差分低通滤波器设计21568课件.pptx

ADS简介ADS软件全称为 Advanced Design System，是由美国Agilent公司推出的微波电路和通信系统仿真软件，是当今业界最流行的微波射频电路、通信系统、RFIC设计软件；也是国内高校、科研院所和大型IT公司使用最多的软件之一。其功能非常强大，仿真手段丰富多样，可实现包括时域和频域、数字与模拟、线性与非线性、噪声等多种仿真分析，并可对设计结果进行成品率分析与优化，从而大大提高了复杂电路的设计效率，是非常优秀的微波射频电路、系统信号链路的设计工具。第1页/共37页仿真的目的和意义可以提前对模块、方案和系统的性能进行论证，对目标实现的可行性进行分析，从而避免人力和物力资源的浪费，提高效率，节省资源。第2页/共37页ADS的主要应用射频和微波电路的设计；通信系统的设计；RFIC设计；DSP设计；向量仿真；第3页/共37页仿真中要注意的几个问题1.要有好的软件设计习惯 各种文件的命名；电路的布局以及参数的设置和选择；要有合理的设计顺序；第4页/共37页仿真中要注意的几个问题（续）2.物理概念要明确，不要在无意义的地方花费时间如按照加工精度，线条太细是不能实现的，追求小数点后N位也是无意义的；注意仿真中使用模型的适用范围，如：小信号模型就不能用来看三阶交调等非线性的曲线，微带仿真的时候，注意LW，软件的模型才是对的。第5页/共37页仿真中要注意的几个问题（续）3.注意如何规划仿真，才能尽快得到需要的电路按照先局部后整体的优化原则，切忌直接全局优化，最好能够预先计算设置优化元件的初值；注意仿真数值的稳定性；养成不明的白就看help的习惯；第6页/共37页ADS的使用软件的启动在开始菜单选择图标，运行后界面如下：第7页/共37页ADS软件的启动启动ADS进入如下界面第8页/共37页创建新的工程文件创建新的工程文件并命名在下面的下拉菜单中设置长度单位为毫米第9页/共37页创建新的工程文件（续）工程文件创建完毕后主窗口变为下图所示第10页/共37页创建新的工程文件（续）同时原理图设计窗口打开第11页/共37页差分低通滤波器的设计下图是一个差分低通滤波器的等效电路，其由六个电感和四个电容的对称结构组成。我们以这种结构的滤波器为例，介绍一下设计的过程。等效电路第12页/共37页差分低通滤波器的设计（续）设计指标：通带DC40MHz，带内衰减小于0.2dB，起伏小于0.1dB，80MHz以上衰减大于50dB，端口输入的电压驻波比小于1.5。在进行设计时，主要是以滤波器的S参数作为优化目标进行优化仿真。S21是传输参数，滤波器通带、阻带的位置以及衰减、起伏全都表现在S21随频率变化曲线的形状上。S11参数是输入、输出端口的电压驻波比。如果电压驻波比过大，就会导致反射损耗增大。第13页/共37页生成滤波器的原理图在原理图设计窗口中选择集总元件的工具栏窗口左侧的工具栏变为右图所示在工具栏中分别选择电感 和电容 分别放置在绘图区中。选择画线工具 将电路连接好，连接好后的电路见下页图第14页/共37页生成滤波器的原理图（续）第15页/共37页生成滤波器的原理图（续）为了仿真差分滤波器，我们需要把输入输出端口由平衡模式转换为不平衡模式，在这里放入一个变比为1：1的RF变压器 。在元件模型列表窗口选择 Simulation-S_Param的 工具栏，在该项面板中选择 S-parameter模拟控制器，端口Term和电压驻波控件 VSWR放置到绘图区中。放入 ，选择画线工具 将 电路连接好后的电路见下页图。第16页/共37页生成滤波器的原理图（续）第17页/共37页S参数仿真电路设置双击S参数扫描控件 ，并设置扫描的频率范围和步长，频率范围根据滤波器的指标确定。设置好后单击OK。第18页/共37页优化参数的设置在原理图中我们把电感L1、L2、L5、L6赋值为150nH，L3、L4赋值为180nH。双击电容器C1，击活调节/优化按钮。第19页/共37页优化参数的设置（续）选择优化选项，使优化状态处于激活，输入优化的最小、最大值。采用同样的方法使C2、C3、C4也处于优化激活状态。