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ads教程_rf瞬态仿真设计射频瞬态仿真器
RF瞬态/卷积仿真
当信号和信号所包含的波形被复杂信号调制时,此仿真器用来解决与此相关的电路仿真问题。这类信号是现代RF通信系统中信号的基本类型。
传统的仿真解决方法是基于SPICE或类似SPICE的时域运算法则。瞬态和卷积仿真器在操作中属于类似SPICE类型。它们求解一系列微积分方程,这些方程描述了电流和电压与时间的依赖关系。所以,它是关于时间和扫描变量的非线性分析。这类仿真方法是假设输入激励是任意的基带信号,所以,求解结果v(t) 也必须被假设是基带信号。这意味着任何高频载波必须用基带信号来描述。因此必须用更比谐波频率更高的频率抽样。例如,假设带有3次谐波的5GHz信号,为了满足基本的Nyquist标准,抽样频率必须高于30GHz,为了使运算具有合理的精度,采用100GHz的抽样频率比较有实际价值。现在,假设载波被100KHz的符号速率调制,我们希望对500个电路符号仿真。并且,我们希望5ms的总仿真时间,然而,高载波频率要求时间步长至少是10ps或更小。这意味着电路仿真器必须求解超过500百万个时间点上的电路方程并输出结果。
瞬态分析特征:
在时域中分析低频和高频,线性和非线性大规模电路。
检验像振荡器中启动时间的瞬态行为,滤波器的阶跃函数响应,脉冲RF网络响应,高速数字开关电路及更多。
改善大规模、高度非线性电路的收敛度。
时域到频域的转换,允许RF设计者在频域中查看输出结果(例如IP3)。
瞬态和卷积选项的主要不同在于,每种分析方法怎样刻画电路中的分布参数元件和频率依赖元件
高频SPICE分析
高频SPICE分析全部在时域中进行,因此,不能对分布参数元件的频率依赖性行为分析,如微带元件,S—参数元件等等。因此在瞬态分析中这类元件必须用简化的,与频率无关的模型代替,例如用集总参数的等效元件,具有常损耗无色散的传输线,短路电路,开路电路等等。这些假设和简化在低频段通常是非常合理的。
高频SPICE特征:
对微带线,弯曲、缝隙和其它不连续性直接应用高频时间模型。
分析混频器、振荡器、放大器等等的稳态响应。
频率依赖性元件采用近似模型,它忽略了一些频率影响效果,例如色散、高频损耗,因此仿真速度快,但是对电小元件具有足够的精度。
卷积分析
卷积分析,在另一方面,描述了频域中的所有分布参数元件,因此说明了它们的频率依赖行为。许多RF和微波分布参数元件的特性在频域中得以展现,因为很难在时域中得到这些元件的精确模型。
卷积把分布参数元件的频域信息转换到时域,对这些元件的脉冲响应能得到有效的结果。在元件终端的时域输入信号同元件的脉冲响应作卷积生成输出信号。有精确集总参数等效模型的元件包括非线性元件在时域中被完整的描述,不必用脉冲响应。
卷积仿真特征
更精确的分析不连续性和色散效应、高频损耗更精确的频域模型。
卷积仿真器的精确高频结果是以花费更长的仿真时间为代价的。
手柄电路包含了分布参数元件和组件的S—参数数据。
在低频和高频件条件下,能精确分析电路的开始和瞬态的状态,色散和不连续性的影响非常大(对PCB板上的电大元件来说)。
高频SPICE的扩展。基本时间步、收敛运算规则和非线性模型是同样的,仅有对频率依赖的性线性器件的模型被提高。
高频SPICE和卷积仿真器操作
用户指定时间扫描范围。
执行DC分析。这是为了决定在零时刻的系统解。
在仿真器内,为了处理频域器件和数据的需要构建了一个间断点表格。独立源的波形经常有尖锐的跳变,可能同用程序计算出来的时间步不一致。这就是具有分段线性源的情况。间断点表包含了经过排序列出的独立源的所有跳变点。在仿真过程中,任何时刻的下一个时间点总是充分靠近间断点,时间步调整到充分接近间断点。这样可以防止在靠近跳变点附近时间步的减少。
内部控制变量更新当前的时间和此时被计算出的独立源的值。
通过数字积分和有限次数的Newton-Raphson叠带法求解系统方程。若叠带次数超过了每个时间点的最大叠带次数,则时间步长以积分系数
mu的八分之一因子减小;如果新的时间步长合理,则从第4步重复分析。如果积分系数mu=0,则采用后向欧拉数字积分,否则采用梯形积分。
随着收敛进行,局部截断误差被计算出来。除非Gear’s被选中,否则默认的误差估计采用梯形积分法。
计算时间步长间隔。在缺省状态下,时间步长的计算是为了进行瞬态分析。
容差同局部截断系数比较。如果误差在可接受的范围内,保存结果,继续进行下一个时间点的分析。否则,以较小的时间步长重复分析。
第3步至第9步重复进行,直到分析完成用户指定的时间扫描范围。
积分方法
像SPICE一样,仿真器采用梯形积分法作为默认的方法,计算仿真中每个时间步长t处的导数。对于大多数电路,这种方法是成