ADS軟件介紹與入門

1、ADS 軟件介紹與入門 朱兆君,三、ADS軟件介紹與入門,3.1 ADS軟件概要,ADS（Advanced Design System）軟件，是Agilent公司專門為RF工程師及DSP工程師開發(fā)的EDA工具，是國內(nèi)外各大學(xué)和研究所使用最多的射頻微波電路和通信系統(tǒng)仿真軟件。其功能非常強大，仿真手段也豐富。主要應(yīng)用于：射頻和微波電路的設(shè)計，MMIC和RFIC的設(shè)計，通信系統(tǒng)的設(shè)計，數(shù)字邏輯及DSP設(shè)計。微波電路系統(tǒng)版圖內(nèi)含電磁場仿真工具Momentum，并且能使版圖與原理圖自動同步，大大提高了版圖設(shè)計效率。,3.1 ADS軟件概要,ADS能幫助用戶解決從概念到產(chǎn)品、從器件到系統(tǒng)，整個過程中各個環(huán)

2、節(jié)的設(shè)計問題。 ADS的設(shè)計覆蓋了從集總參數(shù)到分布參數(shù)；從低頻到高頻；從數(shù)字到模擬；從時域到頻域；從線性到非線性；從電路到電磁場；從單個器件到整機等全方位的設(shè)計。 計算機輔助設(shè)計過程都包含三個基本步驟：(1)建立電路的數(shù)學(xué)模型；(2)搭建仿真模型，并對模型進行分析計算；(3)對設(shè)計進行參掃和最優(yōu)化。,ADS系統(tǒng)包括幾個設(shè)計窗口、 幾萬個元件組成的元件庫、附帶的一個二維半的場分析工具Momentum以及與第三方軟件的互聯(lián)工具。這些工具全部集成在一個圖形用戶環(huán)境中，方便好用。 系統(tǒng)中的幾萬個元器件參數(shù)來自眾多廠家，已使用多年，真實可靠，并持續(xù)更新中；許多元器件還包含物理結(jié)構(gòu)信息； 同時系統(tǒng)還提供了

3、開放式的元件庫，用戶可根據(jù)自己的需要進行擴充和構(gòu)建。,3.1 ADS軟件概要,ADS把一個設(shè)計任務(wù)稱之為一個工程or項目（project），并建立一個單獨的工程目錄來裝載與之有關(guān)的所有文件。這些文件根據(jù)不同的類型存入5個子目錄中：networks (存放原理圖和版圖文件) 、data (存放原理圖仿真的數(shù)據(jù)) 、mom_dsn(存放momentum仿真的數(shù)據(jù)) 、verification (存放設(shè)計規(guī)則校驗數(shù)據(jù)) 、synthesis (存放DSP應(yīng)用中相關(guān)的數(shù)據(jù)) 。ADS包含四類設(shè)計窗口：Schematic窗口，編輯和搭建電路原理圖；Hpessofsim窗口，對電路進行各種仿真和計算；Da

4、ta display窗口，以各種形式顯示仿真結(jié)果；Layout窗口，編輯電路版圖和利用Momentum工具進行二維半的場計算。 總之，ADS是一個很龐大的系統(tǒng)，它自身就附帶很多可利用資源，這為RF和DSP工程師提供了很大的幫助。,3.1 ADS軟件概要,3.1 ADS軟件概要,三、ADS軟件介紹與入門,3.2 ADS仿真分析方法、仿真控制器,高頻SPICE分析和卷積分析（Transient、Convolution） S(Z、Y和H等參數(shù))參數(shù)的線性分析（S Parameters） 諧波平衡分析( Harmonic Balance) 電路包絡(luò)分析（Circuit Envelope） 拖勒密分析（

