实验一 MWO基本操作.docx
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实验一MWO基本操作
实验一MWO基本操作
实验学时:
2
实验类型:
验证
实验要求:
必修
一、实验目的
1、掌握MicroWaveOffice软件的基本操作。
2、熟悉软件的主要界面和基本功能应用。
二、实验内容
1、在MWO软件中建立工程,画电路原理图。
2、设计全局变量和仿真频率。
3、分析电路,完成电路的调谐与优化。
三、实验仪器
装有MicroWaveOffice软件的计算机
四、实验原理
4.1软件主界面
Microwaveoffice提供了一个直观的建立线性,非线性,EM分析的电路和物理设计的用户界面。
软件的主界面如图MWO_1所示,主要包括四大部分:
菜单栏、工具栏、DesignExplore、以及主设计区。
图MWO_1软件主界面
4.2MWO菜单栏和工具栏
在进入MWO2007软件的界面后,软件已经为我们新建了一个Project工程文件。
在以后设计过程中,如果需要新建另一个Project工程文件,也可以在File菜单中选择NewProject新建一个工程文件。
同时也可以选择OpenProject来打开一个已经存在的Project。
4.2.1MWO菜单栏:
File:
主要功能为新建、打开、关闭、保存工程和文件等。
以及进行打印和相应的打印设置等。
Edit:
主要功能为拷贝、粘贴、删除等。
Project:
主要功能为新建和添加各种工程中所需要使用到的文件,如电路原理Schematic、网络表Netlist、显示图形Graph、输出文件OutputFile等。
Simulate:
主要功能为选择各种仿真工具,如:
Analyze:
为依据电路原理图的各种参数相应的输出结果计算进行仿真。
Tune:
为对所选择的变量进行设置范围内的调谐,其仿真的结果随调整
的结果实时发生相应的改变。
Optimize:
为优化选项,对参与优化的变量在较大的范围内按照一定的算法进行搜索,以达到最接近你所设定的优化目标。
YieldAnalysis:
在工程上准备进行量产前进行的仿真,以分析设计
的系统所用的元件的精度所允许的范围。
UpdateEquations:
在调谐或优化后的,人为的对进行调整的变量进
行更新。
一般软件会有自动更新。
后面的章节会对Tune与Optimize进行详细的介绍。
Options:
主要功能为设置各种通用属性:
如ProjectOptions、LayoutOptions
等等。
4.2.2MWO工具栏:
软件的工具栏起到一个方便的作用,绝大多数的功能在菜单中会找到相应的对应项,下面对设计过程中常用的以及MWO所特有的介绍如下:
新建一个系统仿真文件。
新建一个EM仿真文件。
新建一个电路原理图文件。
新建一个图表,用来输出仿真结果。
具体的各种输出图形我们会在后面详
细介绍。
对电路原理图进行仿真。
用于系统仿真中。
对所建立的系统进行仿真。
在新建一个原理图之后,我们的工具栏会相应多出常用的几个工具,如:
音叉选择工具。
使用这个工具来选择要进行调谐的参数。
Tune工具。
使用上面的工具选择需要调节的参数后使用此工具来进行调谐。
变量工具。
在进行调谐以及优化前,都需要设置调谐或者优化的参数。
使用此工具,设置相应的变量来参与调谐或者优化。
变量设置对话框,对所设置的变量进行设置。
MWO2007板在DesignExplore中取消了Var页面,改为此图标。
接地。
端口。
在仿真的电路图中,都需要有端口,仿真软件是根据端口来判断仿真的起点与终点。
加入支电路。
你可以将此Project中的除当前的电路图之外的任何一个电路当作支电路加入到当前的电路图中使用。
布板预览。
对当前的电路原理图进行二维的Layout预览。
3D布板预览。
对当前的电路原理图进行三维的Layout预览。
另外还有一些一般的工具,同其他软件大致相同,不做详细介绍。
4.3DesignExplore
DesignExplore是我们最常用的设计工具之一,如下图MWO_2所示,使用DesignExplore可以使我们在设计时更加方便快捷。
下面就将对DesignExplore中的几个主要的工具详细介绍。
DesignExplore总共有三大部分:
Proj、Elem和Layout(MWO2002版本中多一个“Var”页面)见图MWO_2下方,可以通过点击相应的页面进行各个部分的选择。
其中Proj对仿真常用的各种文件进行管理;Elem为编辑电路原理图所需要的各种元件。
Layout是对布板仿真以及对布板的各层的管理。
4.3.1ProjectBrowser
