ADS培训单管仿真介绍

1、ADS培训单管仿真介绍单管仿真准备 1 具备ADS基本操作能力，直流仿真，S参数仿真，谐波仿真等 2 具备传输线，微波网络基本理论知识 3 具备微波固态功率放大器设计的基本概念（阻抗匹配和稳定性方面的知识）ADS培训单管仿真介绍基本流程 0 模型的下载与加载 1 静态工作点的确定（可以参考器件资料） 2 输出最佳负载的确定（参考Loadpull的使用） 3 依据确定的输出负载，进行输出匹配设计 4 输入阻抗的确定 5 根据输入阻抗进行输入匹配设计 6 添加功放管模型，偏置电路，对单管进行仿真 7 根据仿真数据进行优化 8 稳定性仿真 9 生成版图 ADS培训单管仿真介绍功放管主流厂家 Free

2、scale NXP Infineon 飞思卡尔的网站建设相对较好，模型提供较完善，器件资料更新相对比较及时。其他两个厂家的模型，可以向供应商索取，或者向原厂技术支持索取。ADS培训单管仿真介绍Freescale模型下载与加载 1 登陆freescale的网站 2 注册一个账号 3 找到所需要管子的design kit，如下图ADS培训单管仿真介绍 是一个.zip的文件，然后点击下载即可。 4 模型加载到ADS中 在ADS的主窗口中，点击DesignKit下的install design kit 或者 set up design kit两个选项均可，现在以install design kit为例

3、。点击install design kit，打开如下图所示的窗口 （注明，下载后的压缩包是一个.zip文件，需要对其进行解压)ADS培训单管仿真介绍ADS培训单管仿真介绍 点击path旁边的browse按钮，加载刚才.zip解压后的文件。 5 加载成功与否的判别标准 如果是黑色的显示，代表加载成功，点击OK即可。（反之如果路径，名字等显示为红色，代表加载失败）ADS培训单管仿真介绍静态工作点的确定ADS培训单管仿真介绍 将功放管模型添加直流仿真中去，设置Vg，Vd的扫描范围。开始仿真，出现如下所示的数据结果。 一般静态工作点的选取可以参考器件资料。ADS培训单管仿真介绍最佳负载阻抗的确定（Lo

4、adpull） 实际的Loadpull测试系统（如下图所示）ADS培训单管仿真介绍 功率放大器在某一频率大信号工作的时候，它的最佳负载阻抗会随着输入功率的增加而跟着发生改变。所以，我们必须在smith原图上，根据不同的输入功率定位。每给定一个输入功率值时，绘制出在不同的负载阻抗时候的等输出功率曲线，帮助我们找出最大输出功率时候的最佳负载阻抗，这样的方法就称为Loadpull。 ADS培训单管仿真介绍ADS软件中的Loadpull系统ADS培训单管仿真介绍 上图为ADS中的Loadpull，调用方式：从原理图窗口中，菜单栏中DesignGuide下拉菜单中选择Loadpull，然后选择单音模式，

5、 就可以弹出上图所示的窗口。ADS培训单管仿真介绍Loadpull中参数设置 1 设置输入功率和偏置电压 Pavs为输入功率，Vhigh为漏极电压，Vlow为栅极电压。ADS培训单管仿真介绍 2 参数S11的设置ADS培训单管仿真介绍 上图中参数设置说明 S11_rho为圆的半径 S11_center为圆的圆心坐标 Pts为在所圈定的圆的范围内的扫描的点数 Z0为参考特性阻抗 该圆图中参数的计算方法，参见右图文档ADS培训单管仿真介绍仿真结果的说明 仿真结束后会弹出如右图的数据结果。每一个阻抗值对应一个在该点的效率值和一个功率值。ADS培训单管仿真介绍ADS培训单管仿真介绍 上图是根据扫描的点

