微波無源電路仿真技術(01平面電路)課件

平面無源電路仿真平面無源電路仿真1前言平面無源電路仿真軟件可以分為兩類，一類是專門用于平面無源電路電磁（EM）仿真的軟件，例如：Sonnet和IE3D。這類軟件通常計算精度比較高，但圖形輸入界面不太友好；功能單一。因此，這類軟件的使用者不是很多。另外一類平面無源電路仿真軟件是既可以做電路仿真、又可以做EM仿真的軟件，例如：AgilentADS、AWRMicrowaveOffice、AgilentGenesys和AnsoftDesigner等。這類軟件既可以做無源電路的仿真又可以做有源電路的仿真。因而用戶較多。比較這些軟件，其中ADS和MWO是兩款不錯的軟件。ADS的培訓資料比較多，比較容易找到。MWO的資料比較少。而且根據(jù)我的使用經(jīng)驗，MWO在做無源平面電路仿真時在優(yōu)化手段和計算精度上有其獨到之處。因此，我們在這里給大家介紹MWO在平面無源電路中的使用。前言平面無源電路仿真軟件可以分為兩類，一類是專門用于平面無源2仿真設計實例-陷波濾波器仿真設計實例-陷波濾波器3一、文件庫導入一、文件庫導入4設置工作環(huán)境與ADS不同，MWO在做具體仿真計算之前需要設置工作環(huán)境。具體地講就是導入PDK（ProcessDesigneKit）文件。需要創(chuàng)建四種文件

LPF文件–特定工藝配置，包括默認單位、分辨率、線的類型、結構類型、電容類型、PAD類型、過孔類型、Airbrage等Common_PCB_Models.dllCommon_PCB_Cells.dll–物理模型AWR_Module.ini–PDK的初始化文件設置工作環(huán)境與ADS不同，MWO在做具體仿真計算之前需要設置5簡單PDK的四個文件[Foundry]Name=AWR_TrainingDescription=ExamplePDKforAWRTrainingClassesVersion=1.0.0[FilePathMacros]GDS_LIB=Library[FileLocations]ModelPath=$DEFAULT;ModelsCellPath=$DEFAULT;CellsSymbolPath=$DEFAULT;SymbolsLayerProcessFile=Library/AWR_Training_FR4.lpfAdditionalXML=AWRTraining;Library/AWR_Training.xmlDefaultTemplate=Library/AWR_Training.emtEM_Models_Dir=$DEFAULT;NPorts簡單PDK的四個文件[Foundry]6導入庫文件進入AWR集成環(huán)境，菜單欄File>NewWithLibrary>Browse找到后綴為INI的文件（在此為教程所給目錄下的AWR_Training.ini文件）導入庫文件進入AWR集成環(huán)境，菜單欄File>New7導入封裝庫先選擇左下角的”Layout”標簽右鍵單擊CellLibraries>ImportGDSIILibrary找到后綴為.gds的文件（在此為教程所給目錄下的Generic_Board_Lib.gds文件）導入封裝庫先選擇左下角的”Layout”標簽8查看封裝圖雙擊元件名可查看封裝的圖示查看封裝圖雙擊元件名可查看封裝的圖示9保存項目菜單欄File>SaveProjectAs保存項目菜單欄File>SaveProjectAs10二

