示），输入以下三个滤波器的详细特性 参数。（波纹）Ap（dB）=0.1 （通带）Fp=0.2GHz（阻带）Fs=1.2GHzd.设置好滤波器的响应后，点击Redraw看响应曲线的改变，这是一个巴特沃斯响

6、应为系统的中频输出提供一个集总参数滤波器。lesponseTvpeM aKiTtaly PlaF |o-、PJ1 a谈派候器在库中可用oLTHMW 中 尊hrhMuge.点击Design按钮，用以设计滤波器。f.在你的原理图上，Smart元件具有你所要求滤波器的特性，而且滤波器 电路已经创建好了。进入（push out） DT元件来检验电路。然后，而跳 回到上层电路（pop out）,如图所示H5B T Eite JufGHZFa-1.3 GHz AM t 而xAs-20 g “ '- N-3-Res«cn&eT邛隙痴皿虐*¥ FWla hilr<.o

7、rC-Mrrikw induc.lmce 4 RgflChfiB ra=5d otwn ' ，. “蹴wRe京闻ig25g.进入Simulation Assistant（仿真辅助）。设置扫描从0Hz到1.3GHz,步 长为10MHz ,然后点击Simulate按钮查看结果：一个模版会运行S参数 仿真并显示结果。（A到B）和工作情况表，它会比较输入参数和结果一一 -20dB阻带在800MHz处，这已经能满足我们的系统要求。Loub 口Low pass HtEt匚记#7户耳上1段加工Fisf二、!£邛沁曲13 PamKB：jr;,'srlfenTanKi花fk|上.直X

8、M01 jEdx知EH.心力JTJEj正回&t甚广如.口 MHz3DDX>M-lzJ. IDA.iar IMlF£11 RE：83 WLH咻 iM可：MH, |神Ua«fl-tann IDE 4,PB R1 Jr -uh Fwdri遢匚口 瓶 blM WU3 V：般hhS E 第 gr DeviatKDn n Passband 招I叫蹲)。加f(ri 1"产 5pw f Tcij-ncy 就空<肃uF- =r叼ar.Fff：咏眸M出的怔 悔M A P& 3m Vs 却匕为耻 a * 50 Sdgr441 r H&3K4- 廿H

9、Ill4- JC 蓼-： UM： JflriJSl一心rjLintu-育；卜中伯口口wpn,学揖口口限“ Tfcq二匚口丁.七二Er： L：-n«-c：-!：ro.!3:r二匚二:r 3 ;：.： 1i:-z»rD>p5 /、足科4归 r-H ir "l :<|惚>:中*"1>: rf工中匚一寸"!同i.检验完数据后，使用ADS主窗口命令File>Close all来保存和关闭所有 的窗口。在后面的课程中我们还将用到这个滤波器。下一步，我们将构 建输入滤波器。3 . 1.9GHz微带带通滤波器。在以下几个步骤，你将

10、运用ADS电路仿真器构造和仿真一个耦合微带线滤 波器。其后，你将用它生成版图（layout）并运用矩量法（Momentum）仿真。 这一步只是简要展示在一例子中矩量法（Momentum）是怎样工作的。a.新建一个原理图，命名为filter_1900.b.如右图所示，从TLines-Microstrip面板中放入一个 MCFIL。因为两端元 件是对称的（CLin1和CLin2）,通过键入 W、S和L参数（见图示） 或通过第一个耦合节再拷贝它，这样可以省时间。然后，插入一个中间 耦合节（CLin3）并输入它的值。c.在两终端插入端口连接器，如图所示过两个耦皆戮杼同a «1i ibmSti

11、b 广W-74mi| $13mlL<?7 SindCunJS=1l 由 nilI-51(-Lireq=ii socniii dai317sl j 六-1 上1口I 1 I 1 I 11：0 匕KCFL a.m2VV.741rg 34TL至Wgrr«d.从微市面板中，插入 MSUB （substance definition基片止义参数），如图所示。如没有其它设置要求，将使用默认的基片参数。M&LBMSublH=lODmlEr-0.GMir=1Con*1 0E+5DHu-3 034 milTOnnillanD=0Roijgh=0 mil注意：在滤波器S21响应中一滤波器的

