本書主要介紹使用ADS2011進(jìn)行射頻電路設(shè)計(jì)與仿真方法,書中包含大量工程實(shí)例,包括匹配電路﹑濾波器﹑噪聲放大器﹑功率放放大器﹑混頻器﹑鎖相環(huán)﹑功分器﹑耦合器﹑射頻控制電路﹑RFIC集成放大器電路﹑TDR電路﹑通信系統(tǒng),矩量法Momentum電磁場(chǎng)仿真,微帶天線等仿真實(shí)例,涵蓋大部分無(wú)線收發(fā)電路,系統(tǒng)性強(qiáng),工程實(shí)用性強(qiáng)。
早期出版的《ADS2008射頻電路設(shè)計(jì)與仿真實(shí)例》一書,發(fā)行近20000冊(cè),深得廣大射頻工程師及高校師生的喜愛。當(dāng)然,也存在不少問題。整體上看,還是不失為一本射頻工程師的“武功秘籍”。
徐興福,網(wǎng)名飛雪連天,興森快捷Agilent射頻聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室主任,具有10多年的射頻微波設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn),主要從事射頻電路設(shè)計(jì)、仿真、PCB微帶電路板級(jí)研究等工作,擁有多項(xiàng)發(fā)明專利,目前還擔(dān)任EDA365論壇版主。
第1章ADS2011簡(jiǎn)介
1.1ADS與其他電磁仿真軟件比較
1.2ADS2011簡(jiǎn)介
1.2.1概述
1.2.2ADS2008的新功能
1.2.3ADS2009的新功能
1.2.4ADS2011的新功能
1.2.5ADS2011的新功能描述
第2章ADS2011界面與基本工具
2.1ADS工作窗口
2.1.1主窗口
2.1.2原理圖窗口
2.1.3數(shù)據(jù)顯示窗口
2.1.4Layout版圖工作窗口
2.2ADS基本操作
第1章ADS2011簡(jiǎn)介
1.1ADS與其他電磁仿真軟件比較
1.2ADS2011簡(jiǎn)介
1.2.1概述
1.2.2ADS2008的新功能
1.2.3ADS2009的新功能
1.2.4ADS2011的新功能
1.2.5ADS2011的新功能描述
第2章ADS2011界面與基本工具
2.1ADS工作窗口
2.1.1主窗口
2.1.2原理圖窗口
2.1.3數(shù)據(jù)顯示窗口
2.1.4Layout版圖工作窗口
2.2ADS基本操作
2.2.1ADS原理圖參數(shù)設(shè)置
2.2.2ADS工程的相關(guān)操作
2.2.3下載和安裝DesignKit
2.2.4如何搜索ADS中的范例
2.2.5ADSTemplate的使用
2.2.6ADS2011Technology的設(shè)置
2.3ADS的主要仿真控制器
2.3.1直流(DC)仿真控制器
2.3.2交流(AC)仿真控制器
2.3.3S參數(shù)仿真控制器
2.3.4諧波平衡(HB)仿真控制器
2.3.5大信號(hào)S參數(shù)(LSSP)仿真控制器
2.3.6XDB仿真控制器
2.3.7包絡(luò)(Envelope)仿真控制器
2.3.8瞬態(tài)(Transient)仿真控制器
第3章匹配電路設(shè)計(jì)
3.1引言
3.2匹配的基本原理
3.3SmithChart Utility Tool說明
3.3.1打開SmithChart Utility
3.3.2SmithChart Utility界面介紹
3.3.3菜單欄和工具欄
3.3.4SmithChart Utility作圖區(qū)
3.3.5SmithChart Utility頻率響應(yīng)區(qū)
3.4用分立電容電感匹配實(shí)例
3.5微帶線匹配理論基礎(chǔ)
3.5.1微帶線參數(shù)的計(jì)算
3.5.2微帶單枝短截線匹配電路
3.5.3微帶雙枝短截線匹配電路
3.6LineCacl簡(jiǎn)介
3.7微帶單枝短截線匹配電路的仿真
3.8微帶雙枝短截線匹配電路的仿真
第4章濾波器的設(shè)計(jì)
4.1濾波器的基本原理
4.1.1濾波器的主要參數(shù)指標(biāo)
4.1.2濾波器的種類
4.2LC濾波器設(shè)計(jì)
4.2.1新建濾波器工程和設(shè)計(jì)原理圖
