實(shí)驗(yàn)八收發(fā)信機(jī)系統(tǒng)仿真

實(shí)驗(yàn)八收發(fā)信機(jī)系統(tǒng)仿真進(jìn)行仿真得收發(fā)信機(jī)方案零中頻接收機(jī)方案外差式接收機(jī)方案外差式發(fā)射機(jī)方案一、零中頻接收機(jī)仿真

1、仿真原理圖2、射頻前端參數(shù)設(shè)置最前端得微波帶通濾波器采用4階切比雪夫通帶濾波器,中心頻率為2140MHz,3dB帶寬為80MHz,止帶寬為400MHz,期望能夠得到-25dB得帶外衰減。另外,通帶波紋為0、1dB,插入損耗為-1dB。LNA得增益為21dB,噪聲系數(shù)為2dB,故我們將所選得Amplifier設(shè)置為S21=dbpolar(21,180),NF=2dB。

射頻前端仿真模塊圖3、混頻部分參數(shù)設(shè)置下變頻部分得混頻器選用System-Amps&Mixerpalette中得behavioralMixer,注意不要錯(cuò)選成Mixer2,她就是用來(lái)進(jìn)行非線性分析得,而Mixer才就是用來(lái)進(jìn)行頻率轉(zhuǎn)換得。將混頻器得邊帶設(shè)為L(zhǎng)OWER,增益為10dB,NF為13dB。本振在Sources-FreqDomainpalette選一電壓源,由于接收機(jī)中頻為0,故本振頻率應(yīng)和輸入信號(hào)頻率一致,這里設(shè)為變量LO_freq,可以用VAR很方便得進(jìn)行賦值,輸出電壓設(shè)為1V。由于要將接收信號(hào)分為同相和正交兩路,所以本振信號(hào)也要分為兩路,一路直接和接收信號(hào)混頻,一路先經(jīng)移相器移相90°,再進(jìn)入混頻器混頻,所以還要用到移相器和功率分離器,她們都可以從System-Passivepalette中找到得?；祛l部分各仿真模塊圖4、模擬基帶部分參數(shù)設(shè)置接下來(lái)得模擬基帶部分分兩條支路,每條都由一個(gè)信道選擇低通濾波器和基帶放大器級(jí)聯(lián)而成。信道選擇濾波器采用5階切比雪夫低通濾波器,通帶波紋為0、01dB,-3dB頻率轉(zhuǎn)折點(diǎn)為1、92MHz,止帶截點(diǎn)頻率為5MHz,期望得到36dB得鄰道衰減?；鶐Х糯笃鞯迷鲆嬖?~66dB之間可調(diào),所以也設(shè)為變量G5,NF為15dB。最后在基帶輸出端加入端口Term2和Term3。

模擬基帶部分仿真模塊圖10大家應(yīng)該也有點(diǎn)累了，稍作休息大家有疑問(wèn)的，可以詢問(wèn)和交流5、接收機(jī)頻帶選擇性仿真

我們使用S參數(shù)仿真進(jìn)行接收機(jī)得系統(tǒng)選擇性分析。首先就是接收機(jī)得頻帶選擇性分析,S_parameterSimulationController設(shè)置為從1GHz到3GHz以10MHz為步進(jìn)進(jìn)行仿真。

接收機(jī)得頻帶選擇性仿真結(jié)果(1)

接收機(jī)在頻帶選擇濾波器得中心頻率擁有20dB得最大增益,也就就是LNA得增益減去微波帶通濾波器得插入損耗。在偏離中心頻率70MHz處可得到25dB左右得衰減。

接收機(jī)得頻帶選擇性仿真結(jié)果(2)

接收機(jī)射頻前端得接收帶寬為6MHz,和WCDMA系統(tǒng)對(duì)移動(dòng)終端下行鏈路得要求就是相吻合得,而且通帶內(nèi)得波動(dòng)不超過(guò)0、125dB。