在Proj页面中,如图MWO_2所示,各种工具的功能分别为:
DesignNotes:
为工程设计备忘录。
双击此项目便新建一个便笺条,在其中你可以记录这个设计项目的简要过程、设计思想、要求技术指标等等。
增强设计的可读性。
Project Options:
这个项目为开始设计一个仿真之前第一个需要进行的工作,为你所设计的项目确定整体属性,双击此项目,可出现对话框,如图MWO_3所示。
其中最常用的有FrequencyValues和GlobalUnits两项。
FrequencyValues是通过对Start,Stop和step的设置来设置仿真的频率范围和仿真的频率间隔。
请注意,设置完上述三项后,一定要点击Apply按钮才能得以应用。
此时左边的CurrentRange会出现所有的仿真频率点。
GlobalUnits是设置仿真过程中会用到的各种数值的单位,如电感的电位nH,长度单位mm等。
GlobalDefinitions:
用来设置全局变量,包括所有用来对参数赋值的方程和函数。
DataFiles:
为数据文件组,对MWO来说电路仿真中所用的器件甚至是支电路
都可以以DateFile形式的文件存在和使用。
在此项目中你可以导入、连接到某一个存在的DataFile到你设计中使用。
例如一个三极管DataFile文件导入后即可直接当作一个三极管进行仿真。
SystemDiagrams:
系统仿真选项。
点击右键后可以设置系统仿真的属性、新建一个系统仿真文件等等。
CircuitSchematics:
电路仿真选项。
点击右键后可以设置电路仿真的属性(等同于GlobalDefinitions)、新建一个电路仿真文件、新建一个网络表文件等等。
一个MWO可以包含若干个Schematics。
EMStructures:
包含全部用来控制EM仿真的参数,一个MWO可以包括若干个EMStructures,子项的形式被组织在EM组的主目录下。
OutputEquations:
用来在测量数据用表或图的形式显示出来之前对其进行信息处理的。
Graphs:
代表了MWO的输出。
你的仿真结果,仿真数据,仿真图形都是通过此选项来输出的。
Graphs中一共有7种类型:
Rectangular、SmithChart、Polar、Histogram、Tabular、Antenna、Constellation,各用在不同的仿真中。
选中此项目然后点击右键选择AddGraph,便可以选择你所需要的输出图形。
常用的有Rectangular,这个相当于XY坐标系,输出的结果以曲线的方式给出。
SmithChart
输出的为Smith图,仿真的结果在Smith图上显示出来。
Polar为极坐标显示。
Tabular为数据表显示,对仿真的结果以数据的形式给出,将仿真结果对应相应频率输出相应的仿真的数据。
OptimizerGoals:
优化目标。
用来输入所需要达到的仿真技术指标,设置的优化目标可以和Project中所有的测量和输出方程联系起来。
YieldGoals:
用来输入期望的生产优化技术指标。
使用此工具可以根据在电路中使用的元件的精度范围来仿真最终的仿真结果的偏差,因此预先知道元件数值的精度偏差造成的影响是否在所允许的范围内。
目标可以和Project中所有的测量和输出方程联系起来。
OutputFiles:
电磁和电磁分析结果可以使用输出文件属性写入标准的S参数形式。
Wizards:
其中包括滤波器综合向导、负载牵引向导、SweptVariableWizard。
它是MWO设计框架中的加强器,是MWO2007革新的主要部分之一。
使用此向导工具可以进行方便快捷的设计。
Scripting:
用basic程序对MWO添加一些自动操作。
4.3.2ElementBrowser
单击图MWO_2底部标有“Elem”按钮,元件浏览器将取代ProjectBrowser窗口。
如图MWO_4所示。
此浏览器主要包括两大部分CircuitElements与SystemBlocks,一个用于电路原理图的仿真,一个用于通信系统的仿真。
CircuitElements
如图MWO_4所示可以见到,在此部分中可分为各个小集合,我们主要介绍如下几项:
LumpedElements:
这些便是各种我们最常用的分立元件,其中有电容、耦合电感、电感、电阻等。
选中其中某一项,在下面的小窗口中便出现此类型的各式元件。
如图MWO_4,为选中电感元件(Inductor),在下面的窗口中便出现8种电感。
你可以选中其中一种用在你的电路原理图中。
放置的方法为,在下面的窗口中选中你所需要的元件,并且按住鼠标左键将其拖入电路原理图中,当拖入原理图中后便可以放掉鼠标左键,此时会有一个元件图标随在鼠标的移动而移动的相应的地方。