5、Ptolemy） 射頻系統(tǒng)分析 平面電磁仿真分析(Momentum) 立體結(jié)構(gòu)三維電磁仿真分析（EMDS）,大致可以分為：時域仿真、頻域仿真、系統(tǒng)仿真、電磁仿真,頻域 仿真,混合模 式仿真,電磁 仿真,系統(tǒng)仿真,時域仿真,三、ADS軟件介紹與入門,三、ADS軟件介紹與入門,3.3 ADS所提供的輔助設(shè)計功能,設(shè)計指南（Design Guide） 仿真向?qū)В⊿imulation Wizard） 仿真模板與結(jié)果顯示模板(Simulation & Data Display Template) 電子筆記本（Electronic Notebook）,三、ADS軟件介紹與入門,3.4 ADS與其他EDA軟

6、件和測試設(shè)備間的連接,SPICE網(wǎng)表電路轉(zhuǎn)換器（SPICE Netlist Translator） 電路與布局文件格式轉(zhuǎn)換器(IFF Schematic and Layout Translator) 設(shè)計工具箱（Design Kit） 儀器伺服器,三、ADS軟件介紹與入門,3.5 ADS數(shù)據(jù)傳輸格式,三、ADS軟件介紹與入門,三、ADS軟件介紹與入門,3.6 ADS快速入門,3.6.1 打開程序,依次點擊，開始 所有程序 Advanced Design System 2009 Update 1 Advanced Design System 2009 Update 1，出現(xiàn)ADS引導(dǎo)界面，如右圖

7、所示。,啟動后進入主窗口，如右圖所示。,有的電腦上述方法打不開，請點擊桌面上的ADS程序圖表，雙擊打開。,三、ADS軟件介紹與入門,3.6.2 創(chuàng)建項目（工程）,一定要將項目放在系統(tǒng)默認目錄下,三、ADS軟件介紹與入門,3.6.2 打開項目（工程）,a）選擇File Open Project，然后使用對話框定位并打開已存在的項目,b）也可使用主窗口上的文件瀏覽器（File Browser）定位項目并雙擊來打開它,三、ADS軟件介紹與入門,3.6.3 共享項目（工程）,使用主窗口可以使用和共享項目資源。 a ）拷貝復(fù)制一個項目。選擇File Copy Project，然后使用對話框定位并拷貝這個

8、項目。 b）添加鏈接來創(chuàng)建一個分級項目。選擇FileInclude/Remove Projects，然后使用對話框定位并鏈接到這個項目。這樣就可以從已鏈接的項目中獲取所需要的資源，而不需要關(guān)閉正在設(shè)計的project。 c）使用存檔或不存檔，來生成或還原一個簡潔的項目存檔文件。選擇File Archive Project定位并生成存檔項目，F(xiàn)ile Unarchive Project定位并還原一個ADS項目。,三、ADS軟件介紹與入門,3.6.4 創(chuàng)建和打開ADS設(shè)計,ADS使用project（工程或項目）來組織和存儲為設(shè)計生成的原理圖和版圖等信息。一個project可以由單個的原理圖或版圖組

9、成，也可以由多個原理圖或版圖及其包含的內(nèi)部子電路的原理圖和版圖組成。項目中的所有設(shè)計都可以直接從主窗口或從一個設(shè)計窗口內(nèi)顯示和打開。 What to do in a design？ 創(chuàng)建和修改電路圖和版圖 添加變量和方程 放置和修改元件、封裝及仿真控制器 插入文本和說明注釋 仿真設(shè)計和優(yōu)化 由原理圖生成版圖（及從版圖到原理圖）,三、ADS軟件介紹與入門,創(chuàng)建一個設(shè)計design和版圖layout的基本步驟如下圖所示：,仿真&優(yōu)化,三、ADS軟件介紹與入門,可以使用下面兩種方法創(chuàng)建一個新的原理圖設(shè)計： a、點擊主窗口菜單中的Window New Schematic或圖標(biāo) ；b、原理圖窗口上的Fi

10、le New Design，然后使用對話框為你創(chuàng)建的原理圖命名。 并且可以為新的原理圖選擇一個模板，點擊原理圖窗口菜單中的Insert Template。應(yīng)用模板，一些初始設(shè)置、仿真配置等都已完成，可提高效率。 新創(chuàng)建的原理圖如下圖，可以點擊File Save進行保存。,（1）創(chuàng)建原理圖設(shè)計,三、ADS軟件介紹與入門,點擊主窗口菜單中的Window New Layout或圖標(biāo) ；或版圖窗口菜單中的File New Design，然后使用對話框為你創(chuàng)建的版圖命名。 另外，可以從已創(chuàng)建的原理圖窗口利用同步設(shè)計方法創(chuàng)建，在原理圖窗口菜單中點擊Layout Generate/Update Layout