4.2.2設(shè)置仿真參數(shù)和執(zhí)行仿真
4.3ADS中的濾波器設(shè)計(jì)向?qū)Чぞ摺 ?/p>
4.3.1濾波器設(shè)計(jì)指標(biāo)
4.3.2濾波器電路的生成
4.3.3集總參數(shù)濾波器轉(zhuǎn)換為微帶濾波器
4.3.4Kuroda等效后仿真
4.4階躍阻抗低通濾波器的ADS仿真
4.4.1低通濾波器的設(shè)計(jì)指標(biāo)
4.4.2低通原型濾波器設(shè)計(jì)
4.4.3濾波器原理圖設(shè)計(jì)
4.4.4仿真參數(shù)設(shè)置和原理圖仿真
4.4.5濾波器電路參數(shù)優(yōu)化
4.4.6其他參數(shù)仿真
4.4.7微帶濾波器版圖生成與仿真
第5章低噪聲放大電路設(shè)計(jì)
5.1低噪聲放大器設(shè)計(jì)理論基礎(chǔ)
5.1.1低噪聲放大器在通信系統(tǒng)中的作用
5.1.2低噪聲放大器的主要技術(shù)指標(biāo)
5.1.3低噪聲放大器的設(shè)計(jì)方法
5.2ATF54143DataSheet研讀
5.3LNA實(shí)例
5.3.1下載并安裝晶體管的庫(kù)文件
5.3.2直流分析DCTracing
5.3.3偏置電路的設(shè)計(jì)
5.3.4穩(wěn)定性分析
5.3.5噪聲系數(shù)圓和輸入匹配
5.3.6最大增益的輸出匹配
5.3.7匹配網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)
5.3.8版圖的設(shè)計(jì)
5.3.9原理圖—版圖聯(lián)合仿真(co-simulation)
第6章功率放大器的設(shè)計(jì)
6.1功率放大器基礎(chǔ)
6.1.1功率放大器的種類
6.1.2放大器的主要參數(shù)
6.1.3負(fù)載牽引設(shè)計(jì)方法
6.1.4PA設(shè)計(jì)的一般步驟
6.1.5PA設(shè)計(jì)參數(shù)
6.2直流掃描
6.2.1DesignKit的安裝
6.2.2插入掃描模板
6.2.3放入飛思卡爾元器件模型
6.2.4掃描參數(shù)設(shè)置
6.2.5仿真并顯示數(shù)據(jù)
6.3穩(wěn)定性分析
6.3.1原理圖的建立
6.3.2穩(wěn)定性分析
6.4Load-Pull
6.4.1插入Load-Pull模板
6.4.2確定Load-Pull的負(fù)載阻抗
6.5Source-Pull
6.5.1插入Source-Pull
6.5.2確定Source-Pull的源阻抗
6.6Smith圓圖匹配
6.6.1輸出匹配電路的建立
6.6.2輸出匹配理想傳輸線轉(zhuǎn)化微帶線
6.6.3輸出匹配電路生成symbol模型
6.6.4輸入匹配電路的建立
6.6.5輸入匹配理想傳輸線轉(zhuǎn)化微帶線
6.6.6輸入匹配電路生成symbol模型
6.7偏置的設(shè)計(jì)
6.8原理圖S參數(shù)仿真
6.9原理圖HB仿真
6.10原理圖優(yōu)化調(diào)諧
6.11版圖Layout
6.11.1版圖的生成
6.11.2版圖的布局
第7章混頻器設(shè)計(jì)
7.1混頻器技術(shù)基礎(chǔ)
7.1.1基本工作原理
7.1.2混頻器的性能參數(shù)
7.1.3鏡像抑制混頻器原理簡(jiǎn)介
7.2混頻器實(shí)例與仿真
7.2.1案例參數(shù)及設(shè)計(jì)目標(biāo)
7.2.2平衡混頻器設(shè)計(jì)
7.2.3本振功率對(duì)噪聲系數(shù)和轉(zhuǎn)換增益的影響
7.2.41dB功率壓縮點(diǎn)的仿真
第8章頻率合成器設(shè)計(jì)
8.1鎖相環(huán)技術(shù)基礎(chǔ)
8.1.1基本工作原理
8.1.2鎖相環(huán)系統(tǒng)的性能參數(shù)
8.1.3環(huán)路濾波器的計(jì)算
8.2鎖相環(huán)實(shí)例與仿真
8.2.1ADF4111芯片介紹
8.2.2案例參數(shù)及設(shè)計(jì)目標(biāo)
8.2.3應(yīng)用ADS進(jìn)行PLL設(shè)計(jì)
第9章功分器與定向耦合器設(shè)計(jì)
