諧波平衡仿真器

B：

諧波平衡仿真器大信號(hào)AＣ和S—參數(shù)仿真中的諧波平衡法諧波平衡法是一種頻域分析方法，用在對(duì)非線性電路和系統(tǒng)的失真進(jìn)行仿穩(wěn)態(tài)正弦信號(hào)和的形式，它包括除諧波和混合項(xiàng)之外的輸入頻率。kvk*k域中的一組非線性代數(shù)方程。Fkth項(xiàng)頻譜分量。諧波平衡仿真器必須同時(shí)求解出k非線性代數(shù)方程中的所有v 值.必須求解的非線性方程的個(gè)數(shù)按N的因子的形式kv傅立葉逆變換將k變換為v(tq（)和ｆ()函數(shù)求值。這表示標(biāo)準(zhǔn)的ＳPICE—類型、非線性電流和載荷波形在每個(gè)迭代點(diǎn)被變換到頻域，在頻域方程中用到它們的譜值。很多諧波平衡仿真器用到Nｅw-Ｒａpｈsoｎ方法，派生物(非線性電阻和電容)必須在時(shí)域中計(jì)算并且需要被變換到頻域。時(shí)域求解中應(yīng)用諧波平衡法的主要優(yōu)點(diǎn)是對(duì)線性器件的任意頻響比較容易R(shí)F述其特性。諧波平衡法的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是能直接提供穩(wěn)態(tài)結(jié)果,而不必要等到瞬態(tài)信號(hào)的結(jié)束.Q值電路這是費(fèi)時(shí)的等待。輸入激勵(lì)的頻率(長(zhǎng)時(shí)期)頻調(diào)諧（非常小的時(shí)間步）共同存在。NN2增加,這意味著在仿真任意的持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)的調(diào)制信號(hào)和具有很多不同LO和ＲFF和微波問題是一種通常的選擇方法,因?yàn)樗鼈兇蠖嘈枰陬l域中處理.適合于這類分析的器件和電路包括:在具有正弦曲線大信中可以看出，諧波平衡法同時(shí)域卷積的瞬態(tài)分析法相比還有許多優(yōu)點(diǎn)：設(shè)計(jì)者通常關(guān)心的是系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)狀況。很多高頻電路含有大的時(shí)間常數(shù)，為了達(dá)到穩(wěn)態(tài),通常的瞬態(tài)方法需要將很多低頻正弦曲線在多個(gè)周期內(nèi)合成.如果采用諧波平衡法,可以直接得到穩(wěn)態(tài)譜響應(yīng).應(yīng)用的電壓源具有典型的多頻聲正弦曲線，它有很窄或是很寬的剩余頻帶．通常情況下,法需要對(duì)最高頻率正弦曲線的大量周期進(jìn)行合成。在很多實(shí)際情況中，是不允許花費(fèi)這么多時(shí)間的。在高頻下，很多線性模型在頻域中能被很好的表示。在時(shí)域中通過卷積法對(duì)這類元件的仿真將在精度、因果關(guān)系或穩(wěn)定度上產(chǎn)生問題。元件面板列表提供了諧波平衡仿真的種類:Ｓｉｍulａt(yī)iｏn—ＨB——一通用諧波平衡仿真Ｓｉｍulatiｏｎ－LSＳP--大信號(hào)Ｓ—參數(shù)仿真Siｍulatｉon—XＤB——用于尋找增益-壓縮點(diǎn)在Simｕlａｔioｎ—HB面板中的ＨａrｍonicBaｌance Ｓimulａt(yī)iｏｎ件，用它能夠得到頻域中的電壓和電流。用這個(gè)組件可以得到以下結(jié)果：測(cè)定電路中電壓或電流的譜成分,通過擴(kuò)展，可以計(jì)算三階截距(ＴO(shè)Ｉ或ＩＰ3 )，總諧波失真(TＨＤ)，互調(diào)失真成份（在多頻響激中）.功率放大器滿載輪廓分析.非線性噪聲分析。Sｉｍulatioｎ－ＬＳＳBLSＳPSｉmｕlatｉoｎ計(jì)算非線性電路的大信號(hào)S-參數(shù)變得容易，例如在使用功率放大器和混頻器的場(chǎng)合中。在后面的情況中，大信號(hào)S－參數(shù)通過“acroｓsfｒequeｎcy"進(jìn)行計(jì)算,RF輸入得到ＩF輸出。為了寫出仿真結(jié)果,需要用到基于文件的放大器（P2DＳｓtem&Mｉxｅrs面板中Siｍｕｌｔion—LSSPP2分析。用這個(gè)文件能提高隨后的仿真速度。Siｍulatioｎ-XDB面板中，XDBSiｍulａｔion組件可以自動(dòng)確定放大器XdB要求的增益壓縮點(diǎn)時(shí)停止。以上提到的組件都有可選擇的種類Smaｌl—signal modｅ（在ＬＳＳP siｍｕlａｔoｒ中不可用)信號(hào)／大信號(hào)分析法當(dāng)RF輸入可被作為小信號(hào)擾動(dòng)同時(shí)大信ＬO組件可用完全諧波平衡分析方式計(jì)算時(shí)，能提高混頻器的仿真速度.小信號(hào)/大信號(hào)分析法能用在許多涉及大信號(hào)和小信號(hào)調(diào)諧的特定場(chǎng)合中。NｏnliｎeａrNoｉsｅ,并且可以計(jì)算帶噪聲的兩端口參數(shù)。Oｓciｌｌator—Aｎａlysｉs諧波平衡仿真操作諧波平衡仿真使的電路的多頻聲仿真成為可能，它列出了互調(diào)頻率變化。這包括諧波間的頻率變化。不但電路自身產(chǎn)生諧波,每個(gè)信號(hào)源（激勵(lì))12次非諧波組成?？紤]到實(shí)際情況，系諧波平衡法是一種迭代方法。它是基于以下假設(shè),對(duì)一個(gè)給定的正弦激勵(lì)，存在一個(gè)能用有限的傅立葉級(jí)數(shù)表示且滿足精度要求的穩(wěn)態(tài)解．Kircｈhoff’ｓ電流定律在所有的節(jié)點(diǎn).因此，誤差函數(shù)K即誤差函數(shù)能得到一個(gè)很小的值幅度和相位接近穩(wěn)態(tài)值。Krylov子空間求解器現(xiàn)代諧波平衡仿真器依靠Neｗ—Ｒaphsｏn方法求解非線性系統(tǒng)的代數(shù)方程，它來源于大信號(hào)頻域電路仿真問題。每次Ｎeｗ-Raｐhsｏn非線性系統(tǒng)方程聯(lián)系的Jacｏbiaｎ矩陣進(jìn)行反變換,如果矩陣采用直接的方法計(jì)算,所需要的空間以O(shè)(H2)增加，H是諧波個(gè)數(shù)。因此,Jａcobian的因式分解當(dāng)Ｈ=5０0時(shí)所需要的ＲＡＭ空間是Ｈ=10時(shí)的2５0０倍.Krｙｌoｖ子空間迭代法,例如ＧMＲES（generａlｉedminimｍresiduaＪａcobiｎJ的方式運(yùn)行矩陣—VO(HO(H2.對(duì)大的諧波平衡問題,Krylｏｖ求解器可節(jié)省大量的存儲(chǔ)空間。類似的討論說明可得到更高的計(jì)算速度。大信號(hào)S—參數(shù)仿真基礎(chǔ)小信號(hào)Ｓ—參數(shù)，它是基于線性電路的小信號(hào)仿真，而大信號(hào)S—.SS—S－參數(shù)。類似小信號(hào)Ｓ-參數(shù),大信號(hào)Ｓ—參數(shù)的定義也是采用反射波和入射波之比。入射波和反射波定義如下：其中:Vi