11、產(chǎn)生版圖。,（2）創(chuàng)建版圖設(shè)計,三、ADS軟件介紹與入門,使用主窗口內(nèi)的設(shè)計列表可以進行下列操作 雙擊主窗口中File Browser內(nèi)的Network目錄來顯示所有的設(shè)計，然后雙擊一個設(shè)計將它的原理圖、版圖顯示出來 可以雙擊右邊Design Information內(nèi)的某個原理圖或版圖進行打開,（3）從設(shè)計列表（中可打開原理圖和版圖）,三、ADS軟件介紹與入門,除了前面可以使用主窗口打開一個設(shè)計（版圖），還可以在原理圖（版圖）窗口打開一個設(shè)計（版圖）： 在原理圖（版圖）界面中，選擇File Open，然后使用對話框定位并且打開設(shè)計,（4）打開設(shè)計,三、ADS軟件介紹與入門,在設(shè)計窗口的繪圖區(qū)（

12、工作區(qū)），你可以放置、連接及設(shè)置下列項 電路元件 參數(shù)變量 測試源 仿真控制器 其它設(shè)計作為子電路,（5）添加元件,三、ADS軟件介紹與入門,使用同步設(shè)計（Schematic window Layout Generate/Update Layout或者 Layout window Schematic Generate/Update Schematic）來生成及同步原理圖和版圖之間的關(guān)系，如下圖所示。,（6）同步設(shè)計,三、ADS軟件介紹與入門,點擊原理圖窗口Tools Electronic Notebook可以打開“電子筆記本”工具，它具有以下功能： 可以把項目中的設(shè)計及結(jié)果生成可以在ADS外查

13、看的HTML文件。 可以用來捕獲項目中的原理圖、版圖及數(shù)據(jù)顯示圖像，并且可以從其他源中輸入圖像。,（7）“電子筆記本”工具,三、ADS軟件介紹與入門,3.6.5 仿真和優(yōu)化設(shè)計,可以通過添加和配置仿真優(yōu)化控制器（控件）來進行仿真、優(yōu)化。例如一個DSP設(shè)計需要一個數(shù)據(jù)流控制器，而一個模擬/RF設(shè)計仿真需要一個或更多控制器。你可以手動添加并配置合適的控制器，或者插入包含合適控制器的模板（在原理圖窗口中選擇Insert Template）。雙擊仿真控制器可進行參數(shù)設(shè)置，仿真中會有一個狀態(tài)顯示窗口彈出來。,三、ADS軟件介紹與入門,3.6.6 仿真結(jié)果顯示和分析,仿真結(jié)束后會自動彈出Data Disp

14、lay窗口，在此窗口可以顯示各種結(jié)果以便分析。同時，還可以用來顯示從其他源（如網(wǎng)絡(luò)分析儀等）輸入的數(shù)據(jù)。 在Data Display窗口中你可以： 以多種圖表和格式顯示數(shù)據(jù) 使用標(biāo)記讀取曲線上特定點的數(shù)據(jù) 使用方程式對數(shù)據(jù)進行處理 用文本及插圖注釋結(jié)果 讀入從外部源輸入的數(shù)據(jù),三、ADS軟件介紹與入門,創(chuàng)建一個數(shù)據(jù)顯示的基本過程如下圖所示。首先，a）選擇繪圖的類型；b）選擇包含你想要顯示的數(shù)據(jù)集；c）選擇數(shù)據(jù)變量；d）選擇掃描類型。,（1）創(chuàng)建數(shù)據(jù)顯示,design,三、ADS軟件介紹與入門,如果已使用模板創(chuàng)建一個仿真設(shè)計，那么用來創(chuàng)建和顯示結(jié)果的初始設(shè)置已經(jīng)完成了?？梢詮闹鞔翱凇⒃韴D窗口或