12、S参数仿真（S-21）是作为参考显 示在这里的，此时不需要用 S参数仿真器来仿真。e.在原理图中，点击File>Design Parameters当对话框出现后，选择 ADS内 建带通滤波器符号；SYM BPF并点击OK。e.再次保存设计图以保证所有的设置都保存了。该滤波器将在以下的步骤 中和以后最终的系统设计中使用。MSilb<O-Pon PANumRl在MCF1LCLiniW*7 4 null rrilL-62T.8 Fil JHMCFLCLifilMGUBH=IO.Ovr«<Ef $ MurM Cong 醛 HO HiQjf UM mlT*O*iTanDMOH

13、ough 二。milw«9 e mi立iig eNL- mMCFL cumW-7J milS=3.4 riL-6i2T 8 El保存性计目呢Tig将在后面的意统出广牛蛹.O Pori P2 Num =24 .在微带滤波器中的瞬态分析a.用一个新的名称 巾lter_trans保存原理图（巾lter_1900）。b.通过删除（deleting）端口连接点修改原理图，如下图所示。c.从Source-Time Domain （时域源）面板中选取 VtSine作为输入（确保接 地）。作瞬态分析时推荐使用时域源。d.在输入和输出端插入一个50Q的电阻，并通过它接地 e.标注Vin和Vout点（如

14、图），电路图应该与下图相似。RR1R®S0 Ohm帕曲H=iO.Ornii Er=S56 VLr 二 1 Oond=1.0E<O 心33酎04同 T-0 rril TanO-O feugh-D miSRC1I Vdc=D V Anpltiude=1 V Freq=1.9 JMz LieigPS5 am 即 X FFR$e»0o-MCFILCLr1 SU33l-!,MDub1W7.4 milS-3.4 «niLT2TE mil 1 .WCFLCL2Sut>W-*3肝W=9a6 利与LsEld 8 mlMCFILCLinzR2R-5£l AimV

15、W# Til S-3 4HI L=527.3nilf. 从 Simulation-Transient面板中，调入 Transient simulation controller （瞬 态仿真控制器），并如图所示设置Stop Time（停止时间）的MaxTimeStep（最大时间步长）。仿真将从时间0 （默认）开始经过15个输入信号周 期（8ns）后停止。另外，时间步长将以最高频信号成份的两倍速率（Nyquist 定律）来取样，此处显示的是第15次皆波。大占 TRANSIENT ITranTraniStcpTime=l 5/（1900e6MaxlimeStep=V（2*15*1900e6）g.仿

16、真并在仿真以后，插入一个Vin和Vout的矩形图，对每条轨迹进行编 辑（Trace（ Options）,然后 Place symbol at data （为数据添加符号）这 将显示发生在仿真中的时间点。h.5 8 5& e.C 匕 1 62 6 i 64 6.5 C6 &? b 3tiime rsec放大（Zoom） 5ns后的平面图，把 Markers （标记）放在 Vin和Vout的 峰值处，如图所示。写一个方程式（如下图）来计算通过滤波器的延迟：Marker-difference。运用indep函数会计算标记之间在x轴上的差（独立变量=time）。Eqnmarker_di

17、fference = indep （m2） - indep （ml）插入一个Marker_vol的列表并且运用曲线选项（Plot Options）去掉独立数 据（如图）。其位程序开始以后通过滤波器的延迟。根据你需要，放 大观察和放置 Marker的地方，所得值有细微的差别。如下图，通过该 滤波器的延迟是44Psmarker_difference4.386E-10k .保存原理图但不要关闭。保存和关闭数据显示。下面将用矩量法 (Momentum)对滤波器仿真。5 .在电路版图中进行矩量法(Momentum)仿真关于矩量法(Momentum )课程备注一如果你希望在后面学习矩量法(Momentum

18、)课程，你可先跳过这一步骤进入下一个实验或选学的DAC练习。a.用新的名称filter_mon保存巾lter_trans。Jtiif-iilo* 中击，也1叱 D-S3眦工必斗叱£*士Lman£1初 臂 匚善 Prflf-TaElsoPort iP1Frii Cdrjp«F-Wkt 。工iti蟠b.通过点击原理图窗口命令：Layout>Generate/Update Layout 把 filter_mon 从原理图转化到电路版图。一L .IlDI iEl|«a VSk BtL. N : Jb 通也gqs2LDi C切卜旭c.当下一个对话框出现时，确

