射頻仿真技術(shù)學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1射頻射頻(sh pn)仿真技術(shù)仿真技術(shù)第一頁(yè)，共39頁(yè)。進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化、性能測(cè)試、制造仿真和使用仿真，為產(chǎn)品的研發(fā)提供全新的數(shù)字化設(shè)計(jì)方法。第1頁(yè)/共39頁(yè)第二頁(yè)，共39頁(yè)。 在技術(shù)革命不斷深化的今天，不斷增加的實(shí)際應(yīng)用對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)提出了更高的要求，具體表現(xiàn)在體積的小型化、模塊化和功能(gngnng)的集成化。這些需求也進(jìn)而體現(xiàn)在了射頻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上。在現(xiàn)階段，僅靠人工計(jì)算進(jìn)行的設(shè)計(jì)方式無(wú)論是在速度上還是計(jì)算的準(zhǔn)確性上都已不再適應(yīng)射頻的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。那么選擇一款合適的CAD軟件來(lái)加快設(shè)計(jì)進(jìn)度，提高設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性已成了必然的選擇。第2頁(yè)/共39頁(yè)第三頁(yè)，共39頁(yè)。仿真(fn zhn)軟件有源電路設(shè)計(jì)

2、二維平面(pngmin)電磁場(chǎng)無(wú)源電路設(shè)計(jì)三維電磁場(chǎng)多物理場(chǎng)第3頁(yè)/共39頁(yè)第四頁(yè)，共39頁(yè)。TouchstoneHPMIT第4頁(yè)/共39頁(yè)第五頁(yè)，共39頁(yè)。數(shù)據(jù)類(lèi)型區(qū)分(qfn)：時(shí)域、頻域、電磁域仿真類(lèi)型(lixng)區(qū)分：線性、非線性應(yīng)用類(lèi)型區(qū)分：設(shè)計(jì)、驗(yàn)證第5頁(yè)/共39頁(yè)第六頁(yè)，共39頁(yè)。DC仿真的應(yīng)用：確定電路的工作點(diǎn)確定電路的功耗通過(guò)驗(yàn)證I-V傳輸曲線判斷(pndun)電路是否正常計(jì)算電路中各節(jié)點(diǎn)的電壓和電流關(guān)系第6頁(yè)/共39頁(yè)第七頁(yè)，共39頁(yè)。單點(diǎn)直流仿真(fn zhn)原理圖與計(jì)算結(jié)果靜態(tài)工作(gngzu)點(diǎn)直流仿掃描真原理圖與計(jì)算結(jié)果第7頁(yè)/共39頁(yè)第八頁(yè)，共39頁(yè)。AC仿真

3、：用于計(jì)算電路或系統(tǒng)的小信號(hào)條件(tiojin)下的頻率響應(yīng)特性用于計(jì)算電路或系統(tǒng)的線性噪聲第8頁(yè)/共39頁(yè)第九頁(yè)，共39頁(yè)。功放的AC仿真(fn zhn)原理圖結(jié)果與仿真(fn zhn)結(jié)果線性噪聲指的是系統(tǒng)或電路內(nèi)部元件由于溫度等產(chǎn)生的固有噪聲！電源(dinyun)噪聲、傳輸噪聲的影響不在計(jì)算范圍之內(nèi)!第9頁(yè)/共39頁(yè)第十頁(yè)，共39頁(yè)。 Tansient Simulation全稱(chēng)是Transient/Convolution Simulation，從本質(zhì)上講，Transient Simulation是時(shí)域的仿真工具，它基于KCL/KVL定理，利用各種積分/微分方程來(lái)進(jìn)行求解，得到的結(jié)果是一個(gè)

4、信號(hào)的時(shí)間域的結(jié)果（也就是電壓和電流）。它的基礎(chǔ)模型是Spice模型，所以它也是一個(gè)Spice類(lèi)型的時(shí)間域的仿真，一般應(yīng)用于電路(dinl)或子系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)仿真。第10頁(yè)/共39頁(yè)第十一頁(yè)，共39頁(yè)。Gilbert混頻器的仿真(fn zhn)及仿真(fn zhn)結(jié)果t對(duì)任意電路而言，其響應(yīng)都需要一個(gè)建立時(shí)間，必須確保中止時(shí)間大于建立時(shí)間，才可以得到準(zhǔn)確(zhnqu)的結(jié)果。對(duì)于本例而言，此時(shí)間大概在22ns左右。第11頁(yè)/共39頁(yè)第十二頁(yè)，共39頁(yè)。 Envelop 仿真是一個(gè)比較特殊的仿真引擎。雖然將現(xiàn)在多數(shù)是將它用于時(shí)域仿真，但是其本身卻有很強(qiáng)的頻域仿真能力。在ADS的早期版本中，很多

