实验一 电路模拟基础

实验一、电路模拟基础

概 要

该实验包括用户基础界面，ADS文件的创建过程包括建立原理图、仿真控件、仿真、和数据显示等部分的内容。该实验还包括调谐与谐波平衡法仿真的一个简单例子。 目 标 ? ? ? ? ? ? ?

建立一个新的项目和原理图设计 设置并执行S参数模拟 显示模拟数据和储存

在模拟过程中调整电路参数 使用例子文件和节点名称 执行一个谐波平衡模拟 在数据显示区写一个等式

步骤

1.运行ADS

随后，很快出现ADS主菜单。

图三、ADS主菜单

如果，你是第一次打开ADS，在打开主菜单之前还会出现下面的对话框。询问使用者希望做什么。

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图四、询问询问使用者希望做什么的对话框

其中有创建新项目（Create a new project）；打开一个已经存在的项目（Open a existing project）；打开最近创建的项目（Open a recently used project）和打开例子项目（Open an example project）四个选项。你可以根据需要打开始当的选项。同样，在主菜单中也有相同功能的选项。如果，你在下次打开主菜单之前不出现该对话框，你可以在“Don’t display this dialog box again”选项前面的方框内打勾。 2.建立新项目

a． 在主窗口，通过点击下拉菜单“File→New Project…”创建新项目。

图五、创建新项目对话框

其中，项目的名称的安装目录为ADS项目缺省目录对应的文件夹。（一般安装时缺省目录是C:\%user\\default，你可以修改，但是注意不能用中文名称或放到中文名称的目录中，因为那样在模拟时会引起错误）。在项目名称栏输入项目名称“lab1”。

对话框下面的项目技术文件主要用于设定单位。在微带线布局时有用，我们选择mil。

b．点击OK，此时出现电路原理图向导。

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图六、创建子电路和仿真向导界面

这里有三个选项，一个是创建子电路向导、一个是仿真向导、另外一个是不使用向导。如果，使用向导创建子电路或仿真，你需要按要求给定端口或其它数据。最后点击“Finish”。如果你选择不使用向导。点击“Finish”,就会出现原理图设计窗口。