9.1引言
9.2功分器技術(shù)基礎(chǔ)
9.2.1基本工作原理
9.2.2功分器的基本指標(biāo)
9.3功分器的原理圖設(shè)計(jì)、仿真與優(yōu)化
9.3.1等分威爾金森功分器的設(shè)計(jì)指標(biāo)
9.3.2建立工程與設(shè)計(jì)原理圖
9.3.3基板參數(shù)設(shè)置
9.3.4功分器原理圖仿真
9.3.5功分器電路參數(shù)的優(yōu)化
9.4功分器的版圖生成與仿真
9.4.1功分器版圖的生成
9.4.2功分器版圖的仿真
9.5定向耦合器技術(shù)基礎(chǔ)
9.5.1基本工作原理
9.5.2定向耦合器的基本指標(biāo)
9.6定向耦合器的原理圖設(shè)計(jì)、仿真與優(yōu)化
9.6.1Lange耦合器的設(shè)計(jì)指標(biāo)
9.6.2建立工程與設(shè)計(jì)原理圖
9.6.3微帶的參數(shù)設(shè)置
9.6.4Lange耦合器的參數(shù)設(shè)置
9.6.5Lange耦合器的原理圖仿真
9.6.6Lange耦合器的參數(shù)優(yōu)化
9.7功分器的版圖生成與仿真
9.7.1Lange耦合器版圖的生成
9.7.2Lange耦合器版圖仿真
第10章射頻控制電路設(shè)計(jì)
10.1衰減器的設(shè)計(jì)
10.1.1衰減器基礎(chǔ)
10.1.2有源衰減器的設(shè)計(jì)及仿真
10.2移相器的設(shè)計(jì)
10.2.1移相器基礎(chǔ)
10.2.2移相器的ADS仿真
第11章RFIC電路設(shè)計(jì)
11.1RFIC介紹
11.2共源共柵結(jié)構(gòu)放大器理論分析
11.3共源共柵放大器IC設(shè)計(jì)ADS實(shí)例
11.3.1共源共柵放大器IC設(shè)計(jì)目標(biāo)一
11.3.2共源共柵放大器IC設(shè)計(jì)目標(biāo)二
11.3.3共源共柵放大器IC設(shè)計(jì)目標(biāo)三
11.3.4共源共柵放大器ads模塊生成
第12章TDR瞬態(tài)電路仿真
12.1時(shí)域反射儀原理及測(cè)試方法
12.1.1TDR原理說明及系統(tǒng)構(gòu)成
12.1.2TDR應(yīng)用于傳輸線阻抗的測(cè)量原理
12.2TDR電路的瞬態(tài)仿真實(shí)例
12.2.1利用ADS仿真信號(hào)延遲
12.2.2通過TDR仿真觀察傳輸線特性
12.2.3結(jié)合LineCalc對(duì)傳輸線進(jìn)行匹配分析
12.3TDR仿真中利用Momentum建模的實(shí)例
12.3.1TDR一般瞬態(tài)仿真過程
12.3.2利用Momentum的TDR仿真過程
第13章通信系統(tǒng)鏈路仿真
13.1通信系統(tǒng)指標(biāo)解析
13.1.1噪聲
13.1.2靈敏度
13.1.3線性度
13.1.4動(dòng)態(tài)范圍
13.2系統(tǒng)鏈路設(shè)計(jì)
13.2.1傳播模型
13.2.2鏈路計(jì)算實(shí)例
13.3ADS常用鏈路預(yù)算工具介紹
13.3.1BUDGET控制器
13.3.2混頻器及本振
13.3.3AGC環(huán)路預(yù)算工具
13.4一個(gè)簡(jiǎn)單系統(tǒng)的鏈路預(yù)算
13.4.1輸入端
13.4.2第一級(jí)濾波器
13.4.3第一級(jí)放大器
13.4.4本振及混頻
13.4.5第二級(jí)濾波器
13.4.6第二級(jí)放大器
13.4.7BUDGET控制器設(shè)置
13.4.8整體電路圖
13.4.9仿真結(jié)果及分析
13.5AGC自動(dòng)增益控制
13.5.1無(wú)導(dǎo)頻模式下的功率控制
13.5.2有導(dǎo)頻模式下的功率控制
13.6鏈路參數(shù)掃描
13.6.1功率掃描
13.6.2頻率掃描
13.7鏈路預(yù)算結(jié)果導(dǎo)入Excel
13.7.1控制器設(shè)置
13.7.2Excel操作
第14章Momentum電磁仿真
14.1Layout界面簡(jiǎn)介
14.2Momentum主要功能和應(yīng)用