第20页/共37页优化目标的设置在原理图设计窗口中选择优化工具栏选择优化设置控件 放置在原理图中，双击该控件设置优化方法及优化次数为200。常用的优化方法有Random(随机)、Gradient(梯度)等。随机法通常用于大范围搜索，梯度法则用于局部收敛第21页/共37页优化目标的设置（续）选择优化目标控件Goal 放置在原理图中，双击该控件设置其参数。Expr是优化目标名称，其中dB(S(2,1)表示以dB为单位的S21参数的值。SimlnstanceName是仿真控件名称，这里选择SP1Min和Max是优化目标的最小与最大值。Weight是指优化目标的权重。RangeVar1是优化目标所依赖的变量，这里为频率freq。RangeMin1和RangeMax1是上述变量的变化范围。第22页/共37页优化目标的设置（续）第23页/共37页优化目标的设置（续）这里总共设置了三个优化目标，前二个的优化参数都是S21，用来设定滤波器的通带和阻带的频率范围及衰减情况(这里要求通带衰减小于0.2 dB，阻带衰减大于50 dB)，最后一个的优化参数是S11，用来设定通带内的电压驻波比(这里要求小于1.5)，具体数值见下页图。第24页/共37页优化目标的设置（续）第25页/共37页进行参数优化设置完优化目标后最好先把原理图存储一下，然后就可以进行参数优化了。点击工具栏中的Simulate 按钮就开始进行优化仿真了。在优化过程中会打开一个状态窗口显示优化的结果(见下页图)，其中的CurrentEF表示与优化目标的偏差，数值越小表示越接近优化目标，0表示达到了优化目标，下面还列出了各优化变量的值，当优化结束时还会打开图形显示窗口。在一次优化完成后，要点击原理图窗口菜单中的Simulate-Update Optimization Values保存优化后的变量值，否则优化后的值将不保存。第26页/共37页进行参数优化（续）经过数次优化后，CurrentEf的值为0，即为优化结束。也可以看到当前C1、C2、C3、C4的值以及总的优化时间。第27页/共37页观察仿真曲线优化完成后必须关掉优化控件，才能观察仿真的曲线。方法是点击原理图工具栏中的 按钮，然后点击优化控件OPTIM，则控件上打了红叉表示已经被关掉。要想使控件重新开启，只需点击工具栏中的 按钮，然后点击要开启的控件，则控件上的红叉消失，功能也重新恢复了。对于原理图上其他的部件，如果想使其关闭或开启，也可以采取同样的方法。第28页/共37页关闭优化控件后的原理图 第29页/共37页观察仿真曲线点击工具栏中的Simulate 按钮进行仿真，仿真结束后会出现图形显示窗口。第30页/共37页观察仿真曲线（续）点击图形显示窗口左侧工具栏中的 按钮，放置一个方框到图形窗口中，这时会弹出一个设置窗口(见下页图)，在窗口左侧的列表里选择S(2,1)即S21参数，点击Add按钮会弹出一个窗口设置单位(这里选择dB)，点击两次OK后，图形窗口中显示出S21随频率变化的曲线。用同样的方法加入S11的曲线。为了准确读出曲线上的值，可以添加Marker，方法是点击菜单中的Marker-New，出现Instert Marker的窗口，接着点击要添加Marker的曲线，曲线上出现一个倒三角标志，点击拖动此标志，可以看到曲线上各点的数值。第31页/共37页选择仿真曲线参数及其单位第32页/共37页观察仿真曲线第33页/共37页观察仿真曲线（续）观察S21和S11曲线是否满足指标要求，如果已经达到指标要求，该仿真过程也就结束，否则可以通过改变优化目标、优化变量的取值范围、优化方法以及优化次数进行适当的调整。第34页/共37页ADS使用小结以上介绍了使用ADS进行微带电路设计的一些基本方法，在实际使用软件时还会遇到各种具体的问题，多看Help是最好的解决方法。在优化仿真过程中，要明确物理概念，避免无意义的工作。ADS软件的功能十分强大，应用很广，这里我们只介绍了其中很少的一部分，如果对其他功能感兴趣的话，可以看看它的Example Prpject，这样会对它的应用有更全面的了解。第35页/共37页谢谢大家！第36页/共37页感谢您的观看。第37页/共37页