6、数绘制出来的等功率和等效率曲线。 从图中可以看出：红色曲线为等效率曲线，蓝色为等功率曲线。旁边的方框会显示一个最大效率和一个最大功率值。 根据数据结果，选择一个功率和效率的最佳折中点，确定为最佳负载阻抗ZLADS培训单管仿真介绍匹配网络示意图ADS培训单管仿真介绍 弄清楚 Zin, Zout, ZL, ZS几个阻抗的具体含义，（可以参考功率放大器设计书籍中的阻抗匹配设计章节中的内容） 我们通过Loadpull所找出来的，就是图示中的ZL，称为最佳负载阻抗。ADS培训单管仿真介绍设计输出匹配微带 根据所确定的ZL来进行输出匹配的设计 具体设计方法有两种： 1 将ZL取共轭后，匹配到50欧 2 从

7、50欧匹配到ZL 使用工具：ADS中的smithchart，打开后如下图所示。ADS培训单管仿真介绍ADS培训单管仿真介绍Smithchart说明 1 在network schematic中设置源阻抗和目标阻抗值。 2 为避免操作时候将源阻抗挪动，操作的时候可以选择smith圆图下面的Lock选项 3 在右图中的元件面板中可以选择 匹配设计时候所需要的元件。ADS培训单管仿真介绍 4 smith圆图中Q圆的说明 Smith圆图中可以添加等Q值圆，设定相应的Q值后，点击OK，在smith圆图上就会出现对应的Q圆。 Q值越小，匹配带宽越大；反之亦然 整个匹配网络的带宽是由smith圆图中Q值最大的

8、点决定的。ADS培训单管仿真介绍 5 在smith圆图中将匹配设计完成后，点击圆图下面的Build ADS Circuit按钮，可以生成如下图所示的匹配电路。ADS培训单管仿真介绍 上面生成的匹配电路中的微带是用电长度，频率和阻抗值来表示的。我们需要将其转换为我们实际板材所对应的微带。如下图所示。 实际的微带是用板材，宽度和长度来表示的，电容可以选择ATC的电容库来添加。ADS培训单管仿真介绍电长度到实际微带的转换ADS培训单管仿真介绍 在上图中 Electric中设置阻抗和电长度 Substrate Parameters中设置，相对介电常数，板厚，覆铜厚度，损耗正切（这个可以不设置，影响比较

9、小） 点击Synthesize按钮，就可以在Physical选项下看到对应的长度和宽度 按照此法转换为实际的微带即可。ADS培训单管仿真介绍输入匹配的设计 找出源阻抗后，按照输出匹配的设计方法，设计输入匹配，同样转换成与我们实际一致的微带（宽度，长度） 到此输入，输出微带匹配设计已经基本完成ADS培训单管仿真介绍微带突变地方的考虑 为了减小微带线的不连续性，考虑到突变位置的连接，需要添加一些微带模型，如下图所示。ADS培训单管仿真介绍供电线设计准则 基本原则 供电线的加入，不影响输入，输出匹配 栅极供电 栅极一般用个大电阻，电感，或者四分之一波长线加电容ADS培训单管仿真介绍 漏极供电 1 射

10、频隔离：隔离工作频段的射频信号 利用四分之一阻抗变换特性，如下图所示。对于工作信号呈现低阻对于工作信号呈现高阻，即可阻碍信号进入供电电路ADS培训单管仿真介绍 选择适当的旁路电容，使得它在工作频段内呈现低阻，即选择电容的串联谐振频率在工作频段附近的电容对地。使得它经过1/4波长变换线后呈现高阻。 阻抗变换公式： 2 基带阻抗 作用：改善记忆效应 设计原则：在基带内呈现短路。可以通过调整漏极供电线上滤波电容的位置，大小来调整。20inoutzzzADS培训单管仿真介绍 对漏极供电电路搭建一个如下图所示的电路ADS培训单管仿真介绍 对上述电路进行仿真，得到如下图所示的结果ADS培训单管仿真介绍 从

11、上图的结果中可以看出，对于工作频段呈现高阻，对于基带呈现低阻。 小结 电记忆效应主要受基带阻抗的影响，RF阻抗对其影响不大，但放大器的其他性能参数（如增益，功率等）与RF阻抗有关系，因此如何确定基带阻抗和RF阻抗需要综合考虑。ADS培训单管仿真介绍单管整体仿真 输入，输出匹配，供电电路设计完成后，添加功放管模型，进行单管仿真。如下图ADS培训单管仿真介绍仿真插件介绍 小信号S参数仿真器，设置起始，终止频率以及频率间隔。ADS培训单管仿真介绍 非线性仿真 采用谐波平衡仿真器：设置频率，扫描变量（在Harmonic Balance的Sweep选项中设置），扫描变量的起始值，终止值，步进。ADS培训