14.2.1矩量法介紹
14.2.2Momentum的特點(diǎn)
14.2.3Momentum的功能
14.2.4Momentum仿真流程
第15章微帶天線仿真實(shí)例
15.1天線基礎(chǔ)
15.2微帶貼片天線仿真實(shí)例
15.3無(wú)線通信中的雙頻天線設(shè)計(jì)實(shí)例
附錄各大半導(dǎo)體及芯片廠商ADS仿真元件庫(kù)下載地址
6.1.3負(fù)載牽引設(shè)計(jì)方法
通常功率放大器的目的是以獲得最大輸出功率為主,這將使得功率放大器的功放管工作在趨近飽和區(qū),其S參數(shù)會(huì)隨著輸入信號(hào)的改變而改變,尤其S21參數(shù)會(huì)因輸入信號(hào)的增加而變小。因此,轉(zhuǎn)換功率增益將因功率元器件工作在飽和區(qū)而變小,不再同于輸出功率與輸入信號(hào)成正比關(guān)系的小信號(hào)狀態(tài)。換句話說,原本功率元器件在小信號(hào)工作狀態(tài)下,輸入/輸出端都是設(shè)計(jì)在共軛匹配的最佳情況下,隨著功率元器件進(jìn)入非線性區(qū),輸入/輸出端的共軛匹配就逐漸不再匹配。此時(shí),功率元器件就無(wú)法得到最大的輸出功率。所以,功率級(jí)放大器在設(shè)計(jì)時(shí),為使輸出端達(dá)到最大功率輸出,其最主要的關(guān)鍵在于輸出匹配網(wǎng)絡(luò),這可以利用負(fù)載牽引(Load-Pull)原理找出功率放大器最大輸出功率時(shí)的最佳外部負(fù)載阻抗ZL。
Load-Pull是決定最佳負(fù)載阻抗值最精準(zhǔn)的方法,它用來模擬及測(cè)量功率管在大信號(hào)時(shí)的特性,例如,輸出功率(Outputpower)、傳輸功率增益(Transducerpowergain)、附加功率效率(Poweraddedefficiency),以及雙音交調(diào)信號(hào)分析(Two-tonesignalanalysis)的線性度IMD3、IP3。
功率放大器在大信號(hào)工作時(shí),功率管的最佳負(fù)載阻抗會(huì)隨著輸入信號(hào)功率的增加而跟著改變。因此,必須在史密斯圖(Smithchart)上,針對(duì)給定一個(gè)輸入功率值繪制出在不同負(fù)載阻抗時(shí)的等輸出功率曲線(Powercontours),幫助找出最大輸出功率時(shí)的最佳負(fù)載阻抗,這種方法稱為負(fù)載系列(Load-Pull)。
可以利用負(fù)載牽引的觀念,通過高頻電路設(shè)計(jì)輔助軟件AgilentADS來建構(gòu)模擬平臺(tái)。
功率放大器設(shè)計(jì)的最主要目的就是得到最大的輸出功率,所以需要有良好的輸入/輸出阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)。輸入阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的主要目的是提供夠高的增益,而輸出阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)則是要達(dá)到要求的輸出功率。
6.1.4設(shè)計(jì)的一般步驟
為了完成功放特性仿真,PA設(shè)計(jì)通常需要以下幾個(gè)步驟。
(1)DesignKit的安裝。
(2)直流掃描。
(3)穩(wěn)定性分析。
(4)Load-Pull。
(5)Source-Pull。
(6)Smith圓圖匹配。
(7)偏置設(shè)計(jì)。
(8)原理圖S參數(shù)仿真。
(9)原理圖HB仿真。
(10)原理圖優(yōu)化調(diào)諧。
(11)版圖Layout。
6.1.5PA設(shè)計(jì)參數(shù)
本例PA設(shè)計(jì)參數(shù)如下。
頻率:960MHz
輸出功率:40W
輸入功率:1W
效率:>40%
電源電壓:28V
根據(jù)設(shè)計(jì)要求,本例選擇了飛思卡爾的LDMOS功率管MRF8P9040N。
功率管MRF8P9040N的主要指標(biāo)如下。
頻率:700~1000MHz
電源電壓:28V
輸出功率:40W
增益:19dB