、創(chuàng)建、編輯電路圖和PCB圖二、創(chuàng)建、編輯電路圖和PCB圖11新建電路圖先選擇左下角的”Project”標簽右鍵單擊”CircuitSchematics”，選擇“NewSchematic”，鍵入電路圖名稱”NotchFilter”保存電路圖名稱中不建議使用空格，尤其在封裝庫名稱中建議使用下劃線”_”代替新建電路圖先選擇左下角的”Project”標簽保存電路圖名稱12電路圖編輯環(huán)境每個電路圖分別有一個電路視圖與一個PCB視圖與之對應可自定義工具欄：在工具欄內(nèi)空白區(qū)域單擊右鍵可自行選擇公式工具欄標準工具欄電路設計工具欄電路圖編輯環(huán)境每個電路圖分別有一個電路視圖與一個PCB視圖與13放置元件先選擇左下角的”Elements”標簽所有的元件按不同的類別呈樹形排列左鍵單擊元件（按住左鍵不放），并拖拽至電路視圖中右鍵單擊元件，選擇”ShowDetails”，可切換至顯示詳細信息放置元件先選擇左下角的”Elements”標簽右鍵單擊元件，14旋轉元件在放置元件之前，可以通過單擊鼠標右鍵旋轉也可以對元件進行翻轉操作：?按水平方向翻轉：Shit+鼠標右鍵?按垂直方向翻轉：Ctrl+鼠標右鍵旋轉元件在放置元件之前，可以通過單擊鼠標右鍵旋轉也可以對元件15元件類別本教程所涉及的元件包含以下類別Interconnects(互連結構)LumpedElement>Capacitor(集總元件>電容)LumpedElement>Inductor(集總元件>電感)Microstrip>Junctions(微帶線>連接結構)Microstrip>Lines(微帶線>線)SimulationControl(仿真控制)Substrates(襯底)■接地、端口以及子電路模塊可在菜單欄中找到快捷鍵：接地（GND）-Ctrl+P端口（PORT）-Ctrl+G子電路（SUB）-Ctrl+K元件類別本教程所涉及的元件包含以下類別快捷鍵：16電路圖——左半部分連接好的元件如下圖所示（整個電路圖的左半部分）注意：對于MTRACE2元件，有標記的端口（Port1）必須按此順序擺放電路圖——左半部分連接好的元件如下圖所示（整個電路圖的左半部17使用變量Via元件有兩個參數(shù)沒有直接賦數(shù)字值，而是用變量表示。變量在電路圖中賦值在電路圖中，變量可通過工具欄中的”Equation”按鈕定義如果在元件中使用了變量，不要忘記為變量賦值。Euqation的快捷鍵為Ctrl+E使用變量Via元件有兩個參數(shù)沒有直接賦數(shù)字值，而是用變量表18設置封裝鼠標左鍵雙擊元件，在彈出的“ElementOptions”（元件選項）對話框中，選擇“Layout”（板圖）標簽可瀏覽并選擇需要的封裝在此選擇庫名為”GenericBoardLib”，為電容指定封裝為”CapAVXAccuP0603”，為代表SMA接頭特性的電感指定封裝為”ConnectorCoTronTopPCBSMA”先選擇庫名，再選擇封裝設置封裝鼠標左鍵雙擊元件，在彈出的“ElementOpti19電路圖——右半部分連接好的元件如下圖所示（整個電路圖的右半部分）不要忘記給電感指定封裝確認該元件為MTEE$可通過Ctrl+Z，進行撤銷操作注意：確認元件MTRACE2的端口1的方向在左側。電路圖——右半部分連接好的元件如下圖所示（整個電路圖的右半部20完整的電路圖完整的電路圖21完整的板圖此接頭狀態(tài)設置為參考點：在PCB圖中，左鍵選擇“Shapeproperties”，彈出的對話框中“Layout”標簽的右側，選擇“Useforanchor”設置為參考點的作用：“SnapTogether”操作時，該元件將不移動，其它元件以此元件為參考點對齊完整的板圖此接頭狀態(tài)設置為參考點：設置為參考點的作用：22智能元件尾綴為”$”的元件為智能元件，如MTEE$（智能三端接頭）在PCB圖中，雙擊需要改變的微帶線，其四周會出現(xiàn)拖拽點，選取一點拖拽改變線寬，此時觀察MTEE$的寬度也自動改變MTEE$智能元件尾綴為”$”的元件為智能元件，如MTEE$（智能三端23對齊元件工具欄上有各種控制元件對齊的按鈕先選擇下方的SMA接頭，按住Shit鍵再選擇上方的SMA接頭（即達到多選的功能），工具欄中選擇“CenterHorizontal”（水平居中對齊）按鈕，對齊兩個接頭當多個元件進行對齊時，最先選擇的元件將保持不動。