实验S参数仿真与优化.docx
- 文档编号:1808934
- 上传时间:2022-10-24
- 格式:DOCX
- 页数:24
- 大小:1.20MB
实验S参数仿真与优化.docx
《实验S参数仿真与优化.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《实验S参数仿真与优化.docx(24页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
实验S参数仿真与优化
实验五、S参数仿真与优化
概述
本练习继续进行amp_1900设计。
它将讲述如何对各种S参数进行设置、运行、优化以及对结果绘图。
此外,优化器也用于创建阻抗匹配网络。
任务
●测量增益和阻抗
●设置并使用扫描计划,参数扫描和阻抗方程
●计算匹配网络的值
●对匹配网络调整
●优化处理,以满足设计目标
●使用噪声和增益圆图
1.设置理想元件电路和仿真…………………………………………………73
2.仿真并对数据绘图,其中包括修正的读出标记…………………………74
3.写出改变终端阻抗的方程…………………………………………………75
4.在数据显示中计算L、C值………………………………………………75
5.代入L和C计算并仿真……………………………………………………76
6.添加匹配元件L和C,仿真,并对结果绘图……………………………78
7.调整输入端匹配值…………………………………………………………79
8.添加输出匹配元件…………………………………………………………80
9.设置优化控制器和优化目标………………………………………………80
10.使元件能够进行优化处理(启动元件优化处理)………………………82
11.对结果绘图…………………………………………………………………84
12.更新优化值并禁用Opt函数………………………………………………86
13.对最终匹配电路仿真………………………………………………………88
14.带增益和噪声圆图的稳态方程……………………………………………89
15.选学—对S2P文件读/写S参数数据……………………………………91
步骤
1.设置理想元件电路和仿真
a.以s_params名保存上一原理图设计(ac_sim)
b.按如下步骤修改设计以匹配原理图:
●删除AC源和控制器,并删除测量方程、参数扫描以及所有无用变量等。
●从SimulationS_Parameter模板(Palette)中插入终端负载(Term)。
●从集总元件模板中插入两个理想电感:
DC_feed以隔离RF与直流通路。
●插入两个理想的隔离(DCblock)电容。
●点击Name图表删除节点名,使其为空,再点击节点名(Vin和Vout)。
对于S参数仿真,端口终端(Num1和Num2)本身提供了节点。
c.插入一个S参数(S_Parameter)仿真控制器,并设置Start=100MHz,Stop=4GHz,Step=100MHz。
d.保存(Save)设计。
2.仿真并对数据绘图,其中包括修正的读出标记
a.确认数据组名为s_params,然后仿真。
b.仿真完成后,引入S21(dB)的矩形图,在1900MHz处插入一标记,并确认此处增益为20dB。
c.引入S11的史密斯圆图(Smithchart),并在1900MHz插入标记。
选中读出器(readout),按方向键可移动标记。
d.编辑标记读出器(markerreadout)(通过双击标签栏)。
在史密斯标签栏中把Zo改为50Ω
3.写出改变终端阻抗的方程
a.在原理图中,对端口2写方程,使其终端Z在频率大于400MHz时阻抗为35Ω:
Z=iffreq<400MHzthen50else35endif。
b.仿真,然后引入PortZ
(2)的列表(list)。
检查在频率大于400MHz时Z是否为35Ω。
c.把端口2阻抗重置到Z=50Ω.
4.在数据显示中计算L、C值
有偏置电路的传输和反射特性表现为20dB增益,但在输入口处与50Ω有失配。
直流供电和隔离(feedsandblocks)也是理想的并需要实际元件值。
a.在数据显示器中,写一方程XC,对应为1900MHz处的10pF的容抗。
然后,对方程XC列表(list),如下图所示。
如果需要的话,用PlotOptions命名列表。
作为低电抗,10pF值的电容为一隔直电容。
b.改变方程中的电容值,检查XC列表是否自动刷新(例如把电容值改为20pF,XC值变为-4.188)。
c.创建一个表示电感值和感抗范围的表格。
L_val的扫描范围从1nH到200nH,步长为10nH。
在ADS中,两个冒号句法表示未定计划(wildcard)(对所有值),也可用来表示范围,如下所示。
方括号用于生成扫描。
写好方程并列表后(如下图所示),下拉列表的滚动条,随着电感值增加,1.9GHz处的电抗值也增加,因此,120nH对于DC馈电已足够(RF扼流圈)。
关于方程和表格的备注:
你可将方程和表格拷贝至另一数据显示(CtrlC/CtrlV),或者使用命令File>SaveAsTemplate以模板格式保存数据显示文件,这样可被其他任务引用。
d.保存(Save)当前的数据显示文件和原理图。
5.代入L和C的计算值并仿真
a.以新文件名s_match保存原理图
b.把两个隔直电容的文件名(DC_Block)改为C,它们将自动变为集总参数电容,如下图所示。
并把两电容值均设为C=10pF。
c.以相同方式改变理想电感(DC_Feed),并把值都设为L=120nH。
根据XL和L_Val表格栏,1900MHz处电抗为1.5KΩ,在设计中,其值在此频率点是合理的。
d.现在原理图应与下图相似,检查各元件值并仿真。
e.在数据显示中,对传输参数(S12和S21)和反射参数(S11和S22)数据绘图并作标记,如下图。
注意增益曲线比较平坦,泄露也适当,但阻抗并未匹配。