12、单管仿真介绍 信号发生器 下图所示为单音信号发生器，Pin设置为变量，代表输入功率；设置工作频率。dBmtow（）的作用是将输入的功率dBm转换为W的形式。ADS培训单管仿真介绍 电流检测器件 从元件面板中的Probe components中可以调用如下图所示的电流检测装置，将其串联在电路中即可。ADS培训单管仿真介绍需要添加节点的位置 输出匹配后添加一个电流检测和电压节点。如下图所示。ADS培训单管仿真介绍 漏极供电的地方添加一个电压节点和电流检测，如下图所示。ADS培训单管仿真介绍ADS中数据说明 Vload为节点电压，此处的电压值可以在仿真后数据中显示其电压值。它是依赖于仿真器的，仿真器

13、将会根据自己的参数计算此点的电压。HB仿真器计算后会是一个复数矩阵。 电流控件也将计算电流的复数矩阵形式ADS培训单管仿真介绍 数据处理中，标示非常重要，因为ADS中所有的数据计算均是复数矩阵计算。如果忘记了标示很可能在后的计算中出错，而且查找起来比较麻烦。ADS培训单管仿真介绍数据显示设置 仿真完成后弹出的数据窗口中，添加如下公式ADS培训单管仿真介绍 上式中real（）代表取实部 Conj（）代表取共轭 PdelW表示计算出来的是以W为单位的值 PdeldBm是将W转换为dBm Gp为管子增益 Pdc为直流功耗 PAE为效率ADS培训单管仿真介绍 由于计算出来的数据都是以复数矩阵表示的，故

14、需要添加标注得到所需要的数据。 【0】代表直流分量 【1】代表基波分量 【2】代表二次谐波分量ADS培训单管仿真介绍 这样我们就可以在数据结果中得到我们想要的结果，S11，Gain，P-1，Psat，效率。如下图所示。ADS培训单管仿真介绍 到此，单管仿真已基本完成。观察数据结果，如果达到要求，仿真结束。如果没有达到要求，可以选择优化参数。 优化参数的方法有两种 1 手动调谐 2 自动优化ADS培训单管仿真介绍手动调谐 点击图标 ， 然后选中所需要优化的变量，在如下图所示的参数调整中，设置参数的调整范围（起始值和终止值），设定调整间距，然后互相之间配合来调整，一边调整一边观察数据显示的结果，直

15、到达到满意的值为止。 ADS培训单管仿真介绍ADS培训单管仿真介绍自动优化 在元件面板列表中选择优化列表，添加优化组件，如下图所示 ADS培训单管仿真介绍 在goal中设置优化的目标，以及优化目标的目标值，设置完成后，然后把输入，输出匹配的微带的长度设置为可以优化的变量，如下图所示。开始优化，就可以得到所需要的值，最后在原理图中将优化找到的最佳值，替换以前的值。 ADS培训单管仿真介绍 注意：使用自动优化，自动优化变量很多，往往不可能一步优化出最佳值，需要不断的变换调整，最后才可以找到一个最佳值。可以观察，仿真器的运行状态，在状态显示窗口中只要看到CurrentEF的值为零，就代表优化已经完成。（CurrentEF表示与优化目标的偏差，数值越小表示越接近目标） ADS培训单管仿真介绍稳定性判别介绍 1 ADS培训单管仿真介绍 ADS中与之对应的插件 从S参数仿真面板中调用，如下图的两个插件。根据上式的判别方法对数据结果进行分析，以确定稳定性。ADS培训单管仿真介绍 从上图中可以看出，在整个频带内不是绝对稳定的，需要采取一定的手段让其稳定。ADS培训单管仿真介绍 2ADS培训单管仿真介绍 ADS中与之对应的插件 从S参数仿真面板中调用，