图七、原理图设计窗口

使用该窗口就可以进行原理图设计或仿真。但需注意此时该原理图设计还没有命名。它使用默认的设计名“untitled1”作为该设计的名字。

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3.检查你的新项目内的文件

a． 在ADS主窗口查看左边的文件浏览窗口。目前显示你在lab1项目内。 b． 在主窗口，双击networks目录,目前里面没有原理图文件。

图八、ADS主窗口

4.建立一个低通滤波器设计

a． 在主窗口，点击New Schematic Window图标打开的原理图窗口。

，也可以使用刚才自动

b． 在原理图设计窗口点击图标，储存原理图。取名LPF1。此时在ADS主窗口network目录中会出现LPF1.dsn文件。

c． 在元件模型列表窗口中选择Lumped－Components（集总参数元件）项。示意图如下

图九、元件库示意图

d． 从该选项左边面板中选择电容图标。然后，在电路图设计窗口放置电容并用键把电容旋转成竖直状态（见图十）。

e．然后用类似的方法在电路图设计窗口放入电感，利用快捷键，把电容器的一端接地。利用快捷键，用线把他们连起来。

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图十、放置电容 图十一、放置电感并把元件连接起来

f． 在元件库列表窗口选择Simulation－S_Param项，在该项面板中选择S－parameter模拟控制器（象个齿轮）和端口Term放到图上。

图十二、放置仿真控件和终端

用ESC结束放置元件和仿真控件命令。并使用图标数如下图所示：

调整这些元件的参

5.设置S参数模拟

图十三、调整后的电路参数

a． 双击齿轮状S参数控件标记，打开S参数控件配置窗口，把Step－size改成0.5GHz，选择ok。

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图十四、修改仿真控件的步长

b． 在上面的窗口点击display标签，会显示所有可以显示在原理图中所有的仿真控件控制量。

6.开始模拟并显示数据

图十五、显示仿真控件控制量

a． 点击原理图窗口上方的Simulate图标，开始模拟。 b． 然后就会弹出状态窗口，显示仿真状态的相关信息

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图十六、仿真计算状态窗口

c． 仿真完成以后，如果没有错误，就会自动出现数据显示窗口（见下图），

可以看到数据显示窗口左上方的名称为LPF1。

图十七、数据显示窗口

如果，LPF1右上角有“*”代表该数据还没有储存。 在这个窗口中可以把计算结果以表格、圆图或等式的形式显示仿真结果的数据。

d． 点击Rectangular Plot图标，把一个方框放到数据显示窗口中去，会自动弹出对话框，选择要显示的S（2，1）参数，点击Add按钮，选择dB为单位，点击Ok。

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图十八、选择显示图形的窗口

e． 然后就会显示一个合理的低通滤波器响应。(实验报告)

f． 点击Marker>New，可以把一个三角标志放在图上，可以用键盘和鼠标控制它的位置。(实验报告)

7.储存数据窗口

a． 储存的缺省名称为LPF1，扩展名为.dds，该文件会储存在项目文件夹的根目录中，而数据文件，即所有的.ds文件和数据设定，会储存在data子目录中。

图二十、储存数据

b． 保存数据并关闭上述窗口后，再通过点击原理图窗口的Data Display 图标

再次打开这个名为LPF1.dds的数据文件。

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图二十一、打开文件“LPF1”

8.调整滤波器电路

a． 点击原理图窗口中的View All图标，原理图窗口会自动调整原理图的显示使其与当前窗口的大小相适应。 b． 在LPF1原理图窗口点击Tune图标

，出现调谐控制对话框。

图二十二、调谐控制对话框

c． 现在，在LPF1原理图窗口，用光标选择C1和L1。

图二十三、在LPF1原理图窗口选中C1和L1

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此时，调谐参数窗口变成下面的样子。

图二十四、新的调谐控制对话框

在控制对话框中调节L1和C1的结果会即时显示在数据显示窗口中线上的三角标志会自动调整到最新的曲线上。(实验报告)

d． 改变调节的范围：在调节控制对话框中，可以直接修改最大、最小、调节步长和变化比例等参数。

图二十五、在调谐控制对话框修改参数

e． 调节过程中，点击Update Schematic按钮，可以更新原理图中相应元件的参数值。也可以在原理图中用光标，增加更多的元件参加调整参数。 f． 调整满意以后，点击Closel按钮。此时，出现下面的对话框询问是否更新相应元件的参数值。点击“Yes”。保存该结果。

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图二十六、保存更新

g．使用Save图标保存原理图和显示数据（右图所示，两窗口中均有），然后把这两个窗口都关闭了（右上角的X按钮）， 只留下ADS主窗口。

9.使用上面的技巧和经验，用行为模型（滤波器、放大器、混频器）建立一个RF接收器的系统项目，RF＝1900MHz，IF＝100MHz

使用一个RF源，带相位噪声的本振LO和一个噪声控制器 测试系统：S参数，频谱，噪声等等

步骤

1.建立一个新的系统项目和原理图

使用上一章学到的方法，建立一个新的项目取名rf_sys （可自己随意取） 2. 建立一个由行为模型构成的RF接收系统

a． Butterworth滤波器：在元件模型列表窗口中找到带通滤波器项目Filters-Bandpass。插入一个Butterworth滤波器。设定为：中心频率Fcenter＝1.9GHz。通带带宽BWpass＝200MHz，截止为BWstop＝1GHz。

b． 放大器：在元件模型列表窗口中找到System-Amps&Mixers项目，插入放大器Amplifier。设定S21＝dbpolar（10，180）。

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c． Term：在port1插入一个端口。端口Terms在元件模型列表窗口的Simulation-S_Param中找。

关于Butterworth滤波器请注意－Butterworth滤波器的行为模型是理想情况的，所以在通带内没有波纹。换成滤波器和放大器的电路模型以后，会产生波纹。对于带波纹的系统滤波器，可以采用椭圆滤波器的行为模型。