對齊元件工具欄上有各種控制元件對齊的按鈕當多個元件進行對齊時24固定元件左鍵單擊選擇元件后，通過右鍵”ShapeProperties”中的“freeze”選項，可固定元件當元件選擇了“freeze”之后，將在任何情況下都不會移動固定元件左鍵單擊選擇元件后，通過右鍵”ShapePrope25元件MTRACE2可對MTRACE2的走線進行控制在PCB圖中，左鍵雙擊MTRACE2元件可出現(xiàn)拖拽點，移動鼠標至走線與過孔相連的一端（即1端口）（將出現(xiàn)雙向箭頭），此時左鍵雙擊可對走線進行控制（直角或45°）注意：必須從MTRACE2元件的1端口進行布線1.雙擊MTRACE2元件2.移動至1端口，再雙擊3.布線，雙擊完成元件MTRACE2可對MTRACE2的走線進行控制注意：必須26自動銜接選擇工具欄中的“Snaptofit”可自動銜接元件先選擇線，再進行“Snaptofit”操作，就可以自動銜接至SMA接頭自動銜接選擇工具欄中的“Snaptofit”可自動銜接元273D視圖通過工具欄上的按鈕可方便查看3D視圖3D視圖通過工具欄上的按鈕可方便查看3D視圖28旋轉3D視圖在3D視圖中，按住鼠標左鍵不放并移動可進行旋轉觀察注意到SMA接頭和與之連接的MTRACE2一端發(fā)生了短接，這是因為它們目前都設置在PCB的頂層，而實際上此條線應位于PCB的底層。旋轉3D視圖在3D視圖中，按住鼠標左鍵不放并移動可進行旋轉觀29改變層右鍵”ShapeProperties”中LineType改變走線所在的層將原來的“TopMetal”改成“BottomMetal”改變層右鍵”ShapeProperties”中LineT30布線檢查在3D視圖中可方便對所有的連接進行檢查布線檢查在3D視圖中可方便對所有的連接進行檢查31三、仿真設置三、仿真設置32添加輸出圖表Graphs右鍵“AddGraph”可添加圖表添加輸出圖表Graphs右鍵“AddGraph”可添加圖表33添加測試項圖表右鍵“AddMeasurement”可添加測試項此處添加S21以“dB”值顯示確認“DataSourceName”（數(shù)據(jù)源）中為”NotchFilter”添加測試項圖表右鍵“AddMeasurement”可添加測34復制測試項復制、粘貼測試項非常簡單，只需Ctrl+C、Ctrl+V即可也可以直接拖拽測試項，進行復制復制測試項復制、粘貼測試項非常簡單，只需Ctrl+C、Ctr35編輯測試項復制后，可對測試項進行編輯此處將S21改成S11編輯測試項復制后，可對測試項進行編輯36設置頻率范圍在“ProjectOptions”右鍵可設置仿真頻率不要忘記點Apply按鈕在左側“CurrentRange”中顯示的是仿真的頻率點及范圍設置頻率范圍在“ProjectOptions”右鍵可設置仿37仿真單擊工具欄的“Analyze”按鈕可進行仿真如果改變了基板STUB的參數(shù)顯示的仿真圖將產(chǎn)生變化仿真單擊工具欄的“Analyze”按鈕可進行仿真如果改變了基38四、調諧四、調諧39調諧設置單擊工具欄上的“TuneTool”可選擇需要調諧的參數(shù)或變量使用Tunetool選擇需要調諧的參數(shù)調諧設置單擊工具欄上的“TuneTool”可選擇需要調諧的40調諧單擊工具欄上的”Tune”按鈕可進行調諧調諧單擊工具欄上的”Tune”按鈕可進行調諧41五、導入S參數(shù)模型五、導入S參數(shù)模型42導入S參數(shù)模型右鍵”DataFiles”選擇“ImportDataFile”，可導入S參數(shù)在此選擇”TouchstoneFiles”類型，導入“Models/CoTron_SMA.s2p”文件導入S參數(shù)模型右鍵”DataFiles”選擇“Import43刪除原有的以電感表示的SMA接頭刪除原有的以電感表示的SMA接頭44導入S參數(shù)模型單擊工具欄上的“SUB”按鈕，映射為剛才導入的S參數(shù)文件通過SUB可導入電路圖、EM結構、S參數(shù)、SPICE等快捷鍵為Ctrl+K導入S參數(shù)模型單擊工具欄上的“SUB”按鈕，映射為剛才導入的45導入S參數(shù)模型在電路圖中放置SUBCKT元件，即完成S參數(shù)模型的導入導入S參數(shù)模型在電路圖中放置SUBCKT元件，即完成S參數(shù)模46自定義示意圖在電路圖中元件右鍵”Properties”的”Symbol”標簽，可自定義其示意圖自定義示意圖在電路圖中元件右鍵”Properties”的”S47選擇封裝在“Layout”標簽中選擇相應的封裝在此選擇”CoTronTopPCBSMA”選擇封裝在“Layout”標簽中選擇相應的封裝48S參數(shù)模型的選項在“ModelOptions”的標簽中對模型進行設置在此勾選“EnforcePassivityEverywhere”，S參數(shù)模型通常用此設置S參數(shù)模型的選項在“ModelOptions”的標簽中對49檢查板圖最后，確定所有元件和走線都位于正確的層，并銜接無誤檢查板圖最后，確定所有元件和走線都位于正確的層，并銜接無誤50添加測試圖表命名為“Passivity”添加測試圖表命名為“Passivity”51添加測試項添加“Passivity”測試項在此選擇“Linear”類中的“PASSIVE”項，在datasource（數(shù)據(jù)源）中選擇”CoTron_SMA”添加測試項添加“Passivity”測試項52仿真仿真并查看結果仿真并查看結果該測試項的目的是檢驗S參數(shù)模型是否為無源類型如果passivity>0即滿足要求仿真仿真并查看結果仿真并查看結果該測試項的目的是檢驗S參數(shù)53六、參數(shù)優(yōu)化六、參數(shù)優(yōu)化54待優(yōu)化的參數(shù)選擇MLEF的W、L參數(shù)為優(yōu)化對象待優(yōu)化的參數(shù)選擇MLEF的W、L參數(shù)為優(yōu)化對象55優(yōu)化目標設置為4GHz~5GHz時，S21<-40dB優(yōu)化目標設置為4GHz~5GHz時，S21<-40dB56復制優(yōu)化目標Ctrl+C、Ctrl+V進行復制修改為5GHz~6GHz時，S21<-40dB也可通過鼠標拖拽的方式進行復制（與復制測試項的操作一樣）復制優(yōu)化目標Ctrl+C、Ctrl+V進行復制也可通過鼠標拖57優(yōu)化目標線在”SParam“圖中可看到優(yōu)化目標線優(yōu)化目標線在”SParam“圖中可看到優(yōu)化目標線58改變目標線可在圖表上直接改動目標線先左鍵單擊目標線，再對操作點進行拖拽改變目標線可在圖表上直接改動目標線先左鍵單擊目標線，再對操作59改變目標線將目標線改成”V“字型注意：不要將目標線設置過寬的頻帶，否則將可能滿足不了目標。（由于這只是單級的濾波器）改變目標線將目標線改成”V“字型注意：60優(yōu)化設置在菜單欄上選擇Simulate>Optimize，用合適的方法開始優(yōu)化優(yōu)化過程中可以觀察接近目標的程度，也可看到圖表的變化優(yōu)化設置在菜單欄上選擇Simulate>Optimize61優(yōu)化結果很快將得到結果優(yōu)化結果很快將得到結果62七、誤差分析七、誤差分析63待分析的參數(shù)選擇電容值C為待分析的參數(shù)，設置誤差為10%待分析的參數(shù)選擇電容值C為待