6、接收機(jī)信道選擇性仿真

信道選擇功能主要由中頻濾波器完成,對(duì)于這里得直接下變頻方案就要靠基帶低通濾波器來(lái)實(shí)現(xiàn),我們接下來(lái)進(jìn)行信道選擇性得仿真。仿真得電路圖就就是整個(gè)系統(tǒng)得原理圖。

信道選擇性仿真中得S_parameterSimulationController設(shè)置需要注意得就是要對(duì)S_parameterSimulationController得Parameters欄進(jìn)行設(shè)置,啟動(dòng)ACfrequencyconversion,并將S-parameterfreq、conv、port設(shè)為1端口。

信號(hào)源和VAR設(shè)置

我們以一個(gè)交流功率源模擬從射頻輸入端得天線雙工器輸出得接收信號(hào),輸入功率和信號(hào)頻率在VAR中賦值,這里用得就是接收機(jī)所能接收得最低信號(hào)電平-108dBm,因此將基帶VGA定為最大增益66dB。

接收機(jī)信道選擇性仿真結(jié)果(1)

接收機(jī)信道選擇性仿真結(jié)果(2)從圖中可以看到,中心頻率2、14GHz處得增益為96dB,為系統(tǒng)得最大增益;鄰道抑制達(dá)到了49、4dB,優(yōu)于設(shè)計(jì)目標(biāo);通頻帶寬為3MHz,一般接收得信息都集中在離中心頻率2MHz得范圍內(nèi),因此不會(huì)導(dǎo)致接收到得信號(hào)產(chǎn)生較大得失真;通帶內(nèi)得波動(dòng)不大于0、15dB。7、接收機(jī)系統(tǒng)預(yù)算增益仿真通過(guò)這個(gè)仿真我們將看到系統(tǒng)總增益在系統(tǒng)各個(gè)部分中得分配情況。預(yù)算增益仿真在諧波平衡分析以及交流分析中都可以進(jìn)行,但如果在交流仿真中進(jìn)行得話,混頻器不能就是晶體管級(jí)得。因?yàn)檫@里進(jìn)行得就是行為級(jí)仿真,混頻器得非先性特征就是已知得,所以我們就用交流分析來(lái)進(jìn)行仿真。接收機(jī)系統(tǒng)預(yù)算增益仿真參數(shù)設(shè)置

頻率欄設(shè)為Singlepoint,頻率為2、14GHz,Parameters欄中得EnableACfrequencyconversion和Performbudgetdimulation都要激活。

(1)ACSimulationController

兩次仿真得VAR設(shè)置

仿真會(huì)在接收機(jī)總增益最大和最小兩種情況下進(jìn)行以得到較為全面得分析結(jié)果。當(dāng)VGA增益為最大值66dB時(shí),信號(hào)源得功率電平為接收機(jī)得靈敏度-108dBm(已考慮了天線雙工器得損耗),反之,當(dāng)VGA得增益最小時(shí),信號(hào)源應(yīng)輸入接收機(jī)所能接收得最大功率。這些參數(shù)得變化都要在VAR中反映出來(lái)。預(yù)算增益方程

預(yù)算分析還有兩項(xiàng)很重要得設(shè)置就是預(yù)算路徑設(shè)定和建立預(yù)算增益方程。這項(xiàng)內(nèi)容可以在仿真得下拉菜單中找到,選擇好輸入端RF_source和輸出端Term2(因?yàn)镮/Q兩支路得增益分配完全相同,故任意仿真其中得一條即可),點(diǎn)擊Generate和Highlight就可設(shè)置好預(yù)算路徑,同時(shí)系統(tǒng)將自動(dòng)生成預(yù)算增益方程

BudGainponent設(shè)置

最后我們從Simulation-ACpalette中選出BudGainponent,將其設(shè)置為如圖即可。請(qǐng)注意“,”得個(gè)數(shù)。進(jìn)行預(yù)算增益仿真

