實驗三-交流(AC)仿真

1、實驗四、交流（AC）仿真概 述該實驗繼續(xù)amp_1900任務(wù)并與上一實驗使用相同子電路。這個練習(xí)教交流（AC）仿真的基礎(chǔ)，包括小信號增益和噪聲，也給出了許多數(shù)據(jù)顯示中控制和操作數(shù)據(jù)的許多細(xì)節(jié)特性。任 務(wù)l 進(jìn)行交流（AC）小信號和噪聲仿真l 調(diào)整引腳/導(dǎo)線符號l 變量掃描和建立方程l 控制圖表，曲線，數(shù)據(jù)組和交流（AC）源目 錄1. 從一個設(shè)計到另一個設(shè)計的復(fù)制&粘貼（Ctrl+C/ Ctrl+V）操作 562. 對復(fù)制的電路和引腳符號進(jìn)行改正563. 層次（push and pop）操作驗證子電路584. 設(shè)置帶噪聲的AC仿真585. 對噪聲數(shù)據(jù)仿真并列表606. 控制方程和節(jié)點電壓的輸出6

2、17. 無噪聲仿真638. 用測量方程寫出數(shù)據(jù)顯示方程639. 使用測量和數(shù)據(jù)顯示子方程6310. 對AC分析數(shù)據(jù)繪出相位和群時延圖6511. 變量信息和what函數(shù) 6812. 選學(xué)Vcc掃描（如同電源電壓在減?。?8步 驟1.從一個設(shè)計到另一個設(shè)計的復(fù)制&粘貼（Ctrl+C/ Ctrl+V）操作a. 打開上一設(shè)計（dc_net）,并通過在周圍區(qū)域拖動鼠標(biāo)復(fù)制變亮的電路，這被稱為橡皮條（rubber banding）。當(dāng)該項目變亮?xí)r，通過Ctrl+C鍵或EditCopy命令復(fù)制。推薦使用Ctrl+C，這樣可以省去鼠標(biāo)點擊。b. 用FileNew Design命令創(chuàng)建一個新原理圖，命名為：ac

3、_sim。然后，用Ctrl+V鍵或EditPaste并通過點擊新原理圖插入（ghost鏡像）復(fù)制內(nèi)容。c. 保存ac_sim設(shè)計。你必須保存它，否則它不會被寫入數(shù)據(jù)庫。d. 點擊Windowdesign Open命令。這個命令可以讓你進(jìn)入那些在內(nèi)存中但在窗口中未顯示或未存在記錄中的設(shè)計。出現(xiàn)對話框后，選擇dc_net并點擊OK，然后用FileClose Design命令關(guān)閉dc_net設(shè)計（不需要保存改變的設(shè)置）。e. 在空的原理圖窗口中，用FileOpen Design圖標(biāo)重新打開設(shè)計ac_sim。它可給出該任務(wù)中的設(shè)計列表。如果一個設(shè)計創(chuàng)建了但最初并未保存，則不會在列表中。你需要用Wind

4、owdesign Open命令打開并進(jìn)入它。2.對復(fù)制的電路和引腳符號進(jìn)行改正 刪除引線，插入新的元件，并按需要重新連線。步驟如下：a. 斷開DC源，并把它和地線移到邊上。b. 從集總元件面板中或用元件歷史欄中插入兩個理想的DC_Block電容。c. 從頻域源（Sources-Freq Domain）面板中插入一個V_AC源，接地。然后，在輸出端添加一接地的50負(fù)載電阻。d. 修正引腳/導(dǎo)線（節(jié)點）符號。點擊Name圖標(biāo)，同時對RC和DC源添加一個Vcc符號，它們以電氣而不是導(dǎo)線連結(jié)。e. 如圖添加Vin和Vout。當(dāng)然，如果你學(xué)習(xí)了Lab3中的選學(xué)內(nèi)容，可撤銷VC和VBE。方法是對話框后（如

5、右），點擊那些符號或用命令EditWire/Pin LabelRemove Wire/Pin Label.f. 檢查電路，使之如下圖所示。關(guān)于Wire/Pin LabelAttributes（屬性）的備注：你可通過拖動這些符號來移動它們，并雙擊它們或用命令EditWire/Pin LabelWire/Pin LabelAttributes 進(jìn)行屬性（attributes）編輯。3. 層次（push and pop）操作驗證子電路a在設(shè)計ac_sim窗口點擊圖標(biāo)，然后選中bjt_pkg，并進(jìn)入子電路（見下圖）。b檢查后跳出子電路。4.設(shè)置帶噪聲的AC仿真a插入一個AC仿真控制器。對AC仿真控制器

