实验五电路包络仿真汇总

1、实验五、电路包络仿真概述这节主要讲述了电路包络 (Circuit Envelop) 仿真的基础。针对输入信号是脉冲 或诸如 GSM、 CDMA 调制信号，对输出信号作时域和频域仿真。任务运用一个特性放大器，设置电路包络与仿真 试验仿真参数 测试失真 使用解调元件和方程 仿真具有 GSM 信号的 1900MHz 放大器 作出载波和基带信号数据图形 在频域和时域对数据组进行操作目录1. 创建一个PtRF源和特性放大器(behavioral Amp) 1332. 设置包络仿真控制器 1333. 仿真并作出时域响应图 1344. 在特性放大器中加入失真 1355. 设置一个解调器和一个 G S M 源

2、 1376. 设置带变量的包络仿真 1387. 仿真并对解调结果作图 1388. 用一个滤波器对相位失真进行仿真 1399. 仿真并作出输入和输出调制曲线 14010. 对具有GSM的amp_1900源进行仿真 14011. 作出GSM信号数据和频谱图 14112. 选作一信道功率计算 145步骤1 .创建一个PtRF源和特性放大器（behavioral Amp）a. 在amp_1900任务中，新建一原理图并以 ckt_env_basic命名.用下面的步骤建立一个电路图，如一下图所示。一 一b. 从 system-Amp& Mixers面板中，调出一个特性放大器（Amplifier ）

3、。如 下图设置S参数：S21=l0dB,其相位为0度（dB和相位用逗号分开）。S11和S22是-50dB （回波损失或失配衰减）和 0度相位。最后，S12也被设置为0，表明没有反向泄漏（reverse leakage）.确保对S21，S 11和VinAmplifierVout-wvERft 11Rb$0 OhmIS12H把此它S苓数 设丹jdbpol ar忻数S22使用dbpolar函数，如下图所示。PORT1Hum=1Z:M OhmFreq=900 MHzFaIIs 10 nMC Wi4Ehv30 PtriodB1OO nx*c备注：dbpolar函数是一个把幅度以dB和极化角为度表示的复数

4、转换成用 实部和虚部表示复数的函数。c. 插入一个PtRF-Pulse己调制源，并设置功率为P=dbmtow（0）和Freq=900MHz，同时，编辑下列设置并确保每一个设置的display框都打了勾：OffRatio （超比率）=0, Delay （时延）=0ns, Rise time （上升时间） =5ns, Fall time （下降时间）=10 ns, Pulse Width （脉冲宽度）=30 ns和 Period （周期）=100 ns。d. 插入一个50Q电阻，其节点名、接地和导线如上图所示。2.设置包络仿真控制器a. 插入一个控制器并设置计算频率为900MHz，Order=l。

5、随后，你将加入失真和增加次数（order）。b. 设置stop=50 ns这个时间完全满足看到整个脉冲宽度，包括上升、下降 时间和延迟。c. 设置step=l ns。这就表明信号每lns就进行一次抽样，所以总共有 51个 数据采样点。ENVELOPEEnvelope EnvxlFreq1=900 MHzOrder1=1 Stop=50 nsec Step=1 nsec3仿真并作出时域响应图a. 仿真并查看状态窗口，你可看到程序在每个时间间隔都要计算一次直到50ns得到最后一个结果。数据显示打开以后，在矩形图中作出Vin和Vout 使其作为时域中载波的幅度。(实验报告)m2time=5.000

6、nsec mag( Vout 11)=1.000time, nsec¥>屈 E 二旨忌EEb.同时，用Advaneed按钮加入第二条轨迹并键入表达式 ts(Vout)，这将形 成一个复合波形。在另外两个轨迹中，索引1给出了 900MHz载波的幅 度。c.放两个Marker 标记在图中，验证上升时间为 5 ns。(实验报告)-L01li 0r20I 1time=5.000necmag(yout1l)=1.00D宀三匸巨B芝mltime=0.0000s ec50time, nsecd. 在一个单独的图中，再加入 Vout (时域)的幅度。现在，编辑图形，选择需要的轨迹并用Trace

7、 Option去掉索引1使其表达式为：mag (Vout)。 同时，用Plot Options关闭X轴自动刻度功能(X-axis Auto Scale)。对中 间的轨迹，设置X轴范围从600MHz到1200MHz,如下图所示。通过去掉 索引值，你可以得到频域中基波的幅度。增长箭头代表在上升时间 (5 ns) 内脉冲载波增长的幅度。(实验报告)freq, GHze. 下一步骤，插入一个列表（list ）。当对话框出现时，按 Advaneed按钮并 输入表达式：what（Vout），点击0K后你将看到对于Vout的依从属性。其 目的是为了表明在电路包络数据中存在时域和频域两种形式。两个频率0（de

