95实验六、滤波器：设计指导、瞬态和矩量法仿真概 述这节将说明在 ADS 中创建滤波器和使用瞬态仿真器的基本操作设计指导是用来构建一个集总元件滤波器，矩量法（Momentum）是用来测试微带滤波器任 务 运用设计指导构建一个 200MHz 中频低通集总参数滤波器 构建一个 1.9GHz 射频带通微带滤波器 在微带滤波器中完成瞬态分析 用矩量法（Momentum）仿真微带滤波器 选学——DAC（数据通路元件）练习目 录1. 改变项目，开始运行设计指导 ………………………………………… 962. 放入一个 LPF（低通滤波器）Smart 元件并设计滤波器 ……………… 973. 1.9GHz 微带带通滤波器 …………………………………………………994. 在微带滤波器中的瞬态分析 ………………………………………… 1015. 在电路版图（layout）中进行矩量法（Momentum）仿真………………1046. 选作：数据通路元件（Data Access Component）的阻抗响应……11096步 骤1. 改变项目开始运行设计指导以下步骤将说明一个设计指导怎样既快速又准确地生产一个滤波器。
其方法与 E-syn 类似，但对期望的响应和拓扑结构有更多的选择和更强的控制a． 进入 ADS 主窗口，然后点击 File>open Projectb．如果你被提示保存所有你当前的文档，选择 Yes to All，然后打开你先前的任务 system_prjc． 新建一名为 filter_lpf 的原理图d．确认该原理图是当前你的屏幕上唯一打开的原理图现在我们将通过以下三个步骤开始该过程 点击命令 DesignGuide >Filter 出现对话框后，选择 Filter Control Window 并点击 OK然后找到新窗口 Filter DesignGuide在下一步，你从面板放入一个 smart 元件之后该窗口将被激活97 在滤波器设计指导控制窗口中点击 Component Palette —All 图标（如 xia 下图所示） 在你的原理图窗口中会立即出现元件面板现在你就可以放入 smart 元件了2. 放入一个 LPF（低通滤波器）Smart 元件并设计滤波器a． 在即时（prompt）对话框出现后，在 Filter DG（DesignGuide）面板中选择 low-pass filter DT（dual terminated——双终端）并点击 OK。
然后在原理图中放入元件按 ESC 键来结束命令b．把滤波器设计指导窗口放到原理图旁边，激活后点击 Filter Assistant 标签栏如下图所示的操作可将其激活然后即可进行详细操作了c． 在滤波器设计指导窗口（如图所示） ，输入以下三个滤波器的详细特性参数波纹）Ap(dB)=0.1 (通带）Fp=0.2GHz (阻带）Fs=1.2GHz98d．设置好滤波器的响应后，点击 Redraw 看响应曲线的改变，这是一个巴特沃斯响应为系统的中频输出提供一个集总参数滤波器e． 点击 Design 按钮，用以设计滤波器f． 在你的原理图上，Smart 元件具有你所要求滤波器的特性，而且滤波器电路已经创建好了进入（push out）DT 元件来检验电路然后，而跳回到上层电路（pop out） ，如图所示g．进入 Simulation Assistant(仿真辅助) 设置扫描从 0Hz 到 1.3GHz，步长为 10MHz，然后点击 Simulate 按钮查看结果：一个模版会运行 S 参数仿真并显示结果99h．检验数据显示移动 Marker（标记）M1 到 100MHz 处，注意 spec 曲线（A 到 B）和工作情况表，它会比较输入参数和结果 ——-20dB 阻带在 800MHz 处，这已经能满足我们的系统要求。
i． 检验完数据后，使用 ADS 主窗口命令 File>Close all 来保存和关闭所有的窗口在后面的课程中我们还将用到这个滤波器下一步，我们将构建输入滤波器3. 1.9GHz 微带带通滤波器在以下几个步骤，你将运用 ADS 电路仿真器构造和仿真一个耦合微带线滤波器其后，你将用它生成版图（layout）并运用矩量法（ Momentum）仿真这一步只是简要展示在一例子中矩量法（Momentum ）是怎样工作的a． 新建一个原理图，命名为 filter_1900.b．如右图所示，从 TLines-Microstrip 面板中放入一个 MCFIL因为两端元件是对称的（CLin1 和 CLin2） ，通过键入 W、S 和 L 参数（见图示）或通过第一个耦合节再拷贝它，这样可以省时间然后，插入一个中间耦合节（CLin3）并输入它的值100c． 在两终端插入端口连接器，如图所示d．从微带面板中，插入 MSUB（substance definition——基片定义参数） ，如图所示如没有其它设置要求，将使用默认的基片参数注意：在滤波器 S21 响应中 —滤波器的 S 参数仿真 (S-21)是作为参考显示在这里的，此时不需要用 S 参数仿真器来仿真。
