电路仿真平台ADS分析工具

　　ADS（Advanced Design System）电子设计自动化软件为美国Agilent Technologies公司的产品，该软件的功能包含时域电路模拟（SPICE－like Simulation）、频域电路模拟（HarmonicBalance Linear Analysis）、电磁模拟（EM Simulation）、通信系统模拟（Communication SystemSimulation）、数字信号处理设计（DSP）等。此外和多家芯片厂商合作建立ADS Design Kit及Model File供设计人员使用。使用者可以利用Design Kit及软件模拟功能进行通信系统的设计、规划与评估，以及MMIC／RFIC、类比与数位电路设计。除上述的设计模拟功能外，ADS也提供辅助设计功能，如Design Guide是以范例及指令方式示范电路或系统的设计规划流程，而Simulation Wizard是以步骤式界面进行电路设计与分析。ADS还能提供与其他设计模拟软件（如SPICE、Mentor Graphics的ModelSim、Cadence的NC-Verilog、Mathworks的MATLAB等）做Co－Simulation，加上丰富的元件／应用模型库及量测／验证仪器间的连接功能，将增加电路与系统设计的方便性、速度与性。它提供的频率模式和混合模式电路仿真器，可以模拟整个通信信号通路，完成从电路到系统的各级仿真。它把广泛的经过验证的射频、混合信号和电磁设计工具集成到一个灵活的环境中。

　　ADS采用自顶至底的设计和自底至顶的验证方法，将系统设计和验证时间降到少。它具有DSP、RF和EM协同仿真能力，从而能在系统级设计中高效率地分配和优化系统性能。完成系统建模后，就可用实际RE和DSP电路设计替代行为模型，评估它们对性能的影响。当任何仿真结果不理想时，都必须回到原理图中重新进行优化，并再次进行仿真，直到仿真结果满意为止，这样可以保证实际电路与仿真电路的一致性。

　　ADS可以为电路设计者提供进行模拟、射频与微波等电路和通信系统设计的仿真分析方法，其提供的仿真分析方法大致可以分为时域仿真、频域仿真、系统仿真和电磁仿真。下面具体介绍两项分析方法。

　　（1）高频SPICE分析

　　高频SPICE分析方法提供如同SPICE仿真器般的瞬态分析，可分析线性与非线性电路的瞬态效应。在SPICE仿真器中无法直接使用的频域分析模型，如微带线带状线等，可在高频SPICE仿真器中直接使用，因为在仿真时高频SPICE仿真器会将频域分析模型进行拉氏变换后再进行瞬态分析，而不需要使用者将该模型转化为等效RLC电路。因此，高频SPICE除了可以做低频电路的瞬态分析外，也可以分析高频电路的瞬态响应。此外，高频SPICE也提供瞬态噪声分析的功能，可以用来仿真电路的瞬态噪声，如振荡器或者锁相环。卷积分析方法为架构在SPICE高频仿真器上的高频时域分析方法，借助卷积分析可以更加准确地用时域的方法分析与频域相关的元件，如以s参数定义的元件、传输线、微带线等。

　　（2）线性分析

　　线性分析为频域的电路仿真分析方法，可以对线性或非线性的射频与微波电路做线性分析。进行线性分析时，软件会针对电路中的每个元件计算所需的线性参数，如S、Z、Y和H参数、电路阻抗、噪声、反射系数、稳定系数、增益或损耗等，再进行整个电路的分析、仿真。

　　相对的另一个FDA工具——Multisim仿真即可得到时域响应、频域响应、系统增益结果，ADS需要调用不同的分析控件加入仿真界面。因此，熟悉ADS各种分析控件的使用可以使系统仿真分析更完善。下面介绍几类常用的ADS仿真分析控件。

　　1． S参数分析

　　S参数表征的系统特性如下：S21、S31是传输参数，反映传输损耗；S11、S22、S33分别是输入、输出端口的反射系数；S23反映了两个输出端口之间的隔离度。

　　S参数分析控件在ADS仿真界面的图标如图1所示。

　　图1 S参数分析控件

　　设定起始、终止（Start、Stop）扫描频率可以得到系统在设定频率范围内的频域增益响应曲线。仿真结果体现了系统的频带选择性。

　　另外，对S＿parameter Simulation Controller的Parameters栏进行设置，启动AC frequencyconverslon，可以进行系统对信道选择性的仿真，具体设定如图2所示。

　　图2 S参数分析控件信道选择分析参数设置

　　仿真时需要注意的是：SP模型属于小信号线性模型，模型中已经带有了确定的直流工作点和在－定范围内的S参数，仿真时要注意适用范围。SP模型只能得到初步的结果，对于某些应用来说已经足够，不能用来做大信号的仿真，或者直流馈电电路的设计，不能直接生成版图。