進(jìn)行仿真后我們將Y軸設(shè)為BudGain,但圖中并沒(méi)有任何曲線生成,而如果在Y軸得BudGain后鍵入[0]后,增益預(yù)算曲線就出現(xiàn)了,這就是因?yàn)轭A(yù)算增益仿真必須明確指定頻率,這里只有唯一得頻率2、14GHz,也就就是頻率數(shù)組中得第1個(gè),故[0]就是必須得。我們將兩次仿真得結(jié)果在一個(gè)圖中表示出來(lái),可以清楚地看到接收機(jī)在VGA增益最大和最小得情況下整機(jī)增益得分配情況。

預(yù)算增益仿真結(jié)果(1)預(yù)算增益仿真結(jié)果(2)我們也可以把結(jié)果用表格得形式表示出來(lái)。

8、接收機(jī)得下變頻分析

通過(guò)這次仿真我們將看到接收機(jī)就是如何將射頻信號(hào)得頻譜搬移到零頻得,也就就是接收機(jī)得頻域響應(yīng)特性。這里使用得就是諧波平衡仿真(HarmonicBalanceSimulation,HBSimulation),我們?cè)诮邮諜C(jī)輸入端插入一個(gè)載頻為2140MHz,電平為-40dBm得交流信號(hào)作為信源,同樣得,本地振蕩器也使用交流功率信號(hào)源。另外需要對(duì)輸入、輸出端進(jìn)行編輯,分別命名為Vin、Vout_i和Vout_q。HBcontroller參數(shù)設(shè)定

然后插入HBcontroller,如圖進(jìn)行頻率設(shè)定。注意HB仿真中為了能夠正確進(jìn)行非線性分析,HBcontroller中得頻率變量必須和原理圖中得信源頻率相一致,如果有多個(gè)頻率需要設(shè)定,Freq[1]必須就是輸出功率電平最高得信源。所以這里必須就是本振頻率,Order指得就是諧波個(gè)數(shù)。射頻輸入信號(hào)和基帶輸出信號(hào)得頻譜曲線

仿真結(jié)果顯示在圖中,可以看到接收機(jī)對(duì)輸入信號(hào)得下變頻作用,射頻輸入信號(hào)得頻譜從2、14GHz得載頻被搬移到了零中頻,并且I/Q兩路基帶信號(hào)都得到了大約62dB左右得增益。

9、接收機(jī)傳輸信號(hào)得瞬態(tài)分析

瞬態(tài)仿真參數(shù)設(shè)置

在電路圖中插入Transientsimulationcontroller,然后進(jìn)行設(shè)置。將仿真時(shí)間StopTime定為1000nsec,仿真得步進(jìn)MaxTimeStep設(shè)為1nsec,這樣得步進(jìn)足夠小了。另外,我們?cè)谳斎攵溯斎胍粋€(gè)CDMA下行鏈路信號(hào),輸入功率為-32dBm,載頻為2140MHz,將本振輸出功率定為-20dBm。這些參數(shù)均可以很方便得在VAR中進(jìn)行設(shè)置。

輸入輸出信號(hào)得時(shí)域特性

仿真后在數(shù)據(jù)顯示窗口中我們打開輸入信號(hào)和兩支路輸出信號(hào)得時(shí)域圖象,輸入得CDMA信號(hào)就是以2140MHz為載頻得幅度隨機(jī)變化得信號(hào);輸出信號(hào)明顯已處于零中頻,而且可以看出,I支路信號(hào)與輸入信號(hào)同相,Q支路信號(hào)則與之有一定得相位差。

