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ADS教程第6章

发布时间：2010-07-23   来源：文档文库   
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实验六、滤波器：设计指导、瞬态和矩量法仿真

概 述

这节将说明在ADS中创建滤波器和使用瞬态仿真器的基本操作。设计指导是用来构建一个集总元件滤波器，矩量法（Momentum）是用来测试微带滤波器。
任 务

运用设计指导构建一个200MHz中频低通集总参数滤波器 构建一个1.9GHz射频带通微带滤波器 在微带滤波器中完成瞬态分析
用矩量法（Momentum）仿真微带滤波器 选学——DAC（数据通路元件）练习

目 录

1. 改变项目，开始运行设计指导 „„„„„„„„„„„„„„„„ 96 2. 放入一个LPF（低通滤波器）Smart元件并设计滤波器 „„„„„„ 97 3. 1.9GHz微带带通滤波器 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„99 4. 在微带滤波器中的瞬态分析 „„„„„„„„„„„„„„„„ 101 5. 在电路版图（layout）中进行矩量法（Momentum）仿真„„„„„„104 6. 选作：数据通路元件（Data Access Component）的阻抗响应„„110

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步 骤
1. 改变项目开始运行设计指导。
以下步骤将说明一个设计指导怎样既快速又准确地生产一个滤波器。其方法与E-syn类似，但对期望的响应和拓扑结构有更多的选择和更强的控制。
a． 进入ADS主窗口，然后点击File>open Project。
b．如果你被提示保存所有你当前的文档，选择Yes to All，然后打开你先前的任务system_prj。 c． 新建一名为filter_lpf的原理图。
d．确认该原理图是当前你的屏幕上唯一打开的原理图。现在我们将通过以下三个步骤开始该过程。
点击命令DesignGuide >Filter。

出现对话框后，选择Filter Control Window并点击OK。然后找到新窗口Filter DesignGuide。在下一步，你从面板放入一个smart元件之后该窗口将被激活。




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在滤波器设计指导控制窗口中点击Component Palette —All图标（如xia下图所示）。在你的原理图窗口中会立即出现元件面板。现在你就可以放入smart元件了。


2. 放入一个LPF（低通滤波器）Smart元件并设计滤波器。
a． 在即时（prompt）对话框出现后，在Filter DG（DesignGuide）面板中选择low-pass filter DT（dual terminated——双终端）并点击OK。然后在原理图中放入元件。按ESC键来结束命令。


b．把滤波器设计指导窗口放到原理图旁边，激活后点击Filter Assistant标签栏。如下图所示的操作可将其激活。然后即可进行详细操作了。


c． 在滤波器设计指导窗口（如图所示），输入以下三个滤波器的详细特性参数。
(波纹）Ap(dB=0.1 (通带）Fp=0.2GHz (阻带）Fs=1.2GHz
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d．设置好滤波器的响应后，点击Redraw看响应曲线的改变，这是一个巴特沃斯响应为系统的中频输出提供一个集总参数滤波器。

e． 点击Design按钮，用以设计滤波器。
f． 在你的原理图上，Smart元件具有你所要求滤波器的特性，而且滤波器电路已经创建好了。进入（push out）DT元件来检验电路。然后，而跳回到上层电路（pop out），如图所示

g．进入Simulation Assistant(仿真辅助。设置扫描从0Hz到1.3GHz，步长为10MHz，然后点击Simulate按钮查看结果：一个模版会运行S参数仿真并显示结果。

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h．检验数据显示。移动Marker（标记）M1到100MHz处，注意spec曲线（A到B）和工作情况表，它会比较输入参数和结果——-20dB阻带在800MHz处，这已经能满足我们的系统要求。



i． 检验完数据后，使用ADS主窗口命令File>Close all来保存和关闭所有的窗口。在后面的课程中我们还将用到这个滤波器。下一步，我们将构建输入滤波器。

3. 1.9GHz微带带通滤波器。
在以下几个步骤，你将运用ADS电路仿真器构造和仿真一个耦合微带线滤波器。其后，你将用它生成版图（layout）并运用矩量法（Momentum）仿真。这一步只是简要展示在一例子中矩量法（Momentum）是怎样工作的。
a． 新建一个原理图，命名为filter_1900. b．如右图所示，从TLines-Microstrip面板中放入一个MCFIL。因为两端元件是对称的（CLin1 和CLin2），通过键入W、S和L参数（见图示）或通过第一个耦合节再拷贝它，这样可以省时间。然后，插入一个中间耦合节（CLin3）并输入它的值。


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c． 在两终端插入端口连接器，如图所示。

d．从微带面板中，插入MSUB（substance definition——基片定义参数），如图所示。如没有其它设置要求，将使用默认的基片参数。



注意：在滤波器S21响应中—滤波器的S参数仿真(S-21是作为参考显示在这里的，此时不需要用S参数仿真器来仿真。

e．在原理图中，点击File>Design Parameters.当对话框出现后，选择ADS内建带通滤波器符号；SYM_BPF并点击OK。

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e． 再次保存设计图以保证所有的设置都保存了。该滤波器将在以下的步骤中和以后最终的系统设计中使用。