8、）和900MHz有51个时间点。矩阵尺寸（Matrix Size）为1X1矩阵（ADS 称为标量）为参考，且数据是复数（900IMHz的幅度和相位）。同时，mix 表格包含了所有数据。请试一试调入Mix表格并禁用表格格式来看其结果。what(Vout)Dependency : time.freqNum. Points : 51, 2 Matrix Size : scalarType : Complexf 回到前面，设置时间间隔为10ns并仿真。现在，观察你的曲线在低于取 样时发生的变化。当时间间隔大于上升时间，你得到的载波并不是正常 的包络。在图上，X轴范围已经变大，同时 Marker位于0和

9、10 ns两点 （实验报告）1.D亠=AS*E maOAJSEE> .SS2m2m2 time=10.00nsec magWout 口IFT.ZDtlm&, rise>i:4 在特性放大器中加入失真a. 编辑放大器：设置增益压缩功率（Gain CompressionPowe） =5 （单位默认 为dBm），增益压缩（GainCompression）=1dB这些值仅仅用来表明这些设 置起的作用，请确保这些设置处于显示状态。b. 设置CE （电路包络）控制器的Order=5并保持时间隔为10 ns。同时设置源的输入功率为lOdBm : dBmtow （10）。PtRF_Piil

10、sB P0RT1 忖 um=1 2=50 Ohm "dbrnHowflO) Firaq=900 MHz DffRai|i(i=OVinWutDelay=O dsbc nsucFnii=1D nsec WidthF30 nsecAmplrfierAMP1S21=dbpalar(10.p)S11=dbpolirt'50JJ)S22=dbpolar(-50JQJS1l2=0.GainCompPcjwer=5G«ifiCom|>=1 dB*_NN*RR1R=50 Ohm鑑 | ENVELOPEEflVBlopBEnvxlF啤如>900材WOrder|115Slo

11、p=50 HB4CSlep=10 n&ecPeriod=100 n百日匸c. 仿真并察看数据。如果自动图形范围调整功能（autoscalar打开，时域图将被调整。在频域图上，设置x轴回到原来的自动刻度并如图放置Marker，在放置点由于放大器失真产生很大的奇次谐波（异相求和一 summing out-of-phas®。在包络振幅里，这个值比Vin或Vout的幅度小。 同时，因为取样很粗糙，包络形状不是很精确。（实验报告）二二 USGEE 二二兰>忌 E > -匚吕>£m3 frsq=9aQ.DMHz naag(VQUt)=0.7ai tima=40

12、.00DOOnec tn5 freq=4.500GHQ mag(VPUl)=Q.l27 time=30.000QOnsecmSt1FLIn1 11 1' m4 freq=2.700GHz inag(Vout)=0.24S im e=30.00 000 nsec 1 ' 1 1h 1 1 1 FD.B-11 B3.1ZE3.1a.fii 1隔GHzi.i-D1-DDD b¥q>6blud设置时间间隔为1 ns并再次仿真。刷新后，图形展示了正确的包络。但 是Vin和Vout仍旧比包络幅度大，这是由于压缩的原因。为了证实这点， 插入一个Vout的列表并且禁用（Supp

13、ress） Table Format然后下拉滚动条 至5 ns数据处。现在，你能看到3次谐波相位相差180°,使得包络幅度小 于基频幅度。（实验报告）time, nsscfreqVouttime=5.000 nsec0.0000 Hz900 0 MHz1 800 GHz2 700 GHz3.600 GHz4.500 GHz0.000/0.0000.804/0.0000.000/0.0000 248/180.0000.000/0.0000.127/O.OOQtirne=6.000 nsecD .0000 Hz 900 0 MHz 1.800 GHz2 700 GHz3 600 GHz0

14、.000/0.000 0 804/0.000 0.000/0.000 0.210 / 180.0000.000/0.000ml (|me=O-OOOO$ec mag(Vin1)=a000m2lime=5.000n$ec mag(Vout1 )=0.804L-U>?EHUI I5 设置一个解调器和一个GSM源关于GSM调制：这是一种载波（典型值为 900MHz）的相位调制，在这儿 相位的变化表示为1或0。a. 从Source-Modulated调制源）面板中，调出一个GSM源并在B点输出端 输入管脚标注（节点名）bit_out如下图所示。它看上去似乎没有连接好， 但这是正确的。同时，设置源

15、 F0=900M且Power=dbtow （10）。同时，去 掉压缩 GainCompPower= （Blank）。b .进入System-Mod/Demod面板并在原理图上放入两个解调器 （demodulators ： FM_DemodTuned,如下图所示。设置两个解调器的Fnom 为90OMHz。同时对每个输出端进行标注：fm_demodn和fm_demod_out, 如下图所示。这些将用来观察被解调的 GSM B号（基带）。一 一Pcwer=dbintflw(l Oi Raut=SO OhmDartaRerte=27n. B33 KHzlnitBhs=100110101001D'