然后可以选择适当的位置仿真此元件,在放置元件前,你可以通过点击鼠标来选择元件。
待放置好元件后,如图MWO_5所示,原理图中会出现相应的元件图标,图标左右两侧的“×”型符号表示此元件左右两侧还没有连接。
图标上面的文字为此相应元件的标识,其中包括ID,即相应元件的数字,如图中所示的L=1nH。
其中各项值还可以随意改变,改变的方法为双击此文字标识,会变成如图MWO_6所示的情况,在有蓝色标识的方框内便可以对其值进行修改。
请注意此值默认的单位为nH,在此你不可以对其单位进行修改。
单位的修改只能通过前面介绍的ProjectBrowser中的Project Options选项来修改。
另一种修改其值的
MWO_5从元件库拖入、可旋转MWO_6双击可改变数值MWO_7改变元件标识
方法为,右键点击此元件图标,选择Properties,会出现属性对话框,在对话框中进行相应值的修改。
同时对此文字标识的放置位置也可以进行改动。
单击此文字标识,会出现如图MWO_7所示。
此时标识可以通过鼠标进行移动。
对于每个元件的具体含义请参考软件的Help文件,里面会有非常详细的介绍。
MWO_8MicrostipMWO_9Substrates
Microstrip:
这一部分的元件是在射频微波电路中常用到的微带线。
如图MWO_8,里面包括了各种微带电路中使用到的部分,如线形微带线、耦合微带线、连接器等等。
使用放置的方法同上。
图中放置了一个线性的微带线,其参数包括线长和线宽。
请注意,在MWO中微带线的线长和线宽的比值在一定的范围之内,不能任意的无限大或无限小。
如果超过这个范围,进行仿真时,系统会报错。
如果使元件之间相连。
可以将鼠标靠近元件左右两侧的“×”标识,此时鼠标会变成线圈状,表示可以进行连线了,点击鼠标左键,然后到需要相连的另一端点击鼠标左键即可将元件进行相连了。
在对微带线进行仿真时,有一项是比不可少的——Substrates。
Substrates:
此项为仿真实际电路板制板所用的基板特性。
是使用微带线和带状线必不可少的元件。
如图MWO_9所示。
选中Substrates后,下面的小窗口会出现如图所示的各种基板元件,图中在电路图中放置了一个MSUB,这个是属于微带线的基板。
参数包括介质厚度、金属厚度、介质常数、损耗角正切等。
在进行微带线和带状线的仿真时,首先要根据实践的制板材料来确定基板的各种参数。
不同的基板的参数会产生不同的特性阻抗、工作波长等仿真参量。
Port:
端口。
在MWO仿真电路原理图中,每一个电路都需要有Port项,端口是决定仿真软件的起点与终点的。
如:
测量参数S21是表示测量从端口1到端口2的S参数、参数S33表示是测量端口3的反射系数。
除了普通的Port之外,还包括了谐波平衡的端口和带有信号源的端口,分别用于非线性的仿真和有源电路的仿真。
Source:
信号源。
包括直流源、交流源、噪声源、各种信号源等等。
Striplines:
带状线。
其类型与用法都与Microstrip相同。
只不过在选择Substrates时选择带状线的基板。
请注意区分微带线与带状线的方法是:
微带线元件的名称都是以“M”开头的,而带状线元件则是以“S”开头的。
Subcircuits:
支电路。
由于在MWO中同一个Project可以有多个的电路原理图文件,而每一个都可以作为支电路来使用。
例如,我一共建立了三个电路,分别为Circuit1、Circuit2、Circuit3。
那么在Subcircuits的窗口中便可以看到这三个电路,如图MWO_10。
在电路图Circuit1中便可以将Circuit2和Circuit3都当作一个元件来使用,实现特定的功能。
这样便使得整个Project便于管理和任务划分。
4.3.3SystemBlocks
SystemBlocks用于系统仿真中,其相应的各种元件只能放置在系统仿真原理图中。
这一部分主要包括了通信系统中常用到的各种元器件,如信道、滤波器、调制、信号发生器、数学运算器等等。
其用法大致上与上面介绍的Elements等元件类似。
各元件的具体用法请参考软件的Help文件。
LayoutBrowser
LayoutBrowser在点击ProjectView底部标有“layout”的按钮时被激活。
它包含两部分,上部分包括layoutsetup、layoutoptions和celllibrary。
下部分是drawinglayers。
双击Layoutsetup将会打开一个包含各种与绘制layout有关的函数。
4.4Microwaveoffice部分功能介绍