4. 在微带滤波器中的瞬态分析
a． 用一个新的名称filter_trans保存原理图（filter_1900）。 b．通过删除(deleting端口连接点修改原理图，如下图所示。 c． 从Source-Time Domain（时域源）面板中选取VtSine作为输入（确保接地）。作瞬态分析时推荐使用时域源。
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d．在输入和输出端插入一个50Ω的电阻，并通过它接地。 e． 标注Vin和Vout点（如图），电路图应该与下图相似。



f． 从Simulation-Transient面板中，调入Transient simulation controller（瞬态仿真控制器），并如图所示设置Stop Time（停止时间）的MaxTimeStep（最大时间步长）。仿真将从时间0（默认）开始经过15个输入信号周期(8ns后停止。另外，时间步长将以最高频信号成份的两倍速率（Nyquist定律）来取样，此处显示的是第15次皆波。


g．仿真并在仿真以后，插入一个Vin和Vout的矩形图，对每条轨迹进行编辑（Trace( Options），然后Place symbol at data（为数据添加符号）—这将显示发生在仿真中的时间点。
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h．放大（Zoom 5ns后的平面图，把Markers（标记）放在Vin和Vout的峰值处，如图所示。


i． 写一个方程式（如下图）来计算通过滤波器的延迟：Marker-difference。运用indep函数会计算标记之间在x轴上的差（独立变量=time）。

j． 插入一个Marker_vol的列表并且运用曲线选项(Plot Options去掉独立数据（如图）。其值是程序开始以后通过滤波器的延迟。根据你需要，放大观察和放置Marker的地方，所得值有细微的差别。如下图，通过该滤波器的延迟是44ps。
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k．保存原理图但不要关闭。保存和关闭数据显示。下面将用矩量法（Momentum）对滤波器仿真。

5. 在电路版图中进行矩量法(Momentum仿真
关于矩量法(Momentum）课程备注—如果你希望在后面学习矩量法(Momentum课程，你可先跳过这一步骤进入下一个实验或选学的DAC练习。
a． 用新的名称filter_mon保存filter_trans。 b．通过点击原理图窗口命令：Layout>Generate/Update Layout，把filter_mon从原理图转化到电路版图。


c． 当下一个对话框出现时，确保开始元件是P1(从原理图来的端口连接1），这样从左到右电路版图才能正确形成。点击OK，你将看到另一个对话框，它显示电路版图窗日中产生的所有元件。
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注 意：没有MSUB，将只是5个元件而不是6个，它们都是对的。 d．当电路版图打开时，检验你是否得到三节耦合线和两个端口。如果此时你放大一个端口（如图），你将看到它连接到金属的边缘。对于Momentum解决方法，并不需要将端口连接在线的中间—只需接在两头即可。当电路版图生成后，矩量法端口能被插入布线图。



e． 下一步是在Momentum定义基片参数。为完成该步骤，使用如图所示的版图命令改变原理图MSUB定义： Momentum>substrate>update
From
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Schematic。

f． 现在在矩量法中验证定义的10mil基片（substrate）。点击Momentum>Substrate>Create/Modify,在对话框中你将看到MSUB的值。如果这些设置正确，点击OK。



g．你也可以查看一Metallization Layers标签，通过它们可以看到在版图中层是怎样 被标识的：cond是金属带层。但是不要再作任何改变。

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h．仿真前，关闭Momentum的边缘网格功能可以更快得到结果。点击：

Momentum>Mesh>Setup.当对话框出现后，注意到有许多关于网格的功能设置。但是现在，关闭边缘网格（不要勾上复选框），然后点击OK。


在矩量法(Momentum分析过程的备注—步骤的顺序：计算基片参数定义（格林函数），创建网格或栅格图(mesh or grid patten），然后仿真。
i．点击Momentum>Simulation>S-parameters,用以仿真。对话框出现后，如图输入扫描， 从1GHz到3GHz扫描共有201个扫描点。点击Update，它将在频率计划（Frequency Plan）中出现。然后点击Simulate按键，询问对话框出现后点击Yes查看状态窗口，适合的扫描类型是默认的，并且通过求解被选择的点，其适合曲线算法将运行电磁（EM。
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j．当ADS数据显示打开后，注意到Momentum模板看上去与ADS有点少许不同—这是正确的。放大S21平面图。如图所示一样，期望的响应与你从电路仿真器所得到的很相似，由于求解模式的不同又具有许多的不同之处。同样，放大（zoom可看到网格（mesh patten。