16、;关于解调器的备注一在这个例子中你可以用相位解调器，但是使用调频 解调器会更容易。如果设计解调器，可以运用这种典型的设计来测试电路。另外，可以参照 Example目录中的modulator/demodulator （调制/解调器） 仿真的例子。6 设置带变量的包络仿真a. 在原理图中插入一个 VAR （变量）方程并设置stop和step时间，调制带 宽（BW）大约为270KHz,如下图所示。其中变量：t_stop设置为大约lOOg。 用BW值作为分母很方便但并非必须。取样率 t_step为BW的5倍。同 时请注意ADS默认的包络时间单元（秒）不是特定的。團VARVAR2t stop=50/(2

17、70e3) fstep=1 /(1D*27De3)锻 ENVELOPE |EnvelopeEnvxlFreq1 )=900Qrder1>iaStap=t_stopStep=t_step7. 仿真并对解调结果作图a. 以数据组名ckt_env_demod仿真。b. 你前面的图并未建立显示该数据的设置。因此，可在同一个数据显示的独立的图中用一个新的数据组名来保存数据。作出两个FM节点的图作为时域基带信号（Baseband signal in the time domain）。这些轨迹将是实数，索引值为0。解调器只有在基带（类似 dc元件）才输出信号。请 注意因为没有失真所以两条曲线是一样的。

18、（实验报告）You are adding data hom a Circuit Envelope sirmjlabon ha a rectangular plotHow would you Ike to handle this dala?广 Speclium ol the carriei in dB (Kdi$er wridowing)P Spaium >oi the carriM in dHm Kaiss 网indki剛加C Magniuds of cnniar in the Ims idomarnC Phas* of the CAiiir in She Ime domaih * jB

19、asebndignain ite timedonMiri Advanced.KCanceluBnolpoUJSIDIgls * jic. 在一个独立图表中，作出bits_out的实部。除了一些延迟，你应该看到001101010010 的样式图。8. 用一个滤波器对相位失真进行仿真a. 在放大器中，设置GainCompPower（增益压缩功率）为5 （即放大器输出功 率为5dBm）同时设置GainComp=1dB。b. 确认GSM源功率设置为l0dBm。c. 在放大器和源之间插入一个 Butterworth （巴特沃斯）带通滤波器，如下图 所示。这样因为只有窄带信号能通过放大器，所以这将造成一些

20、失真，同时 所有信号都能通过第一个解调器。FlM_Dem&dT unedDEMDP1Sensitivity=1 KHzFhom=9OD MHzRquIfSO Ohm1 iTbits outF|RF_0SMSRC2F0=900 MHzBPF_0uittervwrth 0PF1Feentei=OO MHz eWpas=50 kHzApivS dlB eWsl!gp=20 MHz fctop-20 dBAmplifierAMP1a-um-demod-outFM_DemodTuned皿韶口昭.-,Sensiti¥ity=1 KHzV0UtFno>n-M0MH=RQut=5U O

21、hmS21=dbpolii<10)511=dbpola<-50.0)S22" dbpal j5D.iO) S12=0.G a inC omp Pouyeif=50jlnCompHl dBRR1RvfiOi OlhmI EMVELOPEEfbiirtlpcErmdFreq1)=900 MHz NltrllJ-W Stop=t_stop Step=l_stepVARVAR2t_Stop=SO /p70e3)/C10"270e3)Rout=50 Ohm&ataRate=270.S33 KHz1101D1 口 D10"d. 改变 t_step为 270

22、KHz 带宽的 10倍：t_step=l/ (10*270e3)。e. 改变 t_step分子为 50 (200us): t-stop=50/ (270e3)。9. 仿真并作出输入和输出调制曲线你的图形应该显示与下图相似的从输入到输出的失真和时延。（实验报告）UQ£愴 ECDD 帀岂=350 POEvfrEn 帀8time, usee10.对具有GSM的amp_佃00源进行仿真a. 打开先前的原理图设计：hb_2Tone并以一个新的名称：ckt_env_gsm保 存。b. 删除以前所有的仿真控制器、变量等。通过以下方式修改原理图：1）插入一个 Envelopeconroller （包

23、络控制器），2）插入一个 PtRF_GSM 源，3） 按下图创建VAR。仿真元件和变量与最近一次包络设计相似。因此，你可以在原理图上用Edit）Copy/Past创拷贝/粘贴）命令完成。同时确保bit_out 节点在GSM源上。ENVELOPEVbias=5VRF_freq=l9QQ MHzRF_pwr=-4Dt_step=1 / (5 *270 633 KHz) t.srtcip=2D0 usRRCF?=690OhmEnvfflope EnvlVccFreqfl=RF freqOider|1|=5SiopMstap Slep=twstepSRC2 Vdc=VbiasPlRF GSMSRCiP