在下一步骤中,你将对输入进行调谐使之与50Ω匹配,并对输出进行优化处理至50Ω匹配。
6.添加匹配元件L和C,仿真,并对结果绘图。
考查S11数据,并联一个电容C将把标记点朝50Ω恒定电阻圆图靠近。
一个串联电感也可使其沿50Ω圆朝Smithchart圆心移动。
初始选择的L、C值要使电路无损耗地通过1900MHz。
a.在输入端添加串联电感L=10nH和并联电容C=1pF,如下图所示。
对该实例,将其重命名(Rename)为L_match_in和C_match_in,如图所示。
记住F5键可移动文本框。
b.设置仿真步长为10MHz,仿真并查看响应。
注意增益仍然适当,泄漏(S12)也很好,但输入阻抗S11仍未靠近50Ω,下一步将使用调谐器使输入端匹配更接近50Ω。
7.对输入端匹配值调谐
a.在原理图中,同时选中元件L_match_in和C_match_in,通过(Simulate>tuning)或使用图标来开启调谐器(tuner)。
然后把原理图窗口移到屏幕底部
b.在调谐器控制中。
选择Details模式。
如下所示设置仿真:
AfterpressingTune,并把TraceHistory设为0。
把Min/Max范围也设为C=0到2,L=0到40,如下所示。
C的步长(stepsize)设为0.01,L设为0.1。
c.此时原理图窗口在屏幕底部,把调谐控制对话框移到数据显示器旁,以便你能看到Smith圆图。
现在,对L、C值调谐(增加L,减小C)并点击Tune,就可以观察随之改善的结果,在某些频率点,S11会很接近50Ω,继续以上操作直到你得到的结果与下图相似。
d.在调谐器中点击Update,并查看原理图中L和C的元件更新值约为L_match_in=14.3nH,C_match_in=0.4pF,它们在本步骤中不必很精确。
然后点击调谐器中的Cancel按钮。
在下一步中,你将精确的设定L和C的值。
8.添加输出匹配元件
现在输入阻抗已很好地和50Ω匹配,增益也有增加,但输出阻抗(S22)却几乎是开路的。
因此,需要在输出端引入一相似的拓扑结构并对其响应仿真。
a.选中输入端L和C,使用Copy图标(如下所示)生成一个对元件的拷贝。
然后拷至输出端附近,删除导线,并按下图所示把它们接入输出端。
b.仿真并用S22曲线上的Marker检查在1900MHz处的响应。
你的数据应与如下所示数据相似,即S22此时应更接近50Ω,但是S11已改变。
在放大器设计此频率点处,用优化处理完成匹配过程比进行来回的调谐会更有效。
c.保存设计组但不要关闭窗口。
9.设置最优化控制器和优化目标
a.以新命名s_opt保存原理图设计s_match.
b.在Option/stat/Yield面板中引入optimizationcontroller(优化控制器)和goal(优化目标),如下图所示。
c.双击goal进行编辑。
在对话框中输入如下设置,每完成一设置点击Apply一次,全部完成后点OK。
●Expr:
dB(S(1,1))
SimInstaceName:
SP1
●Max=-10(S11至少为-10dB才能满足优化目标)
●RangeVar=freqRangeMin=1850MHzRangeMax=1950MHz
关于引号标记备注:
值的范围无需用引号因为它们是值而非字符串(strings)(变量)。
d.复制S11的目标——选中并使用copy图标。
e.在屏幕上改变goal表式为”dB(S(2,2))”,如右图所示。
现在,你的输入和输出端各有一个匹配目标。
f.设置OPTIM控制器:
对本实验的练习,大多数默认值可保留,包括随机类型。
但是要编辑控制器,并设置maxlter=125和theFinalAnalysis=”SP1”。
这些设置意味着为达到目标,优化器将重复运行125次。
最终的分析也会自动随最后一个值运行,这样你无需运行另一个仿真,而可得到结果曲线。
关于Optim参数设置的备注——SetBestValues=yes表示原理图中的元件可以随最佳优化值更新。
Save设置会保存所有数据组的数据,在某些情况下,这些操作涉及大量数据,占用大量内存。
默认值可面向所有目标和所有原理图上的可用元件(下一步将讲到),但是你可对OPTIM控制器进行编辑,选择要使用的目标或变量。
所有这些设置在HELP(手册)上均有解释。
10.使元件能够进行最优化处理(启动元件最优化处理)
a.编辑(双击)电感L_match_in,出现对话框后,点击Tune/Opt/DOESetup按钮,在Optimization标签中,电感的OptimizationStatus设置为Enable,如下图所示,输入连续范围从1nH到40nH。
点OK,元件文本框会显示opt函数和范围。
b.继续对其它3个匹配元件进行Enable设置,如下图所示。
用对话框对每个元件进行编辑,你也可对opt函数和大括号中范围在屏幕中直接输入。
此外,也可使用F5键按需要移动元件文本框。
c.按下图检查电路并仿真,查看状态窗口(statuswindow)。
d.状态窗口报告了仿真进程。
如果满足目标,则EF(误差函数)=0。
如果EF变到很接近0值,表示迭代(iteration)运算成功。
对EF=0(或某些情况下接近0),下一步便是更新元件值并绘图。
如果你的EF不等于0,则检查原理图并再试一次。
对于优化过程中EF不为0的备注——如果一次优化后目标不能满足,你可适当降低目标或预期的误差要求。
也可找到指标位于优化范围边缘的元件,扩展其优化范围,也可尝试另一优化方案,增加重复次数或使用另一拓扑结构。
11.结果绘图
a.在数据显示中,引入矩形图。
然后如图所示添加完整的S矩阵(dB)查看所有4个S参数。
通过这种方法你可很快地检查结果。
你的精确结果可能与下面有所不同,但是应该会满足优化目标要求。
b.在
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 实验 参数 仿真 优化