6、的開始、停止頻率和步長進(jìn)行編輯：100MHz到40GHz，步長100MHzb在噪聲（Noise）標(biāo)簽欄中。對噪聲計算進(jìn)行檢驗，并添加Vout節(jié)點。對每個噪聲設(shè)置模式，按名分類（Sort by Name）；對于大電路使用按值分類 （Sort by Value），可以首先更好的查看最大影響。當(dāng)然，如果沒有設(shè)置動態(tài)范圍（門限值），則所有的噪聲都會被仿真。c對所示的每個參數(shù)打開顯示，如圖所示。5.對噪聲數(shù)據(jù)仿真并列表a仿真（F7）b. 在數(shù)據(jù)顯示中，用Ctrl鍵可同時選擇插入名稱（Name）與VnC（電壓噪聲影響）的列表（list）（圖標(biāo)）。如圖所示，在每個頻率點Q1.BJT1代表了元件的全部噪聲電壓

7、，包括：Q1.BJT1.ibe和Q1.BJT1.ice，但是，它們并非相關(guān)電壓，按下式被加起來作為噪聲功率：。整個vnc與Vout噪聲相同。c保存原理圖與顯示數(shù)據(jù)(實驗報告)6.控制方程和節(jié)點電壓輸出 a在ac_sim原理圖中，從任一原理圖仿真控制面板中插入一MeasEqn，或者你可以從元件歷史欄中輸入MeasEqn b. 直接在原理圖屏幕中編輯方程，用節(jié)點（引腳）符號Vin和Vout計算電壓增益。用鍵盤上的方向鍵移動相等（=）符號。 c編輯AC仿真控制器并進(jìn)入Output標(biāo)簽，默認(rèn)值在數(shù)據(jù)組中給出的所有符號節(jié)點電壓（引腳/導(dǎo)線符號）和所有的測量方程。在接下來的步驟你要改變這些設(shè)置。 d不勾節(jié)

8、點電壓框，點Add/Remove 按鈕。e從有效輸出端列表選擇Vin和Vout，如圖所示添加（Add）它們，然后點Apply。在仿真后只有這些節(jié)點電壓會被寫進(jìn)數(shù)據(jù)組，而Vcc則不會。這些操作對測量方程是一樣的。f點擊OK關(guān)閉對話框你現(xiàn)在可以進(jìn)行仿真了。(實驗報告) 關(guān)于顯示節(jié)點名備注：你可以顯示節(jié)點名（在Display標(biāo)簽中勾上Nodename框），但這并非必需。7.無噪聲仿真（選做） a在原理圖中，如下圖所示通過把Yes變?yōu)閚o（鍵盤輸入亦可）關(guān)閉噪聲計算。仿真時間和記錄會保存下來，特別是對大電路。當(dāng)然，這會使你的數(shù)據(jù)組列表（名稱和vnc）無效。b保存原理圖，并仿真（F7）。8.用測量方程寫

9、出數(shù)據(jù)顯示子方程 a在數(shù)據(jù)顯示子窗口中，刪除（delete）無效噪聲列表。 b插入一個數(shù)據(jù)顯示方程式（使用圖標(biāo)） c在對話框中，如下所示以dB為單位寫出增益方程。注意你是把原理圖中的測量方程插入你的數(shù)據(jù)顯示方程，完成后點擊OK： 關(guān)于方程備注：如果電壓增益的測量方程沒有計算出來，你就要對所有需要值寫出數(shù)據(jù)顯示子方程。例如：gain_dB=20*log(mag(Vout)/mag(Vin),但是如果電壓增益已計算出來，就只需簡單地插入方程即可。9使用測量和數(shù)據(jù)顯示子方程(實驗報告) a插入測量方程gain_voltage和你剛才寫的DDS方程gain_dB的列表。原理圖測量方程會再次自動寫入數(shù)據(jù)

10、組，如下所示。但是你在數(shù)據(jù)顯示中寫的方程則不同，它們進(jìn)入數(shù)據(jù)顯示子方程記錄。點擊箭頭框（如下所示）可顯示你的數(shù)據(jù)組方程gain_dB,然后選擇它并加上它，點擊Ok，兩個方程則都會出現(xiàn)在列表中。 b向下拖動列表值于1900MHz附近，使用如下所示的箭頭按鈕。 d點擊數(shù)據(jù)顯示undo（回到上一步）命令，返回并撤銷dB函數(shù)。 e編輯（雙擊）列表，選擇圖標(biāo)變?yōu)榫匦螆D形。(實驗報告) 關(guān)于dB值的備注把AC電壓轉(zhuǎn)變?yōu)閐B單位不同于S參數(shù)分析中的dB格式，后者以功率為準(zhǔn)（電壓和電流）并含有50源阻抗。10對AC數(shù)據(jù)分析并繪出相位和群時延圖（選做） a插入Vin和Vout相位的矩形圖并在1900MHz處標(biāo)記