4.4.1变量
在MWO中变量是进行优化和参数调谐的基础。
软件进行优化和调谐实际上是通过相应的算法对变量进行搜索来达到所要求的指标。
那么在优化和调谐之前,就必须设置相应的变量,并且设置变量的各种属性才能参与优化。
在电路原理图中添加变量,使用
工具。
点击此图标后,原理图中会出现
,此时在括号中写入变量名,并且赋给变量一个初值,如
。
在同一个电路原理图中可以添加多个变量。
在对变量进行优化之前,需要对变量进行设置,使用
变量设置对话框。
点击此图标后,会出现如图MWO_11所示的变量对话框。
之前我们已经在原理图中添加了四个变量var1、var2、var3、var4,此时在上图所示的对话框中可以见到这四个变量,都属于Schematic1这个原理图。
初始值Value都为10,一般变量都有三个常用的属性,分别为图中右方所示的Tune、Optimize和Constrained。
其中Tune表示此变量是否参与调谐。
Optimize表示此变量是否参与优化。
Constrained表示此变量在参与优化的时候是否限制其范围。
当这些属性的复选框选中时,表示有效。
例如,我们需要对var1、var2、var3三个变量参与优化,则需要将三个变量的Optimize下的复选框选中。
MWO_12添加测量参数
4.4.2测量参数
对于仿真结果的输出,一般是使用上面介绍过的ProjectBrowser中的Graphs,例如对当前电路原理图添加一个输出图形,我们选择方框(Rectangular),命名Out1。
但是选择结果输出的图形后,需要告诉系统,你所需要测量的是电路的那一个参数,因而便需要我们进一步添加测量参数。
添加测量参数的方法是;选择刚刚新建的方框图Out1,点击右键,选择AddMeasurement,会出现如图MWO_12所示的对话框。
对话框中最左边的Meas.Type为测量参数的总类型。
包括线性参数、非线性参数、噪声参数、天线参数、端口参数等等。
在选择具体的参数之前,首先要选择参数的总类型,例如,如果你想测量电路的S参数,便需要在首先选择PortParameters。
这样右边的Measurement便会出现所有的端口参数,其中有ABCD参数、H参数、S参数等等。
根据选择不同的参数,右边的ToPortIndex与FromPortIndex会相应的出现或隐藏。
以S参数为例,如果需要测量S21则需要将ToPortIndex设置为2,FromPortIndex设置为1,意思是测量从1端口到2端口的S参数,即是传输系数。
如果测量S11,则需要将ToPortIndex设置为1,FromPortIndex也设置为1,意思是测量从1端口到1端口的S参数,即为1端口的反射系数。
ToPortIndex与FromPortIndex的数值改变只能通过右边的上下箭头来改变,且其最大值也与电路原理图中的端口数目相关,即有几个端口数,其最大值就只能到相应的数值。
右上角的DataSourceName表示添加的是那个电路原理图的测量参数。
例如前面我们新建了Circuit1、Circuit2、Circuit3三个电路原理图,则需要在其中选择一个。
在Meas.Type与Measurement下方出现的文本,是对当前选择的参数的注释,起到帮助的作用。
在对话框最下方的ComplexModifier中一共四个选项,表示的是测量参数的表达形式,由于一般测量参数都为复数形式,因而相应有四项:
实部、虚部、幅度、相位。
对话框的右下角有个DB的复选框,如果选中表示将测量的参数转换到DB显示。
如果一次需要填加多个测量参数,则可以选中一个后,选择右边的Add按钮,然后可以再选择参数,等到全部添加后,再选择OK按钮。
注意要多使用Meas.Help按钮,遇到不清楚的参数,可以通过这个按钮得到详细的帮助。
选择完相应的参数后,仿真时输出图表对每个参数会出现相应的曲线,不同的参数使用不同颜色的曲线。
在曲线上用鼠标点击且按住不放,此时鼠标被锁定在此曲线上,鼠标形状变成“+”,此时可以拖动鼠标读取曲线上任意一点的数值。
另外,可以对每条曲线都添加Mark来进行读取数据。
4.4.3优化功能
MWO提供两种优化方式,一种是自动搜索Optimize,另一种是手动调节Tune。
下面将分别进行介绍。
Optimize:
为软件自动搜索功能。
首先需要按照上面介绍的设置好变量,每个变量参与到优化,需要选择Optimize选项。
当设置好参与优化的变量后,我们还需要添加优化目标,告诉仿真系统我们需要达到的参数目标,添加优化目标在上面提到的DesignExplore中的OptimizerGoals。
右键单击此项目,选择AddOptGoal,出现添加优化目标对话框,如图MWO_13所示。