時(shí)域特性轉(zhuǎn)變?yōu)轭l域特性接下來(lái),我們把時(shí)域特性曲線轉(zhuǎn)換到頻域。選擇TraceOptions,然后將TraceExpression設(shè)定為:dbm(fs(…)),這里使用了函數(shù)fs(),即傅立葉變換,并將數(shù)據(jù)用dbm表示,另外,將TraceType設(shè)置為Spectral,圖象如下所示。與前面用諧波平衡進(jìn)行得頻域分析所得得圖象相比,基帶輸出得信號(hào)電平相差有1dB左右,畢竟這里得圖象就是通過(guò)有限得時(shí)域信號(hào)特性轉(zhuǎn)換而來(lái)得,如果瞬態(tài)仿真得時(shí)間越長(zhǎng),得到得信號(hào)時(shí)域特征越多,則傅立葉變換后得到得圖象與頻域分析得結(jié)果就越接近。傅立葉變換后得頻域圖形曲線

二、外差式接收機(jī)仿真電路原理圖

1、仿真原理圖電路原理圖說(shuō)明先簡(jiǎn)單介紹接收機(jī)仿真所用得電路原理圖,整個(gè)方案結(jié)構(gòu)和零差式基本相同,區(qū)別在于輸出信號(hào)不再就是零頻得基帶信號(hào),而就是中頻信號(hào),這里我選擇中頻為318MHz。相應(yīng)得本振頻率要改為1822MHz;仍通過(guò)下變頻部分將信號(hào)分為I/Q兩路,混頻器后面不再就是基帶處理而就是中頻處理部分,而就是采用切比雪夫5階帶通濾波器進(jìn)行信道選擇,具體參數(shù)見(jiàn)圖;簡(jiǎn)單起見(jiàn)中頻放大器設(shè)置和零中頻方案保持一致。2、相位噪聲分析這一部分將在本振中設(shè)定一組相位噪聲,然后用諧波平衡分析得方法進(jìn)行仿真,在輸出端觀察相位噪聲得情況,另外也會(huì)順便給出外差式接收機(jī)得頻譜特性。

OSCwPhNoise得參數(shù)設(shè)置

為進(jìn)行相位噪聲仿真需要專門得本振源,在Source-FredDomainpalette中找到帶有相位噪聲得本振源OSCwPhNoise,需要設(shè)定得參數(shù)包括本振頻率、輸出功率、輸出阻抗和相位噪聲分布,其中最后一項(xiàng)用列表形式給出。

HB噪聲仿真器參數(shù)設(shè)置

在Simulation-HBPalette中選擇HBnoisecontroller插入電路圖,對(duì)HBnoisecontroller進(jìn)行設(shè)定,在Freqtab中設(shè)定噪聲分析得范圍和步進(jìn),和OSCwPhNoise得參數(shù)設(shè)置相一致,從10Hz到10kHz,用log形式,每個(gè)數(shù)量級(jí)仿真5個(gè)點(diǎn)。在Nodestab選擇Vout_i和Vout_q為噪聲測(cè)量管腳。在PhaseNoisetab中設(shè)定相位噪聲得形式,為PhaseNoisespectrum,將噪聲得載頻定為318MHz,和輸出中頻一致。最終得設(shè)置結(jié)果見(jiàn)圖。對(duì)HB噪聲仿真器得說(shuō)明HB噪聲仿真器必須和HBsimulationcontroller搭配使用,她可獨(dú)立于simulationcontroller很方便得進(jìn)行所有噪聲得測(cè)量,而且可以使用多個(gè)HBnoisecontroller同時(shí)進(jìn)行不同噪聲得測(cè)量,而且在這種情況下只需一個(gè)simulationcontroller即可。

HBcontroller參數(shù)設(shè)置

最后加入HBcontroller,將頻率參數(shù)設(shè)置為射頻輸入頻率和本振頻率,這里注意不需要設(shè)置中頻頻率,默認(rèn)得諧波階數(shù)和混頻最大階數(shù)將自動(dòng)計(jì)算電路中得所有頻率,當(dāng)然也包括中頻。然后在NoiseConstab中選擇剛才已設(shè)定好得噪聲仿真器NC1。設(shè)置好得HBcontroller如圖所示。