　　2． 瞬态分析

　　瞬态分析控件在ADS仿真界面的图标如图3所示。

　　图3 瞬态分析控件

　　串TRANSIENT

　　设定StopTime将控制时域仿真的时间范围，MaxTimeStep决定了后台数据产生的数量，也将影响系统完成仿真所需的时间。仿真完成后，可以得到在0～StopTime时间内系统各目标输出点的时域图像。

　　3． 交流分析

　　交流分析控件在ADS仿真界面的图标如图4所示。交流分析可以设定目标交流源参数的变化范围，同时完成系统预测增益预算分析。

　　图4 交流分析控件

　　4． 谐波平衡分析

　　谐波平衡分析控件在ADS仿真界面的图标如图5所示。设定谐波个数（Order）可以观察系统离散频率幅度分布情况。

　　图5 谐波平衡分析控件

　　5． ADS使用初步

　　下面以建立一个低通滤波器仿真来介绍如何在ADS下创建一个新工程、做仿真电路原理运行仿真并查看仿真结果。

　　（1）创建一个新工程

　　启动ADS进入如图6所示的界面。

　　图6 ADS主界面

　　单击File＞New Project设置工程名称（这里为Filter）及存储路径。工程创建完毕后主窗口如图7所示。

　　图7 建立新工程后的ADS主界面

　　同时原理图窗口打开，如图8所示。

　　图8 ADS原理图界面

　　主窗口的文仵浏览区域（File Browser）应该显示您正处于工程lab1的索引中。注意：data、networks等子目录也同时自动生成。同时要注意到原理图图标当前可用（不再是灰色的）。

　　（2）创建一个低通滤波器原理图设计

　　如图9所示，在Lumped Component（集总元件）面板中选择capacitor C。然后根据需要的方向，单击rotate（旋转）图标，再在屏幕上单击一下鼠标就可以在原理图中插入电容了，接着再插入另一个电容。

　　图9 在原理图中插入元件

　　图10显示了面板和元件使用历史列表，可以在元件栏中直接输入（L，R，C）来插入元件而不需要使用面板。

　　图10 面板和元件历史列表

　　接下来插入inductor（电感）、ground（地）等，继续创建低通滤波器。然后把元件用wire连接起来。通过实践多次练习积累原理图获取的经验，您还可以尝试用copy（拷贝）、move（移动）和其他图标命令。

　　电路搭建好之后，单击电容元件符号或者选中电容，然后双击图上的图标，可将C2的值设为3pF。方法是对话框出现后改变电容的值C＝3．0pF，然后单击Apply和Ok。下一步，选择Simulation-S_Param面板，插入S参数仿真控制器（齿轮图标）和终端端口（Term）。

　　（3）设置和运行仿真

　　在原理图中双击S参数仿真控制器可以设置仿真。当对话框出现后，如图11所示，改变step size（步长）为0．5GHz，单击Apply。注意其值如何在屏幕上更新。Ok键的作用与Apply键相同。单击Display标签就可以看见Start（开始）、Stop（停止）和Step values（间隔值）已经缺省检验。单击Ok按钮关闭对话框。

　　图11 S参数仿真控件设置

　　单击Simulation图标（齿轮形状）开始仿真。同样可以单击setup对话框下的Simulate来完成。进行仿真时，结果数据通常会被写入已设置好的当前数据组中。

　　接下来找到并打开Status window（仿真状态窗口），您会看到与图12相似的内容，例如对仿真结果的说明。SP1表示S参数仿真控制器及其设置。如果没有错误出现，提示信息会告诉您仿真已经完成，数据组已经写入当前工程的data索引中（当前工程是Filter_Prj）。

　　图12 仿真状态窗口

　　（4）仿真结果显示

　　从主窗口或者原理图窗口中单击Data Displaay图标，打开一个数据显示窗口，如图l3所示。当数据显示窗口打开后，数据组名称会出现在记录栏里。

　　图13 数据显示窗口

　　在工作窗口单击Rectangular Plot图标并移动鼠标（图表轮廓随之移动），再次单击就可以创建该图形。当下一个对话框出现时，选择S21，并单击Add按钮，出现如图14所示的对话框。下一个对话框会让您指定数据显示方式，选择dB。

　　图14 选择显示项目

　　在图上放置标记：单击下拉菜单命令Marker）New，选择轨迹，单击一下鼠标就可以插入一个标记。用鼠标或键盘方向键移动标记。同样，移动标记文本框也可以通过选择它并移动到希望位置的方法，试着删除该标记或者在图形上另行标记，如图15所示。

　　图15 在图线上使用Marker标记

　　（5）保存数据显示和原理图

　　在数据显示窗口中，注意到它被标记为未命名（untitled）。要保存当前数据显示窗口并命名，单击下拉菜单File＞Save As，然后键入名称：Filter，并单击Save。这意味着窗口作为dds（data display server）后缀文件保存到Filter工程目录中，并且可存取所有在数据目录中的数据（．ds文件或数据组）。

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