5、使用HB Simulation的場(chǎng)合，都是用Envelop Simulation來(lái)替代的。 通過(guò)Envelop仿真可以得到一個(gè)復(fù)雜信號(hào)通過(guò)電路(dinl)/系統(tǒng)后的包絡(luò)變化情況。第12頁(yè)/共39頁(yè)第十三頁(yè)，共39頁(yè)。脈沖調(diào)制信號(hào)通過(guò)(tnggu)放大器后的包絡(luò)與頻譜在Envelop Simulation中，必須確定如下幾個(gè)參數(shù)：起始時(shí)間、中止(zhngzh)時(shí)間與時(shí)間步進(jìn)（這與Transient Simulation是一致的）和仿真頻率與階數(shù)（這與后面詳細(xì)介紹的HB Simulation是一致的）。第13頁(yè)/共39頁(yè)第十四頁(yè)，共39頁(yè)。HB Simulation全稱(chēng)是Harmonic Bala

6、nce Simulation，它也是一種頻域的仿真技術(shù)，主要用來(lái)計(jì)算電路/系統(tǒng)的非線性失真特性。相比于傳統(tǒng)的時(shí)域仿真而言，頻域仿真有著巨大的優(yōu)勢(shì)：可以根據(jù)通路中的電壓/電流，求出相應(yīng)的頻譜分布，而且對(duì)于大多數(shù)線性模型而言，在頻域中的表達(dá)要比時(shí)域中的更加精確。利用HB Simulation可以得到以下參數(shù)：得到電壓/電流的頻譜分量計(jì)算3階距點(diǎn)、總諧波(xi b)失真和交調(diào)失真分量非線性噪聲分析第14頁(yè)/共39頁(yè)第十五頁(yè)，共39頁(yè)。接收(jishu)鏈路的HB仿真第15頁(yè)/共39頁(yè)第十六頁(yè)，共39頁(yè)。非線性噪聲(zoshng)響應(yīng)的仿真原理圖與結(jié)果第16頁(yè)/共39頁(yè)第十七頁(yè)，共39頁(yè)。仿真(fn

7、zhn)過(guò)程與設(shè)置與矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀相同，是最常用的射頻仿真(fn zhn)引擎！第17頁(yè)/共39頁(yè)第十八頁(yè)，共39頁(yè)?；赟參數(shù)(cnsh)仿真的線性噪聲分析第18頁(yè)/共39頁(yè)第十九頁(yè)，共39頁(yè)。用于對(duì)一個(gè)由兩端口器件構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)或系統(tǒng)進(jìn)行線性和非線性仿真(fn zhn)，確定系統(tǒng)設(shè)計(jì)的余量，及系統(tǒng)設(shè)計(jì)的瓶頸。第19頁(yè)/共39頁(yè)第二十頁(yè)，共39頁(yè)。Budget仿真(fn zhn)及結(jié)果元件(yunjin)級(jí)系統(tǒng)(xtng)級(jí)第20頁(yè)/共39頁(yè)第二十一頁(yè)，共39頁(yè)。 作用：用于計(jì)算大信號(hào)條件下的非線性器件的S參數(shù)。 與普通小信號(hào)S參數(shù)仿真不同，仿真基于(jy)Harmonic Balance技術(shù)。

8、因?yàn)榉抡婵梢园瑝嚎s等非線性過(guò)程，所以仿真結(jié)果是與功率相關(guān)的。第21頁(yè)/共39頁(yè)第二十二頁(yè)，共39頁(yè)。功放電路的S12仿真(fn zhn)及結(jié)果第22頁(yè)/共39頁(yè)第二十三頁(yè)，共39頁(yè)。傳統(tǒng)的仿真引擎(ynqng)一次只能處理一組數(shù)據(jù)，當(dāng)需要比較同一個(gè)電路拓?fù)?，在不同參?shù)下的響應(yīng)的區(qū)別時(shí)，可以利用Batch仿真！第23頁(yè)/共39頁(yè)第二十四頁(yè)，共39頁(yè)。Batch仿真(fn zhn)及結(jié)果第24頁(yè)/共39頁(yè)第二十五頁(yè)，共39頁(yè)。YIELD 分析能夠按照變量元件的離散分布分析出產(chǎn)品達(dá)到性能目標(biāo)(mbio)的合格率。通過(guò)給出所采用的器件的連續(xù)或離散變化特性，（它們符合電子產(chǎn)品的分布特性正態(tài)分布、高斯分