和V是傅立葉系數(shù)，表示在端口ｉ和ｊIIj i

是傅立葉系數(shù),表示在端口i和ｊ的基頻電流;Z 和Z0i 0j

是端口i和joi

和R 是ojZ 和Z0i 0

的實(shí)部。S-參數(shù)的一般定義形式,V和Ｉ是傅立葉系數(shù)而不是.S—參數(shù)，仿真器需要進(jìn)行以下操作。21電平為Ｐ１的信號(hào)，采用一個(gè)阻抗值與端口參考阻抗共軛的源。用諧波平衡法計(jì)算端口１,2的電流和電壓值,S11S２1.12施加一個(gè)功率電平為p S2 21

的信號(hào),采用一個(gè)阻抗值與端口２的參考阻抗值共軛的源,用諧波平衡法計(jì)算端口1,２ 的電流和電壓值，由此計(jì)算S1２和Ｓ22.非線性噪聲仿真基礎(chǔ)的噪聲邊帶被每個(gè)大信號(hào)頻譜分量模擬.因此，噪聲頻率被模擬的個(gè)數(shù)是諧波頻率的兩倍,需要存儲(chǔ)稀疏矩陣的空間變?yōu)椋幢?Krylｏv項(xiàng)）.4倍。對(duì)Ｍａximｕmer設(shè)定比較低的參數(shù)值可以限制所需的計(jì)算空間.在噪聲仿真中如果存儲(chǔ)空間不夠用,在輸入中去除大信號(hào)調(diào)頻項(xiàng)，并用一個(gè)Ｔerm元件代替，也可以在諧波平衡仿真組件中減少調(diào)諧個(gè)數(shù)，噪聲數(shù)據(jù)的仿真結(jié)果不會(huì)有很大的變化。義,必須由參數(shù)Ｉnputfrｅqueｎcy興趣的點(diǎn)噪聲頻率混頻..這種情況下，輸入Ｆ端口的頻率.對(duì)混頻器來說,輸入頻率由本地振蕩器頻率和噪聲頻率組成的方程用最近的邊帶。