e．在原理图中，点击 File>Design Parameters.当对话框出现后，选择 ADS内建带通滤波器符号；SYM_BPF 并点击 OK101e． 再次保存设计图以保证所有的设置都保存了该滤波器将在以下的步骤中和以后最终的系统设计中使用4. 在微带滤波器中的瞬态分析a． 用一个新的名称 filter_trans 保存原理图（filter_1900） b．通过删除(deleting) 端口连接点修改原理图，如下图所示c． 从 Source-Time Domain（时域源）面板中选取 VtSine 作为输入（确保接地） 作瞬态分析时推荐使用时域源102d．在输入和输出端插入一个 50Ω 的电阻，并通过它接地e． 标注 Vin 和 Vout 点（如图） ，电路图应该与下图相似f． 从 Simulation-Transient 面板中，调入 Transient simulation controller（瞬态仿真控制器） ，并如图所示设置 Stop Time（停止时间）的MaxTimeStep（最大时间步长） 仿真将从时间 0（默认）开始经过 15个输入信号周期(8ns)后停止另外，时间步长将以最高频信号成份的两倍速率（Nyquist 定律）来取样，此处显示的是第 15 次皆波。
g．仿真并在仿真以后，插入一个 Vin 和 Vout 的矩形图，对每条轨迹进行编辑（Trace( Options） ，然后 Place symbol at data（为数据添加符号）—这将显示发生在仿真中的时间点103h．放大（Zoom) 5ns 后的平面图，把 Markers（标记）放在 Vin 和 Vout 的峰值处，如图所示i． 写一个方程式（如下图）来计算通过滤波器的延迟：Marker-difference运用 indep 函数会计算标记之间在 x 轴上的差（独立变量=time） j． 插入一个 Marker_vol 的列表并且运用曲线选项(Plot Options)去掉独立数据（如图） 其值是程序开始以后通过滤波器的延迟根据你需要，放大观察和放置 Marker 的地方，所得值有细微的差别如下图，通过该滤波器的延迟是 44ps104k．保存原理图但不要关闭保存和关闭数据显示下面将用矩量法（Momentum）对滤波器仿真5. 在电路版图中进行矩量法(Momentum) 仿真关于矩量法(Momentum）课程备注—如果你希望在后面学习矩量法(Momentum)课程，你可先跳过这一步骤进入下一个实验或选学的 DAC 练习。
a． 用新的名称 filter_mon 保存 filter_transb．通过点击原理图窗口命令：Layout>Generate/Update Layout，把filter_mon 从原理图转化到电路版图c． 当下一个对话框出现时，确保开始元件是 P1(从原理图来的端口连接 1） ，这样从左到右电路版图才能正确形成点击 OK，你将看到另一个对话框，它显示电路版图窗日中产生的所有元件105注 意：没有 MSUB，将只是 5 个元件而不是 6 个，它们都是对的d．当电路版图打开时，检验你是否得到三节耦合线和两个端口如果此时你放大一个端口（如图） ，你将看到它连接到金属的边缘对于Momentum 解决方法，并不需要将端口连接的中间—只需接在两头即可当电路版图生成后，矩量法端口能被插入布线图e． 下一步是在 Momentum 定义基片参数为完成该步骤，使用如图所示的版图命令改变原理图 MSUB 定义： Momentum>substrate>update 106From Schematicf． 现在在矩量法中验证定义的 10mil 基片（substrate） 点击Momentum>Substrate>Create/Modify,在对话框中你将看到 MSUB 的值。
如果这些设置正确，点击 OKg．你也可以查看一 Metallization Layers 标签，通过它们可以看到在版图中层是怎样 被标识的：cond 是金属带层但是不要再作任何改变107h．仿真前，关闭 Momentum 的边缘网格功能可以更快得到结果点击： Momentum>Mesh>Setup.当对话框出现后，注意到有许多关于网格的功能设置但是现在，关闭边缘网格（不要勾上复选框） ，然后点击OK在矩量法(Momentum) 分析过程的备注 —步骤的顺序：计算基片参数定义（格林函数） ，创建网格或栅格图(mesh or grid patten） ，然后仿真i．点击 Momentum>Simulation>S-parameters,用以仿真对话框出现后，如图输入扫描， 从 1GHz 到 3GHz 扫描共有 201 个扫描点点击Update，它将在频率计划（ Frequency Plan）中出现然后点击 Simulate按键，询问对话框出现后点击 Yes 查看状态窗口，适合的扫描类型是默认的，并且通过求解被选择的点，其适合曲线算法将运行电磁（EM)108j．当 ADS 数据显示打开后，注意到 Momentum 模板看上去与 ADS 有点少许不同—这是正确的。
放大 S21 平面图如图所示一样，期望的响应与你从电路仿真器所得到的很相似，由于求解模式的不同又具有许多的不同之处同样，放大（zoom)可看到网格（mesh patten)k．下一步，沿着滤波器画一个简单粗略的矩形（图标如下所示） 矩形大约 2000mils 长，60 或 70mils 宽画矩形时，注意如图所示光标从(X ，Y)=(0， 0）开始画同样，你可以测量对象，方法是用光标点击版图并观察值的变化这一步的目的是说明 Momentum 能分析滤波器与矩形（金属）的耦合在此末端，滤波器与矩形的距离约为 lomils；L：约1092000mils 长或比滤波器稍长；点击并移动鼠标，观察窗日底部（如左图所示）的变化，或者通过以下方式测量对象：Insert>Measure 并点击要测量的两点l．当矩形画在版图附近后，运行另一个 Momentum 仿真，点击Momentum>Simulation> S-parameters当对话框出现后，简单改变数据组名称如图为 filter_mom_strip，然后点击 Apply（应用）和 Simulatem．这个仿真可能花费的时间比较久（几分钟） ，因为现在有更多的未知网格单元需估计，因此需要更多的计算时间。