接下来要往系统中添加混频器和本振LO的行为模型。

d． 在元件模型列表窗口中找到System-Amps&Mixers项目，在功放amp输出口插入一个混频器Mixer的行为模型，注意是插入Mixer而不是Mixer2。Mixer2是用于非线性分析的。

e． 设定混频器Mixer ConvGain＝dbpolar（3，0）。这里dbpolar是极坐标表示，代表3dB。设定Mixer SideBand＝LOWER，设定取混频器两个输出的低端。

f． 可以按F5键，再点击原理图上的组件图形，移动组件的文字。

g． 在元件模型列表窗口中找到Sources-Freq Domain项目，插入V_1Tone源和上图中标出的50ohm电阻和地，这样可以提供100MHz的中频输出。

h． 如图所示，在混频器的输出口加一个低通Bessel滤波器（在元件模型列表窗口中的Filters-Lowpass项目中），设置Fpass＝200MHz。

i． 在port2放一个端口Term。最终的系统电路如下所示：

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3.设置一个带频率转换的S参数模拟

a． 插入控制齿轮，设定模拟参数为：1GHz到3GHz，step步长为100MHz。

b． 编辑模拟控制器，在Parameters标签内选上Enable AC frequency conversion。

c． 在Display标签内选择FreqConversion和FreqConversionPort两项，让它们在原理图中显示出来。

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此时，仿真控件变为，

d． 点击Simulate>Simulation Setup。当对话框出现，把缺省的dataset名称改为rf_sys_10dB，代表该系统有10dB的放大器增益。

e． 点击Apply和Simulate开始模拟。

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4 画出S21数据

a． 在数据显示窗口中插入一个网格显示的S21图形。(实验报告)

b． 把一个三角标记放到1900MHz的线上。增益为混频器的转换增益减去因为失配造成的一些损耗。(实验报告)

5.提高增益，再模拟，绘制出另一条曲线

a． 回到原理图，改变放大器增益S21到20dB。

b． 点击Simulate>Simulation Setup，改dataset名称为rf_sys_20dB。点击Apply，开始模拟。

c． 当模拟结束以后，你会被提醒是否改变缺省dataset，回答No。

d． 双击编辑已经有的10dB线。当对话框出现，点击下拉框查看可用的datasets和等式，选择rf_sys_20dB dataset。

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e． 选择显示S21数据，单位选dB，让S21在数据显示窗口显示，注意整个dataset的路径会显示出来，因为它不是缺省dataset。

f． 把新的三角标志放到新的线上，选择所有的标志，点击命令Marker>Delta Mode On，看看两个模拟之间10dB的差值。保存。

6. 设置一个RF源和一个带相位噪声的本振LO

接下来演示如何使用谐波平衡模拟器模拟振荡器的行为模型带来的相位噪声。 a． 用新名称rf_sys_phnoise保存当前的原理图。 b． 在已经保存的原理图中，删除S_param simulation controller就是那个齿轮，V_1Tone 本振源LO source，50ohm电阻和地。

c． 用P_1Tone源更换port1Term，设定功率和频率如下：Freq＝1.9GHz，P＝polar（dbmtow（－40），0）。注意polar与dbpolar单位不同，把源的名称改为RF_source，Num＝1；

d． 利用快捷键

在输出端插入一个线标记Vout（节点），完成后的原理图

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如下：

e． 在元件模型列表窗口中找到Sources-Freq Domain项目，插入OSCwPhNoise，连接到混频器mixer上。设定Freq＝1.8GHz，修改PhaseNoise list如下图所示。OSCwPhNoise已经自带了50ohm电阻注意这和『2』节中的V_1Tone加50ohm的电阻的功能类似，就是多了相位噪声。

