差分低通濾波器設計

1、ADS的初級應用介紹 20062006年年1010月月ADS簡介nADS軟件全稱為 Advanced Design System，是由美國Agilent公司推出的微波電路和通信系統(tǒng)仿真軟件，是當今業(yè)界最流行的微波射頻電路、通信系統(tǒng)、RFIC設計軟件；也是國內(nèi)高校、科研院所和大型IT公司使用最多的軟件之一。其功能非常強大，仿真手段豐富多樣，可實現(xiàn)包括時域和頻域、數(shù)字與模擬、線性與非線性、噪聲等多種仿真分析，并可對設計結(jié)果進行成品率分析與優(yōu)化，從而大大提高了復雜電路的設計效率，是非常優(yōu)秀的微波射頻電路、系統(tǒng)信號鏈路的設計工具。仿真的目的和意義n可以提前對模塊、方案和系統(tǒng)的性能進行論證，對目標實現(xiàn)的

2、可行性進行分析，從而避免人力和物力資源的浪費，提高效率，節(jié)省資源。 ADS的主要應用n射頻和微波電路的設計 ；n通信系統(tǒng)的設計 ；nRFIC設計 ；nDSP設計；n向量仿真 ；仿真中要注意的幾個問題1.要有好的軟件設計習慣 n各種文件的命名；n電路的布局以及參數(shù)的設置和選擇；n要有合理的設計順序；仿真中要注意的幾個問題（續(xù)）2.物理概念要明確，不要在無意義的地方花費時間n如按照加工精度，線條太細是不能實現(xiàn)的，追求小數(shù)點后N位也是無意義的；n注意仿真中使用模型的適用范圍，如：小信號模型就不能用來看三階交調(diào)等非線性的曲線，微帶仿真的時候，注意LW，軟件的模型才是對的。仿真中要注意的幾個問題（續(xù)）3

3、.注意如何規(guī)劃仿真，才能盡快得到需要的電路n按照先局部后整體的優(yōu)化原則，切忌直接全局優(yōu)化，最好能夠預先計算設置優(yōu)化元件的初值；n注意仿真數(shù)值的穩(wěn)定性；n養(yǎng)成不明的白就看help的習慣；ADS的使用的使用軟件的啟動軟件的啟動n在開始菜單選擇圖標，運行后界面如下： ADS軟件的啟動軟件的啟動n啟動ADS進入如下界面創(chuàng)建新的工程文件n創(chuàng)建新的工程文件并命名n在下面的下拉菜單中設置長度單位為毫米創(chuàng)建新的工程文件（續(xù)）n工程文件創(chuàng)建完畢后主窗口變?yōu)橄聢D所示創(chuàng)建新的工程文件（續(xù)）n同時原理圖設計窗口打開差分低通濾波器的設計n下圖是一個差分低通濾波器的等效電路，其由六個電感和四個電容的對稱結(jié)構(gòu)組成。我們以這

4、種結(jié)構(gòu)的濾波器為例，介紹一下設計的過程。等效電路差分低通濾波器的設計（續(xù)）n設計指標：通帶DC40MHz，帶內(nèi)衰減小于0.2dB，起伏小于0.1dB，80MHz以上衰減大于50dB，端口輸入的電壓駐波比小于1.5。n在進行設計時，主要是以濾波器的S參數(shù)作為優(yōu)化目標進行優(yōu)化仿真。S21是傳輸參數(shù)，濾波器通帶、阻帶的位置以及衰減、起伏全都表現(xiàn)在S21隨頻率變化曲線的形狀上。S11參數(shù)是輸入、輸出端口的電壓駐波比。如果電壓駐波比過大，就會導致反射損耗增大。生成濾波器的原理圖n在原理圖設計窗口中選擇集總元件的工具欄n窗口左側(cè)的工具欄變?yōu)橛覉D所示n在工具欄中分別選擇電感 和電容 分別放置在繪圖區(qū)中。n選

5、擇畫線工具 將電路連接好，連接好后的電路見下頁圖生成濾波器的原理圖（續(xù)） 生成濾波器的原理圖（續(xù)）n為了仿真差分濾波器，我們需要把輸入輸出端口由平衡模式轉(zhuǎn)換為不平衡模式，在這里放入一個變比為1：1的RF變壓器 。n在元件模型列表窗口選擇 Simulation-S_Param的 工具欄，在該項面板中選擇 S-parameter模擬控制器， 端口Term和電壓駐波控件 VSWR放置到繪圖區(qū)中。n放入 ，選擇畫線工具 將 電路連接好后的電路見下頁圖。生成濾波器的原理圖（續(xù)）S參數(shù)仿真電路設置n雙擊S參數(shù)掃描控件 ，并設置掃描的頻率范圍和步長，頻率范圍根據(jù)濾波器的指標確定。設置好后單擊OK。優(yōu)化參數(shù)的