在添加优化目标之前,必须先新建Graph文件,且要添加测量参数,优化目标是针对这些测量参数来定义的,是使其中某些测量变量达到你所要求的值。
如果没有在Graph中添加测量变量,图中左方的Measurement便会是空白的。
之前,我们已经在Graph中添加了S(2,1),S(1,1),S(1,2)三个测量变量,在NewOptimizationGoal对话框中会相应出现这些测量变量。
对话框中间为目标类型(GoalType),有大于(>)、小于(<)、等于(=)三种选择,Meas表示你选择的测量参数,Goal表示要求达到的指标。
Goal的值在对话框下方设置,如图设置Goal为-20dB,此处Goal只有数值,没有单位(unitless),其单位与所比较的测量参数相同。
图中选择的参数S(2,1)是以dB为单位,那么此时Goal就表示-20dB。
对话框中Range是表示频率范围。
首先在开始一个新的仿真之前,会在Project Options中设置仿真的频率范围,如1GHz~10GHz。
在此处如果你选择Start的复选框Min的时候便表示此处的起始频率就为系统仿真的起始频率,即1GHz。
同样,如果选择Stop的复选框Max的时候便表示此处的终止频率就为系统仿真的终止频率,即10GHz。
如果选择了这两个复选框,下方的文本框便会呈现出不可使用的银灰色。
图中频率范围,对于终止频率我们采取了系统的终止频率。
起始频率采取了3GHz。
最后,对话框的设置便表示,在3GHz到系统的终止频率10GHz范围内,电路的测量参数S21要求小于目标值-20dB。
同样可以对其他的参数设置相应的优化目标。
添加完需要的优化目标之后,便可以进行优化了。
选择Simulate菜单的Optimize选项,会出现如图MWO_14所示的优化对话框。
在进行优化之前,先选择优化算法(OptimizationMethods),一般我们选择Random(Local)算法进行优化,在仿真的时候,如何一个算法达不到需要的要求,可以选择另外一种算法再优化。
最后便可以点击Start按钮进行优化了。
在优化的过程中,可以在Graph中看到实时的数据图形的变化。
Tune:
使用此工具是通过手动来调节变量的值,来达到要求的指标。
同样在对变量进行调谐之前,需要对变量进行设置。
在变量设置对话框中选择Tune选项。
或者使用
选择工具,当选择此工具后,鼠标会变成一支魔棒的形状,然后到原理图中在需要进行调节的变量上点击,此变量就变为可以调谐的变量了,如果再在此变量上点击,又会恢复到原状。
一般进行调谐的变量调节的范围不会很大,可以说是进行微调。
选择好参与调谐的变量后,单击
Tune工具便会出现Tune对话框,如图MWO_15所示。
之前,我们已经将四个变量都选择了Tune属性,因而在Tune对话框中可以见到相应的四个变量,由图可见四个变量的可调节的范围为5~20,当前值为10,拖动话框中每个参数的游标,便可以调节各参数的值,同时可以实时观察到仿真结果随着参数值的改变而改变。
五、实验步骤
5.1新建一个Project
从菜单中选择File下的NewProject
保存此新项目,选择SaveProjectAs:
Rectifier
图MWO_16
5.2创建一个新的电路原理图
右键单击ProjectView界面下的CircuitSchematics,点击NewSchematics,建立一个空白的原理图;
Ⅲ、选择ElemBrowser,按图MWO_16完成原理图。
左键单击Elem标签,在Nonlinear中选择Diode,此时下方窗口将出现一些Diode元件;选择窗口中的Sdiode元件,将其拖入原理图;重复上面步骤,将Sources中的ACVS,LumpedElement中的RES,MeasDevice中的V_meter拖进原理图。
最后如图进行连线;在原理图的任何图表符号上,双击左键可编辑参变量,完成原理图中元件参数设置。
5.3设置仿真频率
左键双击ProjectOptions,出现属性对话框;点击FrequencyValues,改变单位为MHZ,且选择SinglePoint复选框,且在Point文本框中输入500(MHZ),点击Apply键确定。
Ⅴ、添加输出图表
图MWO_17
右键单击ProjectView中的Graphs,点击AddGraphs,选择矩形框,命名为Graph1。
然后为新建的矩形图框添加测量,右键单击Graph1,单击AddMeasurement,出现AddMeasurement
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