7.设置一个谐波噪声控制器

a． 在元件模型列表窗口中找到Simulation-HB项目，在原理图上插入噪声控制器NoiseCon。

注意：NoiseCon组件和HB谐波模拟一齐使用。它便于你把模拟控制和噪声测量分开。你也可以在仅仅使用一个HB控制器的情况下，为不同的噪声测量设定和使用多个噪声控制。

b． Freq tab频率标签－编辑Noise Con－设定Sweep Type为log，范围从10Hz到

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10KHz，步长5。

c． 在 Nodes tab标签中点击Pos Node下拉框，选择Vout节点，点击Add按钮。噪声控制器同其它的ADS组件一样，能够在原理图中修改节点的名称。

d． 在PhaseNoise标签中选择相位噪声类型Phose Noise Type为Phase Noise spectrum，设定载频carrier Frequency为100MHz。这是带由LO引入的相位噪声的中频频率。

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e． 在显示标签Display tab中把如下图示出的项目显示在原理图上，并作出相应的修改。

最后显示的噪声控制器设置如下图所示。

8.设置谐波模拟

a． 在元件模型列表窗口中找到Simulation-HB项目，在原理图中插入HB模拟控制器。

b． 编辑HB控制器（双击）。把缺省的频率值改为1.8GHz，点击Apply。然后增加RF频率1.9GHz，点击Apply。

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c． 在Display标签中，让MaxOrder显示出来，点击Apply。

注 意：你只需要在控制器中指定本振LO的频率（1.8GHz）和RF频率（1.9GHz）。不需要指定其它的频率，因为Order（谐波）和Maximum order（混频产物）的缺省值将计算电路中其它的tones，包括100MHz的中频IF。

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d． 如下图所示，在NoiseCon标签中选择NoiseCons。然后使用Edit按钮选择NC1为你设定的Noise Con的实例名称。点击Add和Apply。

e． 在显示Display标签的HB Display标签中，选择下图项目显示在原理图上。

完整的原理图如下所示，在开始模拟之前，检查是否相符：

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9. 实验仿真结果：模拟并画出响应：pnmx和Vout a． 插入一个rectangular

绘制pnmx。使用Plot Options设定X轴的单位为Log。

插入一个三角标记观察频偏。插入一个rectangular

绘制Vout，单位设定为dBm，在中频信号100MHz处放一个三角标记。输入功率为－40dBm，加上23dB的功放增益和转换增益，输出为－17dBm。

b． 储存。你现在已经完成了设计RF接收器的第一步，在下面的章节中，你将用电路替换系统模型组件。

10.选学——SDD（符号定义元件）仿真

SDD允许你对一个线性或非线性元件节点的特性以方程形式说明。本步骤中，你将对一个3端口SDD输出端的和与差用一个简单的线性方程来描述。

a. 用命令Save Design As对当前设计（rf_sysy_phnoise）命名为：rf_sys_sdd。 b. 删除电路中的特性混频器。

c. 从Eqn based Nonlinear面板中调出3 port SDD放在原理图上。在mixer上，负端与地相连，如下图所示。

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d. 在文本框中直接插入光标，修改[2，0]值，加入“-_v1*_v3”，即减去混频端开口的RF[_v1]和LO(_v3)，保留IF(_v2)电压值。此时SDD就是一个无转换增益的mixer，在输出端会输出差频与和频。

e. 对Vout的频谱进行仿真，绘图。如下图所示。

因为没有转换增益，IF信号电平很低。同时产生差频与和频。尽管如此，SDD对特性描述很有用，而且，可以写出复杂但较合适的方程。这需要进一步的学习。

f. 运行瞬态仿真（仿真步骤如下），并将结果与使用Fs函数dBm(fs(Vout))的HB结果进行对比。

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g. 保存设计数据。

附加练习：

1、尝试对系统（无SDD）进行瞬态仿真，并将结果与用了fs函数的结果比较。 2、回到巴特沃思滤波器，用一个椭圆函数滤波器模型代替它进行仿真。尝试设计不同范围的波纹值或用调谐器调节波纹参数。显示结果并观察通带的纹波。为完成工作，你将会用到数据显示命令中的Zoom命令（图像放大/缩小）。

3、对设计中各参数进行调整。

4、退特性混频器输入LO和RF的反射值，观察仿真结果。 5、建立关于SDD混频器转换增益I[2，0]方程的实验。

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/vmqw.html