19、保开始元件是P1(从原理图来白端口连接1), 这样从左到右电路版图才能正确形成。点击 OK,你将看到另一个对话 框，它显示电路版图窗日中产生的所有元件。注 意：没有MSUB,将只是5个元件而不是6个，它们都是对的。d.当电路版图打开时，检验你是否得到三节耦合线和两个端口。如果此时你放大一个端口（如图），你将看到它连接到金属的边缘。对于Momentum解决方法，并不需要将端口连接在线的中间一只需接在两头即可。当电 路版图生成后，矩量法端口能被插入布线图。e.下一步是在Momentum定义基片参数。为完成该步骤，使用如图所示的版图命令改变原理图 MSUB 定义：Momentum>substr

20、ate>update FromSchematicf.现在在矩量法中验证定义的10mil基片(substrate)。点击Momentum>Substrate>Create/Modify在对话框中你将看至U MSUB 的值。 如果这些设置正确，点击 OK。g.你也可以查看一 Metallization Layers标签，通过它们可以看到在版图中层是怎样 被标识的：cond是金属带层。但是不要再作任何改变。L/r Majppn55鼠i厘日IL的口:；Oriap ?ec 35为Czea-t =/口d Suba-t r al e: 21SdVeLit i&tw Lay-r-E

21、toOizati jkel Lqysrs " iHrTl 耳 力产时 h产I to E灯 Ai r 他ip -l| 3匕I 匕 &n nbfld ( p(Ee二昌it足d lrir| 口的 a |心 W / !xJtli=!le ape-Rar a privcl ttwl 031dml口 ihv iimuliitf igroiK 刖论m*申Heth.仿真前，关闭 Momentum的边缘网格功能可以更快得到结果。点击：Momentum>Mesh>Setup.当对话框出现后，注意到有许多关于网格的功能设置。但是现在，关闭边缘网格（不要勾上复选框），然后点击OK在矩量法

22、（Momentum）分析过程的备注一步骤的顺序：计算基片参数定义 （格林函数），创建网格或栅格图（mesh or grid patten）,然后仿真。i.点击Momentum>Simulation>S-parameters用以仿真。对话框出现后，如图 输入扫描，从1GHz到3GHz扫描共有201个扫描点。点击Update,它将在频率计划（Frequency Pla。中出现。然后点击Simulate按键，询问对 话框出现后点击Yes查看状态窗口，适合的扫描类型是默认的，并且通过 求解被选择的点，其适合曲线算法将运行电磁（EM）。Cantxcil:2j.当ADS数据显示打开后，注意到

23、Momentum模板看上去与ADS有点少 许不同一这是正确的。放大 S21平面图。如图所示一样，期望的响应与你 从电路仿真器所得到的很相似，由于求解模式的不同又具有许多的不同之 处。同样，放大（zoom）可看到网格（mesh patten）Frequencyk.下一步，沿着滤波器画一个简单粗略的矩形（图标如下所示）。矩形大约 2000mils长，60或70mils宽。画矩形时，注意如图所示光标从（X , Y）=（0 , 0）开始画。同样，你可以测量对象，方法是用光标点击版图并观察值的 变化。这一步的目的是说明 Momentum能分析滤波器与矩形（金属）的耦 合。在此末端，滤波器与矩形的距离约为

24、lomils； L：约2000mils长或比滤波器稍长；点击并移动鼠标，观察窗日底部（如左图所示）的变化，或 者通过以下方式测量对象：Insert>Measure并点击要测量的两点。TOmils I口在此未如蝴器胃同加距 图约为'|闹三.I插入哪|Lt切为匚（Oil亚或LL滤澳器悠长.耳件够工 使用命，.巾。:Y；-'，饪J二川、并点击要也立:的两个点,幅 FFf'HU| 张星 f I Cundii?司 ti斗k. |SlWi4插入蒋书C3DBl .当矩形画在版图附近后，运行另一个Momentum仿真，点击 Momentum>Simulation> S