6、設置n在原理圖中我們把電感L1、L2、L5、L6賦值為150nH，L3、L4賦值為180nH。n雙擊電容器C1，擊活調(diào)節(jié)/優(yōu)化按鈕。 優(yōu)化參數(shù)的設置（續(xù)）n選擇優(yōu)化選項，使優(yōu)化狀態(tài)處于激活，輸入優(yōu)化的最小、最大值。n采用同樣的方法使C2、C3、C4也處于優(yōu)化激活狀態(tài)。 優(yōu)化目標的設置n在原理圖設計窗口中選擇優(yōu)化工具欄n選擇優(yōu)化設置控件 放置在原理圖中，雙擊該控件設置優(yōu)化方法及優(yōu)化次數(shù)為200。n常用的優(yōu)化方法有Random(隨機)、Gradient(梯度)等。n隨機法通常用于大范圍搜索，梯度法則用于局部收斂n選擇優(yōu)化目標控件Goal 放置在原理圖中，雙擊該控件設置其參數(shù)。nExpr是優(yōu)化目標名

7、稱，其中dB(S(2,1)表示以dB為單位的S21參數(shù)的值。nSimlnstanceName是仿真控件名稱，這里選擇SP1nMin和Max是優(yōu)化目標的最小與最大值。nWeight是指優(yōu)化目標的權重。nRangeVar1是優(yōu)化目標所依賴的變量，這里為頻率freq。nRangeMin1和RangeMax1是上述變量的變化范圍。優(yōu)化目標的設置（續(xù)） 優(yōu)化目標的設置（續(xù)）n這里總共設置了三個優(yōu)化目標，前二個的優(yōu)化參數(shù)都是S21，用來設定濾波器的通帶和阻帶的頻率范圍及衰減情況(這里要求通帶衰減小于0.2 dB，阻帶衰減大于50 dB)，最后一個的優(yōu)化參數(shù)是S11，用來設定通帶內(nèi)的電壓駐波比(這里要求小于

8、1.5)，具體數(shù)值見下頁圖。優(yōu)化目標的設置（續(xù)） 進行參數(shù)優(yōu)化n設置完優(yōu)化目標后最好先把原理圖存儲一下，然后就可以進行參數(shù)優(yōu)化了。n點擊工具欄中的Simulate 按鈕就開始進行優(yōu)化仿真了。在優(yōu)化過程中會打開一個狀態(tài)窗口顯示優(yōu)化的結(jié)果(見下頁圖)，其中的CurrentEF表示與優(yōu)化目標的偏差，數(shù)值越小表示越接近優(yōu)化目標，0表示達到了優(yōu)化目標，下面還列出了各優(yōu)化變量的值，當優(yōu)化結(jié)束時還會打開圖形顯示窗口。n在一次優(yōu)化完成后，要點擊原理圖窗口菜單中的Simulate - Update Optimization Values保存優(yōu)化后的變量值，否則優(yōu)化后的值將不保存。進行參數(shù)優(yōu)化（續(xù)）n經(jīng)過數(shù)次優(yōu)化

9、后，CurrentEf的值為0，即為優(yōu)化結(jié)束。也可以看到當前C1、C2、C3、C4的值以及總的優(yōu)化時間。觀察仿真曲線n優(yōu)化完成后必須關掉優(yōu)化控件，才能觀察仿真的曲線。方法是點擊原理圖工具欄中的 按鈕，然后點擊優(yōu)化控件OPTIM，則控件上打了紅叉表示已經(jīng)被關掉。n要想使控件重新開啟，只需點擊工具欄中的 按鈕，然后點擊要開啟的控件，則控件上的紅叉消失，功能也重新恢復了。n對于原理圖上其他的部件，如果想使其關閉或開啟，也可以采取同樣的方法。關閉優(yōu)化控件后的原理圖 觀察仿真曲線n點擊工具欄中的Simulate 按鈕進行仿真，仿真結(jié)束后會出現(xiàn)圖形顯示窗口。觀察仿真曲線（續(xù)）n點擊圖形顯示窗口左側(cè)工具欄中

10、的 按鈕，放置一個方框到圖形窗口中，這時會彈出一個設置窗口(見下頁圖)，在窗口左側(cè)的列表里選擇S(2,1)即S21參數(shù)，點擊Add按鈕會彈出一個窗口設置單位(這里選擇dB)，點擊兩次OK后，圖形窗口中顯示出S21隨頻率變化的曲線。n用同樣的方法加入S11的曲線。n為了準確讀出曲線上的值，可以添加Marker，方法是點擊菜單中的Marker - New，出現(xiàn)Instert Marker的窗口，接著點擊要添加Marker的曲線，曲線上出現(xiàn)一個倒三角標志，點擊拖動此標志，可以看到曲線上各點的數(shù)值。選擇仿真曲線參數(shù)及其單位觀察仿真曲線觀察仿真曲線（續(xù)）n觀察S21和S11曲線是否滿足指標要求，如果已經(jīng)達到指標要求，該仿真過程也就結(jié)束，否則可以通過改變優(yōu)化目標、優(yōu)化變量的取值范圍、優(yōu)化方法以及優(yōu)化次數(shù)進行適當?shù)恼{(diào)整。ADS使用小結(jié)n以上介紹了使用ADS進行微帶電路設計