15、布局圖窗口查看仿真結(jié)果，選擇Window Open Data Display 并使用對話框載入及打開結(jié)果。 在原理圖窗口中手動創(chuàng)建一個數(shù)據(jù)顯示的過程如下圖所示。,三、ADS軟件介紹與入門,ADS可以利用等式對仿真的數(shù)據(jù)進行操作，這些等式是基于AEL(Application Extension Language)語言中的庫函數(shù)，AEL與C語言類似，但語法規(guī)則還是稍有差別。如果希望具備ADS專家級應(yīng)用水平，必須熟練掌握AEL語言及其庫函數(shù)。 在Data Display窗口中創(chuàng)建并編輯一個等式如下。,（2）使用函數(shù),三、ADS軟件介紹與入門,3.6.7 設(shè)計文件及數(shù)據(jù)的輸入、輸出,輸入或輸出一個設(shè)計

16、（原理圖或版圖）： a）在原理圖或版圖窗口選擇File Import(或Export)；b）選擇文件類型；c）選擇文件名。 輸入或輸出數(shù)據(jù) 測試儀器的數(shù)據(jù)：a）在原理圖窗口點擊Tools Instrument Server；b）點擊Read（或Write）；c）指定文件類型及路徑。 仿真的數(shù)據(jù)a）在數(shù)據(jù)顯示窗口點擊Tools Data File Tool；b）點擊Read（或Write）；c）指定文件類型及路徑。,ADS簡單實例展示,ADS簡單例子-集總參數(shù)濾波器適時調(diào)諧,ADS的適時調(diào)諧功能可以快速把握器件性能變化發(fā)展的方向,為進一步優(yōu)化設(shè)計，尋找一個最佳初值。,ADS簡單例子-諧波平衡法對

17、RFIC仿真,Blackbox 嵌套子電路,ADS簡單例子-諧波平衡法對RFIC仿真,ADS簡單例子-直流仿真BJT的工作曲線族,ADS簡單例子-直流仿真,先另建一個design，取個名字bjt，創(chuàng)建子電路。,Bf- Ideal Maximum Forward Beta. Ise- base-emitter leakage saturation current. Vaf- forward early voltage(截點電壓)： 該電壓是晶體管的電流-電壓曲線在電壓軸上延伸的交點電壓(理想情況下無窮大)。實際中用它來描述在線性放大情況下，集電極電流與集-射極電壓的關(guān)系一個參數(shù)，也就是集電極電流

18、是會隨集射電壓而變化。這在晶體管的交流分析和設(shè)計中，用它可以計算輸出電阻，特別是在有限的輸出電阻。,雙極晶體管模型：,ADS簡單例子-直流仿真,FileDesign Parameters（作為子電路的一些參數(shù)設(shè)置）,ADS簡單例子-直流仿真,新建一個design，取名bjt_dc，插入BJT_curve_tracer模板；在Library里找到project下剛才創(chuàng)建的子電路bjt，拖入電路中，連上線，即可仿真。,ADS簡單例子-直流仿真,選取此點作為直流工作點,ADS簡單例子-直流仿真(偏置電阻的計算),基極電壓由集電極電壓取，集電極電壓由5V電壓源取,插入節(jié)點標(biāo)號,ADS簡單例子-直流仿真(偏置電阻的計算),可觀察電壓、電流,ADS簡單例子-直流仿真(溫度漂移的計算),ADS簡單例子-RF接收機前端系統(tǒng)S參數(shù)仿真,特性模型的使用,縱觀系統(tǒng)總體性能,ADS簡單例子-RF接收機前端系統(tǒng)相位仿真,ADS簡單例子-RF接收機前端系統(tǒng)相位仿真,ADS簡單例子-交流仿真,ADS簡單例子-微帶LNA仿真,ADS簡單例子-微帶LNA仿真,ADS簡單例子-微帶LNA仿真,ADS簡單例子-微帶LNA仿真,ADS簡單例子-微帶LNA仿真,3.3G: 41.05dB -24.13dB 3.6G: 36.5dB -22