11、。反相不是180是由于bjt_pkg的產(chǎn)生參數(shù)造成的。增加標(biāo)記你就會發(fā)現(xiàn)相位在更低頻率點處更接近180，如果你想設(shè)置熱鍵來插入標(biāo)記，可用命令OptionsHot key，與原理圖中類似。 b插入一個新的方程計算群時延，如圖所示。使用Vout相位和diff函數(shù)，然后對方程函數(shù)繪圖。diff函數(shù)用于計算在下降曲線上不同點之間的斜率差別。其中的負(fù)號表明結(jié)果 為下降值。在曲線上放置標(biāo)記并注意到因diff函數(shù)在1900MHz（+/-50MHz）兩邊都會有標(biāo)記。c回到原理圖，改變步長（step）到10MHz重新仿真，并觀察更新的曲線。d編輯（雙擊）標(biāo)記（Marker）。在readout標(biāo)簽欄中，把Form

12、at設(shè)置為Engineering，重要數(shù)字（Significant Digits）為2，如圖所示。你會看到Y(jié)軸的值變到PS（皮秒），X軸能分辨到1.9GHze選學(xué)嘗試對群時延方程和曲線進(jìn)行合并，則當(dāng)移動時，它們會在一起移動。方法是用Shift鍵選擇方程和曲線，然后點擊EditGroup，現(xiàn)在它們在數(shù)據(jù)顯示窗口中就應(yīng)在一起移動了。11變量信息和what函數(shù)（選做） a插入一個新列表（數(shù)據(jù)組仍為ac_sim）,添加Vout并選中，點Advanced按鈕。出現(xiàn)對話框后，點Variable Info按鈕，這時會出現(xiàn)另一對話框如右圖所示。選擇Vout數(shù)據(jù)，你會發(fā)現(xiàn)Vout依賴于391個頻率點。數(shù)據(jù)組中所

13、有項目的操作與此相似，因為只對頻率進(jìn)行掃描。b關(guān)閉對話框，點OK，回到Vout列表，在Vout欄中插入光標(biāo)，如下輸入what函數(shù)：what（Vout）,你就會得到與之相同的變量信息。隨后你將用此函數(shù)決定在多路掃描或有混頻產(chǎn)物的條件下如何檢索數(shù)據(jù)組表格。關(guān)于函數(shù)的備注：當(dāng)你無論何時向數(shù)據(jù)顯示中插入方程或表達(dá)式時，便可通過點擊Functions Help按鈕查閱what函數(shù)和其他ADS函數(shù)（abs，veal，s_stab_circle等）的功能。當(dāng)幫助（help）瀏覽窗口完全打開，選中MeasEqn Function Reference，向下拖動滾動至感興趣的函數(shù)。如果你有時間可進(jìn)行此操作并對有關(guān)

14、信息大致過目，看ADS函數(shù)是如何使用的。12選學(xué)Vcc掃描（如同電源電壓在減?。?本步需要應(yīng)用你在前面實驗中已經(jīng)學(xué)習(xí)過的技巧。你將對Vcc設(shè)置從5V到2V以步長0.25V的參數(shù)掃描。a 在原理圖中，插入一VAR（變量方程），初始值Vbias=5Vb 重新定義源：Vdc=Vbiasc 從任一仿真面板中插入一Parameter Sweep（參數(shù)掃描），然后設(shè)置SweepVar(掃描變量)為Vbias，確認(rèn)AC仿真控制器的仿真實例名，要進(jìn)行如圖所示的設(shè)置。d 通過下拉菜單SimulateSimulation Setup改變數(shù)據(jù)組名（dataset name）=ac_bat_sup并仿真。仿真完成后，DDS打開，出現(xiàn)一個對話框詢問你是否要改變數(shù)據(jù)組回答NO，然后對Vout的幅度（mag）繪圖。這時會出現(xiàn)對應(yīng)每一步長的一組曲線，如圖所示。e 在Trace Option標(biāo)簽欄中對軌跡進(jìn)行編輯，并勾上Display Label框，以顯示Vbias的軌跡線。f 根據(jù)需要插入標(biāo)記。g 保存（Save）你所有的操作。附加練習(xí)：1在一個新的設(shè)計中，進(jìn)行帶端口噪聲和端口的仿真。為達(dá)此目的，以P_AC源為端口1（Num=1），并在輸出端放置一個終端負(fù)載