分析的參數(shù)，設置誤差為10%64待分析的參數(shù)選擇基板的Er，設置誤差為±0.1（即范圍為3.28~3.48）待分析的參數(shù)選擇基板的Er，設置誤差為±0.1（即范圍為3.65設置目標設置為5GHz~5.25GHz的S21<-30dB~-5.5dB設置目標設置為5GHz~5.25GHz的S21<-30dB66復制目標Ctrl+C、Ctrl+V進行復制修改為4.75GHz~5GHz的S21<-5.5dB~-30dB也可以使用鼠標拖拽的方式實現(xiàn)目標的設置復制目標Ctrl+C、Ctrl+V進行復制也可以使用鼠標拖拽67目標線此目標線位于之前設置的優(yōu)化目標線之內(nèi)（由于參數(shù)優(yōu)化需要更嚴格的限制條件）目標線此目標線位于之前設置的優(yōu)化目標線之內(nèi)（由于參數(shù)優(yōu)化需要68仿真設置在菜單欄中選擇Simulate>YieldAnalysis將”MaximumIterations”（最大迭代次數(shù)）設置為500，單擊“Start”開始分析仿真設置在菜單欄中選擇Simulate>YieldAn69仿真結果所有的仿真曲線都將顯示在一張圖表中整體通過率%仿真結果所有的仿真曲線都將顯示在一張圖表中整體通過率%70改變圖表格式在“SParam”圖表上右鍵選擇“Properties”改變圖表格式在“SParam”圖表上右鍵選擇“Propert71改變圖表格式（續(xù)）可設置需要顯示的曲線（顯示所有曲線、只顯示達標/不達標的曲線、顯示最優(yōu)的曲線等）改變圖表格式（續(xù)）可設置需要顯示的曲線（顯示所有曲線、只顯示72誤差靈敏度選擇Yield>Ysens項分別添加C、Er為測試對象誤差靈敏度選擇Yield>Ysens項73仿真結果電容值C不同取值的通過率通過百分比仿真點個數(shù)仿真結果電容值C不同取值的通過率通過百分比仿真點個數(shù)74清除結果選擇”Clear“即可清除計算結果清除結果選擇”Clear“即可清除計算結果75關閉測試項右鍵選擇“DisableAllMeasurements”關閉測試項右鍵選擇“DisableAllMeasurem76八、參數(shù)掃描八、參數(shù)掃描77待掃描的變量從“SimulationControl”類別中選擇“SWPVAR”，置于電路圖中注意：不要漏掉“L_SMA”中的引號同樣重要的是不要忘記添加“Values”否則將出錯此設置表示：L_SMA的值從0.01變到10.01，步長為1待掃描的變量從“SimulationControl”類別中78參掃結果單擊工具欄上的“Analyze”按鈕進行仿真所有參掃的曲線將顯示與一張圖表中參掃結果單擊工具欄上的“Analyze”按鈕進行仿真79配置測試項配置測試項80禁用參數(shù)掃描變量右鍵“ToggleEnable”可禁用參數(shù)掃描變量，將變?yōu)榛疑脜?shù)掃描變量右鍵“ToggleEnable”可禁用參數(shù)81九、自動提取用于“EM”仿真的電路九、自動提取用于“EM”仿真的電路82替換模型將MTRACE2替換為以STACKUP為襯底的EXTRACT替換模型將MTRACE2替換為以STACKUP為襯底的E83基板設置STACKUP命名為“SUB_ACE”基板設置STACKUP命名為“SUB_ACE”84基板設置（續(xù)1）選擇“MaterialDefs”標簽可定義材料點擊“Add”按鈕可定義新的介質、導體或阻抗基板設置（續(xù)1）選擇“MaterialDefs”標簽可定義85基板設置（續(xù)2）選擇“DielectricLayers”標簽可進行介質層設置注意左邊的介質分布示意圖基板設置（續(xù)2）選擇“DielectricLayers”標86基板設置（續(xù)3）選擇“Materials