R

，選擇Ｃalｃuｌatｅnopt n

minｏｉｓy–porｔparaｍｅterｓ。僅會(huì)計(jì)算被要求節(jié)點(diǎn)處的噪聲數(shù)據(jù)。噪聲電壓和電流同噪聲參數(shù)帶寬的平方根作比值,默認(rèn)的帶寬是１Ｈz,所得結(jié)果的單Hz位是V/ .在分析噪聲電壓和電流過程中,包含的端口噪聲告知仿真器要包含Hz振蕩器仿真基礎(chǔ)振蕩器端口)當(dāng)前條件。在進(jìn)行環(huán)增益計(jì)算時(shí),振蕩器端口對(duì)所有的諧波頻率短路,成為一個(gè)單向隔離器。在整個(gè)計(jì)算過程中，端口把閉環(huán)振蕩器變成一個(gè)開環(huán)放大器。雖然要振蕩開始需要環(huán)的增益大于１，在一定程度上振蕩幅度也應(yīng)被限制。這種限制的產(chǎn)生來自于某些有源器件的飽和或是A（ｃtｉve ｇain網(wǎng)絡(luò)的結(jié)果無論哪種情況限制活動(dòng)都需要環(huán)阱是信號(hào)振幅的函數(shù)這需要進(jìn)行非線性分析。仿真器采用迭代的方法尋找一組非零的穩(wěn)態(tài)求解.當(dāng)振蕩器仿真開始時(shí),諧波平衡法尋找運(yùn)算規(guī)則，通過改變工作頻率來尋找振蕩頻率，獲得振蕩電路的最后工作頻率和功率電平。仿真器自動(dòng)搜索振蕩器的工作特性。自動(dòng)尋找過程包括以下3步:尋找滿足電路線性振蕩條件的頻率。,為０度。,進(jìn)一步提高頻率和振蕩功率的精度。相位噪聲仿真振蕩器相位噪聲分析計(jì)算振蕩器載頻的噪聲邊帶。它也計(jì)算以下內(nèi)容：標(biāo)準(zhǔn)的頻率變換幅度噪聲到頻率噪聲變換產(chǎn)生的。通常能觀察到上變換閃爍噪聲的影響。DC偏置的變化都應(yīng)被考慮到。偏置的改變需要精確的計(jì)算非線性器件的噪聲。選擇IncｌuｄｅFMｎoise,使得相位噪聲分析能包括來自于二階相位噪聲分析法的其它相位噪聲結(jié)果,二階相位噪聲分析法基于頻率靈敏技術(shù).Hz噪聲分析法所得的結(jié)果有“ＰNＭX”（pｈaseｎoisｅ，indBc/ “ＡMMHzHzHzＸ”(Anoiｓe,in dBc/ HzHz其它的相位噪聲結(jié)果用“ＰNFM”（phasenｏiｓe,in dBc/加選中的節(jié)點(diǎn)名。

）進(jìn)行計(jì)算，添注意:很多（不是所有的）半導(dǎo)體庫中的非線性器件沒有穩(wěn)定的1/

noise

參數(shù).相反，噪聲源必須被添加到1/怎樣用ADＳ仿真相位噪聲

noise

模型中。振蕩器中的相位噪聲可用兩種分別獨(dú)立的方法分析:從振蕩器頻率對(duì)噪聲的靈敏性方面分析．從混合噪聲的小信號(hào)方面分析。COFM調(diào)制?；旌显肼暤男⌒盘?hào)法來源于振蕩器的非線性作用,噪聲與振蕩器的信號(hào)混同的方法。,DS自動(dòng)進(jìn)行.對(duì)噪聲頻率的敏感性分析必須由用戶通過選擇ＩｎcｌudeFMｎoｉsｅ方式打開。,dBc中應(yīng)用。ｈb＿noise．Ｖｏｕt．ｐnfm 頻率敏感性分析中的相位噪聲（ｉｎ混頻分析中的相位噪(ｉｎ dBc)hｂ＿noisｅ。Ｖｏut.anmx 混頻分析中的AM噪聲(iｎdＢc）變量。同的相位噪聲模型,可以作圖觀察仿真的相位噪聲結(jié)果。在頻率偏移的區(qū)域,都產(chǎn)生相似的結(jié)果。在對(duì)大信號(hào)（諧波平衡)振蕩器求解中，可以得到關(guān)于噪聲的頻率敏感特性。振蕩頻率0

的敏感性與注入到電路中的噪聲有關(guān)。在對(duì)所有的噪聲源求和之后,可以得到總的譜密度波動(dòng)和相位噪聲變化。如果有1/

noise

源,噪聲是關(guān)于f2或f3,0時(shí)的大f2ADS模型是基于對(duì)振蕩頻率的靈敏度分析(DC