25、-parameters当对话框出现后，简单改变数据组 名称如图为filter_mom_strip ,然后点击Apply （应用）和Simulate。m.这个仿真可能花费的时间比较久（几分钟），因为现在有更多的未知网格 单元需估计，因此需要更多的计算时间。当数据显示出现后，你能看到它 的响应在通带附近或边缘有一谐振， 其位置依赖于你设置的矩形的尺寸及位置。这是一种只有矩量法才具有的仿真。观察 S21结果然后关闭版图和 数据显示。不需要保存此设计。rmlfreq=2,017GHsd3(tilter_niQm_stnp_l_a S(2,l)=-39.7&4由干蛆型於治耦合效 /应,在2.0”

26、G也处产-|iI-r-i|iIi_Ii-I11.52.02530柱 了窄谐振峰.Frequsncn.你现在有两个滤波器，它们在以后的RF系统中将被用到。它们是：1)filter_lpf 这是先前建立的 200MHz低通滤波器。2) filter_1900我们 己经运用瞬态仿真器和矩量法(Momentum)对这种微带耦合装滤波器进行 了仿真。现在可关闭和保存所有设计和窗口。6 .选作一数据通路元件的阻抗响应一个DAC元件是一个基于文件的元件。它包含不同的数据格式，有的来自 测量、表格数据或其他 ADS能识别的有效文件类型的数据。在本步骤中，你将 创建一个有在一定频率范围内变化的复数阻抗值的简单文

27、件。记住 DAC能用于 创建如下模型：频率敏感性阻抗，变容管，步长函数(step function),源比特序 歹!J (bit sequences for sourceS, 时域序歹!J (time domain sequences 等。许多时候 用文件比用一个长方程或在原理图上列表更为有效。总的来说，DAC工作就是这样：它是一个在数据目录中指向一个文件的元件。在这个例子中，你创建一个文件，它被用于ADS元件阻抗参数一仿真器很容易读取这个文件。a.打开一个新的原理图，命名为：Z_DAC。b.参照如下原理图：先 从Simulation-S_Param面板放入一个接地终端 (Term)。然后，放

28、入Eqn Based linear®板中基于方程线性端口的 Z1P_Eqn(Zlport)。然后放入一个S参数控制器和一个从数据项目(Date items)面板 中取出的处于默认状态的 DAC (状态未设定)。 PARAMETERSS Pa/mSP1SLlrt=10 M也Stop*200 MH?Step=10MHzTwfn ：- TermlZ-50<XvnZ11 11-DataAccess C ornponernDAC1File-Type=D<$cre<elnlerpMGrte-lhd&)f LookupInleijDDiTRectangu.irEstrap

29、Mode" InierpolatKXi Mode iVar1»IVaH=c.按一个低通滤波器的方式设置 S参数仿真：如图所示以10MHz为步长从10MHz至ij20OMHz,然后再次保存原理图。d.在Windows操作系统中，从开始 >所有程序附件中打开 Windows自带的 记事本（Notepad）。如果记事木是ADS默认文本编辑器，则可以用 ADS 主窗口命令（Options>T'ext Editor）打开。，无标题-三节本国亘区IDAC文本文件的备注：你不能使用格式如写字板 （Wordpad）的程序，记 事本（Notepad）!可以的。e.写一个m

30、df文件（多维数据文件）（如图），保存在数据（DATA）目录中,命名为 z_dac.mdf。a_dac. *±E -记事4, | _I X |文件(EJ彝辑医格式IK 吾看。耙时QDBEGIN HV 0口 1而号 req(real) my_z(complexJ 10 201肿户1H UM12&7 200 CQpg丁 占日ENOmdf格式文件的备注：如果文件是以.txt格式保存的，需要时运用Windows 文件浏览器改变其名称。在文件中第一列中是4个频率点，第二列和第三列是每个频点阻抗的实部和虚部。f.在原理图上，编辑S参数控制器。在Parameter标签栏中，设置计算z参 数而不是S参数。在Display标签栏中，检查扫频变量（Sweep Var）,开始（Start）、截止（Stop）、步长（Step）等，并设置它们如下面所示，以10MHz为步长扫描频率从10MHz到200MHz。你将得到所有频