k．下一步，沿着滤波器画一个简单粗略的矩形（图标如下所示）。矩形大约2000mils长，60或70mils宽。画矩形时，注意如图所示光标从(X，Y=(0， 0）开始画。同样，你可以测量对象，方法是用光标点击版图并观察值的变化。这一步的目的是说明Momentum能分析滤波器与矩形（金属）的耦合。在此末端，滤波器与矩形的距离约为lomils；L：约2000mils长或比
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滤波器稍长；点击并移动鼠标，观察窗日底部（如左图所示）的变化，或者通过以下方式测量对象：Insert>Measure并点击要测量的两点。



l．当矩形画在版图附近后，运行另一个Momentum仿真，点击Momentum>Simulation> S-parameters。当对话框出现后，简单改变数据组名称如图为filter_mom_strip，然后点击Apply（应用）和Simulate。


m．这个仿真可能花费的时间比较久（几分钟），因为现在有更多的未知网格单元需估计，因此需要更多的计算时间。当数据显示出现后，你能看到它的响应在通带附近或边缘有一谐振，其位置依赖于你设置的矩形的尺寸及
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位置。这是一种只有矩量法才具有的仿真。观察S21结果然后关闭版图和数据显示。不需要保存此设计。


n．你现在有两个滤波器，它们在以后的RF系统中将被用到。它们是：1 filter_lpf——这是先前建立的200MHz低通滤波器。2 filter_1900——我们己经运用瞬态仿真器和矩量法(Momentum对这种微带耦合线滤波器进行了仿真。现在可关闭和保存所有设计和窗口。

6．选作—数据通路元件的阻抗响应
一个DAC元件是一个基于文件的元件。它包含不同的数据格式，有的来自测量、表格数据或其他ADS能识别的有效文件类型的数据。在本步骤中，你将创建一个有在一定频率范围内变化的复数阻抗值的简单文件。记住DAC能用于创建如下模型：频率敏感性阻抗，变容管，步长函数（step function，源比特序列（bit sequences for sources），时域序列（time domain sequences）等。许多时候用文件比用一个长方程或在原理图上列表更为有效。总的来说，DAC工作就是这样：它是一个在数据目录中指向一个文件的元件。在这个例子中，你创建一个文件，它被用于ADS元件阻抗参数—仿真器很容易读取这个文件。 a． 打开一个新的原理图，命名为：Z_DAC。
b．参照如下原理图：先从Simulation-S_Param面板放入一个接地终端（Term）。然后，放入Eqn Based linear面板中基于方程线性端口的Z1P_Eqn (Zlport。然后放入一个S参数控制器和一个从数据项目（Date items面板中取出的处于默认状态的DAC（状态未设定）。

c． 按一个低通滤波器的方式设置S参数仿真：如图所示以10MHz为步长从
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10MHz到20OMHz，然后再次保存原理图。
d．在Windows操作系统中，从开始>所有程序>附件中打开Windows自带的记事本（Notepad）。如果记事木是ADS默认文本编辑器，则可以用ADS主窗口命令(Options>T'ext Editor）打开。


DAC文本文件的备注：你不能使用格式如写字板(Wordpad的程序，记事本（Notepad是可以的。 e． 写一个mdf文件（多维数据文件）（如图），保存在数据（DATA目录中，命名为z_dac.mdf。

mdf格式文件的备注：如果文件是以.txt格式保存的，需要时运用Windows文件浏览器改变其名称。在文件中第一列中是4个频率点，第二列和第三列是每个频点阻抗的实部和虚部。
f． 在原理图上，编辑S参数控制器。在 Parameter标签栏中，设置计算z参数而不是S参数。在Display标签栏中，检查扫频变量(Sweep Var，开始（Start）、截止（Stop）、 步长（Step）等，并设置它们如下面所示，以10MHz为步长扫描频率从10MHz到200MHz。你将得到所有频点的插入数据。



g．在原理图上，给ZIP输入数值：Z[1，1]=file｛DAC,’’my_z’’｝。式中，my_z是指文件中的复数值。

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h．如图所示编辑DAC：输入文件名，选择类型，等等。同时，iVar1(my_freq是独立变量名，iVa1I(freq是独立变量值。当“f req”被扫描时，“my_f req”将在文件中被索引并且DAC将返回一个在扫描范围内“my_z”插入的复数值。



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i． 仿真并产生两条细线，如图所示，z（1，1）的实部和虚部曲线。正如我们看到的，Zport能被用作所需的任意频率敏感元件。对于多个元件，简单地创建各个元件的文件，并把它输入各个元件就可以了。




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附加练习：
1.利用经验法则：BW=0.35/r.s,计算在瞬态仿真中滤波器的带宽。上升时间应从时间原 点到大约6ns，可用Marker和方程式来计算。 2.试着用设计向导来计算其它的电路型式或其它一些设计。
3.创建一个频率敏感电感的DAC，并在一个简单的CLC滤波器中对它进行仿真。该DAC将包含滤波器在各个频点的值。


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本文来源：https://www.2haoxitong.net/k/doc/2f4b2fd184254b35eefd3440.html

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