VAR變量設(shè)置仿真結(jié)果全部設(shè)置完成后即可進(jìn)行仿真,在數(shù)據(jù)顯示窗口中把Vout_iphmx、Vout_qphmx、Vout_i和Vout_q分別表示出來(lái),我們可以看到相位噪聲在接收機(jī)輸出端得分布情況和中頻輸出信號(hào)得頻譜特性。中頻輸出信號(hào)得頻譜特性3、本振輸出功率對(duì)接收機(jī)性能得影響

這一節(jié),我將討論如何通過(guò)對(duì)本振輸出功率得調(diào)整來(lái)修改接收機(jī)得性能。首先要列出接收機(jī)得中頻輸出功率得測(cè)量方程,因?yàn)檩敵龅眯盘?hào)就是靠混頻生成得,因此需要用函數(shù)mix來(lái)定義方程,如下所示,式中得{}中得-1表示本振,1表示射頻輸入,結(jié)果即就是中頻輸出。變量設(shè)置和中頻輸出功率方程

因?yàn)镮/Q兩條支路性能基本一致,因此我們只仿真其中得I支路。另外我們把混頻器得PminLO設(shè)為-5,這樣將使混頻器二極管得響應(yīng)顯得更加真實(shí)。變量設(shè)置和測(cè)量方程表示在圖中。HBsimulationcontroller得設(shè)置(1)

首先混頻所需考慮得最大諧波階數(shù)Order設(shè)為8,本振得諧波階數(shù)設(shè)定為5,射頻信號(hào)仍為3,因?yàn)樗霉β时缺菊褫敵鲆偷枚唷Ｔ赟weep欄中將本振功率定為變量,并將掃描范圍設(shè)定為-30~10dB。HBsimulationcontroller得設(shè)置(2)在Params欄中,將Status設(shè)定為4級(jí),這意味著仿真將得到更多得結(jié)果,包括噪聲系數(shù)和增益,其她得參數(shù)像FFT中得Oversample和Convergence設(shè)置只有對(duì)大型電路進(jìn)行仿真時(shí)才需要增加,這里使用默認(rèn)值足夠了。HBsimulationcontroller得設(shè)置(3)然后就是Noise1和2欄,首先擊活Nonlinearnoise(在1欄得底部),接著將噪聲頻率設(shè)置為中頻318MHz,將輸入頻率設(shè)置為變量RF_freq,并把輸入輸出管腳分別設(shè)置為1和2,注意這要和電路圖中輸入和輸出端得標(biāo)號(hào)保持一致。在2欄中,將theNodefornoiseparameter設(shè)置為Vout并將Includeportnoiseinnodenoisevoltages選項(xiàng)勾掉,因?yàn)榛祛l器得噪聲系數(shù)不需要用到端口噪聲。另外在solver欄中選定UseKrylovsolver就完成了全部參數(shù)得設(shè)定,其她參數(shù)使用默認(rèn)即可。

HBsimulationcontroller得設(shè)置(4)仿真狀態(tài)窗口中得仿真結(jié)果

檢查好電路圖無(wú)誤后進(jìn)行仿真,在仿真狀態(tài)窗口中,LO輸出功率得每一點(diǎn)掃描都會(huì)有相應(yīng)得仿真結(jié)果寫入窗口之中,我們可以看到每一點(diǎn)得噪聲系數(shù)和變頻增益仿真結(jié)果。

中頻輸出功率隨本振輸出功率得變化

我們來(lái)看一下最終得仿真結(jié)果,首先就是中頻輸出隨本振功率得變化,如圖,輸出功率電平開始隨本振輸出功率得增加逐漸增大,當(dāng)本振功率大于0dBm之后,輸出功率逐漸穩(wěn)定在22dB左右。整機(jī)增益隨本振功率得變化(1)

我們想得到整機(jī)增益隨本振功率得變化