9、布或其他分布）。YIELD 分析基于Monte Carlo 方法，需要建立一定數(shù)量的隨機(jī)試驗(yàn)。設(shè)計(jì)變量在容差范圍內(nèi)變化，隨機(jī)試驗(yàn)中符合設(shè)計(jì)目標(biāo)(mbio)需要的試驗(yàn)次數(shù)（PASSNUMBER）和失敗的實(shí)驗(yàn)次數(shù)將會(huì)得到，從而估算出產(chǎn)品的試驗(yàn)合格率。第25頁(yè)/共39頁(yè)第二十六頁(yè)，共39頁(yè)。電路仿真原理圖Yield仿真(fn zhn)設(shè)置Yield仿真(fn zhn)結(jié)果優(yōu)化前Yield仿真(fn zhn)結(jié)果優(yōu)化后第26頁(yè)/共39頁(yè)第二十七頁(yè)，共39頁(yè)。射頻(sh pn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)指標(biāo)接收機(jī)主要技術(shù)指標(biāo)：噪聲系數(shù)帶寬帶內(nèi)雜散帶外抑制動(dòng)態(tài)范圍（主要以三階(sn ji)交調(diào)產(chǎn)物的方式進(jìn)行刻畫(huà)）通道一致

10、性（幅/相）通道帶內(nèi)波動(dòng)（幅/相）如果為中頻采樣方式中頻采樣頻率時(shí)鐘抖動(dòng)頻率源主要技術(shù)指標(biāo)：跳頻點(diǎn)數(shù)跳頻時(shí)間輸出功率相位(xingwi)噪聲帶外抑制帶內(nèi)雜散第27頁(yè)/共39頁(yè)第二十八頁(yè)，共39頁(yè)。噪聲系數(shù)HB仿真(fn zhn)、S參數(shù)仿真(fn zhn)系統(tǒng)(xtng)帶寬HB仿真、S參數(shù)仿真、AC仿真帶內(nèi)雜散What-IF、Spctrasys帶外抑制What-IF、Spctrasys動(dòng)態(tài)范圍HB仿真通道一致性Yield仿真第28頁(yè)/共39頁(yè)第二十九頁(yè)，共39頁(yè)。通道(tngdo)帶內(nèi)波動(dòng)S參數(shù)(cnsh)仿真中頻采樣(ci yn)頻率 Matlab采樣時(shí)鐘抖動(dòng)導(dǎo)致SNR變化Matlab輸出

11、功率HB仿真相位噪聲HB仿真第29頁(yè)/共39頁(yè)第三十頁(yè)，共39頁(yè)。設(shè)計(jì)內(nèi)容：接收機(jī)中放電路PCB：41mm*44mm介質(zhì)板，介質(zhì)板表面大面積鋪地，通過(guò)(tnggu)過(guò)孔與接地面連接。仿真頻率：1.2GHz1.8GHz第30頁(yè)/共39頁(yè)第三十一頁(yè)，共39頁(yè)。仿真(fn zhn)的兩塊PCB第31頁(yè)/共39頁(yè)第三十二頁(yè)，共39頁(yè)。協(xié)同(xitng)仿真的電路圖與結(jié)果仿真得到的輸入輸出帶內(nèi)幅度波動(dòng)約為0.6dB左右，實(shí)測(cè)結(jié)果(ji gu)在1dB左右。兩者可以相互吻合。仿真得到的輸入輸出帶內(nèi)幅度波動(dòng)(bdng)約為0.6dB左右，實(shí)測(cè)結(jié)果在1dB左右。兩者可以相互吻合。第32頁(yè)/共39頁(yè)第三十三頁(yè)，共39頁(yè)。仿真(fn zhn)內(nèi)容：偶極子天線與平面Balun的協(xié)同仿真(fn zhn)三維的偶極子天線(tinxin)與網(wǎng)格剖分第33頁(yè)/共39頁(yè)第三十四頁(yè)，共39頁(yè)。偶極子天線的寬帶(kun di)S參數(shù)電場(chǎng)(din chng)分布遠(yuǎn)場(chǎng)方向(fngxing)圖第34頁(yè)/共39頁(yè)第三十五頁(yè)，共39頁(yè)。協(xié)同仿真(fn zhn)原理圖與結(jié)果第35頁(yè)/共39頁(yè)第三十六頁(yè)，共39頁(yè)。數(shù)據(jù)的后端處理多物理(wl)場(chǎng)仿真第36頁(yè)/共39頁(yè)第三十七頁(yè)，共39頁(yè)。人有了知識(shí)，就會(huì)具備各種分析能力，明辨是非(mng bin sh f