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1、ADS的初级应用介绍 20062006年年1010月月ADS简介nADS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。仿真的目的和意义n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
2、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。 ADS的主要应用n射频和微波电路的设计 ；n通信系统的设计 ；nRFIC设计 ；nDSP设计；n向量仿真 ；仿真中要注意的几个问题1.要有好的软件设计习惯 n各种文件的命名；n电路的布局以及参数的设置和选择；n要有合理的设计顺序；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n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；n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。仿真中要注意的几个问题（续）3
3、.注意如何规划仿真，才能尽快得到需要的电路n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；n注意仿真数值的稳定性；n养成不明的白就看help的习惯；ADS的使用的使用软件的启动软件的启动n在开始菜单选择图标，运行后界面如下： ADS软件的启动软件的启动n启动ADS进入如下界面创建新的工程文件n创建新的工程文件并命名n在下面的下拉菜单中设置长度单位为毫米创建新的工程文件（续）n工程文件创建完毕后主窗口变为下图所示创建新的工程文件（续）n同时原理图设计窗口打开差分低通滤波器的设计n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
4、种结构的滤波器为例，介绍一下设计的过程。等效电路差分低通滤波器的设计（续）n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。n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。生成滤波器的原理图n在原理图设计窗口中选择集总元件的工具栏n窗口左侧的工具栏变为右图所示n在工具栏中分别选择电感 和电容 分别放置在绘图区中。n选
5、择画线工具 将电路连接好，连接好后的电路见下页图生成滤波器的原理图（续） 生成滤波器的原理图（续）n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 。n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。n放入 ，选择画线工具 将 电路连接好后的电路见下页图。生成滤波器的原理图（续）S参数仿真电路设置n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。优化参数的
6、设置n在原理图中我们把电感L1、L2、L5、L6赋值为150nH，L3、L4赋值为180nH。n双击电容器C1，击活调节/优化按钮。 优化参数的设置（续）n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。n采用同样的方法使C2、C3、C4也处于优化激活状态。 优化目标的设置n在原理图设计窗口中选择优化工具栏n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。n常用的优化方法有Random(随机)、Gradient(梯度)等。n随机法通常用于大范围搜索，梯度法则用于局部收敛优化目标的设置（续）n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。n
7、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。nSimlnstanceName是仿真控件名称，这里选择SP1nMin和Max是优化目标的最小与最大值。nWeight是指优化目标的权重。nRangeVar1是优化目标所依赖的变量，这里为频率freq。nRangeMin1和RangeMax1是上述变量的变化范围。优化目标的设置（续） 优化目标的设置（续）n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
8、驻波比(这里要求小于1.5)，具体数值见下页图。优化目标的设置（续） 进行参数优化n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。n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。n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。进行参数优化
9、（续）n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。观察仿真曲线n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。n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。n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。关闭优化控件后的原理图 观察仿真曲线n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。观察仿真曲线（续）n点击图形
10、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。n用同样的方法加入S11的曲线。n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。选择仿真曲线参数及其单位观察仿真曲线观察仿真曲线（续）n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。ADS使用小结n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。n在优化仿真过程中，要明确物理概念，避免无意义的工作。nADS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。谢谢大家！