”標簽可進行導體材料的設置在此設置了1oz銅和1/2oz銅點擊”Insert”按鈕可增加新的導體基板設置（續(xù)3）選擇“Materials”標簽可進行導體材料87基板設置（續(xù)4）選擇“EMLayerMapping”標簽可進行電磁（EM）層映射由于使用ACE，在此均選擇None基板設置（續(xù)4）選擇“EMLayerMapping”標簽88基板設置（續(xù)5）選擇“LineType”標簽可對走線進行設置當前選擇的走線和相應的參考地在左邊示意圖中會顯示基板設置（續(xù)5）選擇“LineType”標簽可對走線進行設89EXTRACT模塊該模塊用于控制EM結構的生成EXTRACT模塊通過其”STACKUP”參數(shù)與STACKUP模塊建立關聯(lián)創(chuàng)建的結構名組名—每個電路可包含多個供選擇的EM組，每個組可包含多個模塊名稱必須一致EXTRACT模塊該模塊用于控制EM結構的生成創(chuàng)建的結構名組90禁用元件禁用VIA、MTRACE2元件，變?yōu)榛疑迷肰IA、MTRACE2元件，變?yōu)榛疑?1禁用元件（續(xù)）在禁用元件的兩端進行連線禁用元件（續(xù)）在禁用元件的兩端進行連線92添加iNet（智能布線）在PCB圖中，MTRACE2及VIA已消失，以飛線標識添加iNet（智能布線）在PCB圖中，MTRACE2及VIA93添加iNet工具欄中選擇“ShowRoutingProperties”，可改變默認的布線屬性，包括線寬、走線所在層等添加iNet工具欄中選擇“ShowRoutingProp94添加iNet（續(xù)1）在PCB圖中雙擊飛線，通過鼠標拖拽即可進行布線iNet會自動將走線銜接至相應的管腳，無需反復地放大/縮小操作即可完成布線布線的操作與MTRACE2的操作相似Ctrl+Shift+鼠標滾輪，可改變走線的層添加iNet（續(xù)1）在PCB圖中雙擊飛線，通過鼠標拖拽即可進95添加iNet（續(xù)2）完成布線后的板圖iNet支持直角、斜角及圓弧形的彎折添加iNet（續(xù)2）完成布線后的板圖96iNet過孔通過3D視圖，可見過孔已自動添加iNet過孔通過3D視圖，可見過孔已自動添加97iNet過孔（續(xù)）

右鍵修改過孔屬性，如孔徑等參數(shù)iNet過孔（續(xù)）

右鍵修改過孔屬性，如孔徑等參數(shù)98設置組iNet右鍵選擇“ElementProperties”設置組iNet右鍵選擇“ElementProperties99設置組（續(xù)1）開啟ACE并鍵入組名此處則無需引號在EXTRACT模塊中需要添加引號設置組（續(xù)1）開啟ACE并鍵入組名此處則無需引號在EXTRA100設置組（續(xù)2）檢查設置選取EXTRACT模塊，相應的元件會突出顯示設置組（續(xù)2）檢查設置101添加ACE右鍵“AddExtraction”添加ACE右鍵“AddExtraction”102添加ACE（續(xù)）新的EM結構已自動生成添加ACE（續(xù)）新的EM結構已自動生成103ACE設置“EM_Trace”右鍵“Options”的“CircuitExtract”標簽中進行設置，包括耦合線間距、跨接電容等ACE設置“EM_Trace”右鍵“Options”的“Ci104仿真仿真及結果仿真仿真及結果105注釋“EM_Trace”右鍵“AddAnnotation”注釋“EM_Trace”右鍵“AddAnnotation”1063D視圖工具欄中選擇“NewSchematic3DView”3D視圖工具欄中選擇“NewSchematic3DV107網(wǎng)表通過狀態(tài)欄中的鏈接可查看ACE網(wǎng)表網(wǎng)表通過狀態(tài)欄中的鏈接可查看ACE網(wǎng)表108十、電磁（EM）仿真