24、O詬F_佃qiPowsf dbmtow(RF_pwr)RoutO Ohm DataRate=27O B33 KHz lnrtBilE='OD1101D1DaiDrRRBR=5E kOhmL_mBfch_inL=is.3 nHR=12 Ohmxbits 口ulCDC_Block1 J=120 mH C=1D pF S= )1险丄c:忸 C match inI C=0.3S pFIC F««d1DCJeedZ 1=120 nH R=DC_BlDCk2C=ib pFTl- 叽pkg 01 bEla=160L inarlch 口udL=27.1 nHR=6 Ohm<I

25、I-CC maftch DutC=0.22 pFerm2I=5D Ohm关于CE （电路包络）值设置的备注：在本次仿真中，200us的t_stop （是前一次仿真的两倍）将给出一个更好的频谱分辨结果。将t_step设置为带宽（BW）（ 270.833KHZ）的整数倍。总的来说，这样设置并不是必需的， 但这可以让你对频率的相位有一个准确的计算。同时，CE的开始时间（starttime）的默认值都是0 秒,这个一般不要改动。如要查看该设置，用Display 栏并打开Start。c. 检查你的设置，然后仿真并查看状态窗口。11作出GSM信号数据和频谱图a.在数据显示中，插入一个Vout列表，同时用P

26、lot Options设置Engineering 的格式并勾上TransposeData，如右图所示。现在，你可以看到在每个时间 间隔C E计算每个频点的值。滚动（Scroll）到最后你可以在最后一个t_stop 时间点看到最后一个点的值。（实验报告）Mlase |Het |fieq-0 QOTO Hzfreq*3 600 Q-Hefrtq-57W 'Hzfrrq-7 900 '3-Hefreq- 500 Q-Hz1957 userus&c- 1975 g” 19?.9 1*9BA usac 199.4 u?ec 200-1217 5p/1W0 V 213 7p/ 1B

27、Q V 2312png33 0 V e&.73pjiWJ3 V 22.57p/ 1E3 口 V ioup/ieoo v S.iMOp/O.COiM V za.-wp .' D.CMDa V 41.-19p/1go.o V 49 14p /D.COQO V130 4rn/9870 V1SD.4m/ 14K.1 V180.4m/ 110.6 V WQ.4fh/131 5 V laD.mjf 1 3 V190.4rr./1S5 9 V 100.4m/-170 2 V 13D.4m / -15S Z V 100.4m X. 140J V 13D.4m J-123 4 V1.016/55

28、.05 V I.O1BmXD7.72 V 1.Dl0m/«)72 V 1.0Wrn/120e V 1.01 Bm/ 154.1 V UEHChm/ -170.7 V 1.019 m/-134 9 V uaigm / -E.yc v 1.013m -63.02 V 1019m J Z74 VW.®«/25.30 V 1D.»u/4.3O V i0.5Su7B79 V 10.59/123 0 V ID.Mu/ 173 V 1.5Gui/-1S3 3 V 13.50V/-75.64 V -2*5.72 V 19.59u/2B.19 V ip号gmi曲5 v60

29、2.3n/S>ja-1 V BOZ.n /-252B V 0E2 2nX 20.70 V 682 0n/00.42 V 3n/ 1fl7.fi V M27n/-142 1 V M2.5n/-70.53 V SD2 Sn/ 1.34B V Q62 5n/7324 V N啊 Sn/ 1>34 V51.93ni/-1319 V S1.ai2n/-1IDa2 V ®J«n/-42.72 V 51.30/3-133 V fi2jQ2n/ 1115.D V 5Z.a0r>-lffl2 V 51.36pZ-ee.01 V 51 .-0/23.05 V 61.Mn/112

30、.S V S1<7h/-157 3 Vb. 用Kaiser窗口作出Vout的dBm载波频谱数据图。放置两个Marker在GSM带宽（大约270kHz）两边来测量Bw。这是中心频率附近的输出频谱。Kaiser 窗口将保证每一个和最后一个时间数据点为0;这会改善所计算频谱的动态范围，同时一降低噪声基底。 Plot Traces I IttzibutcsiOFIXFl砒 OpliiSMIIIrI-IIIi=iriDatasets and Equations-bihfm_deniod_in>>Add>>fm_de!rnod_oiJ Ireq>>ArtdVs.&

31、gt;>«Detete«limehwAdvancad. 1You are adding data From a Circuit: Envelope simulation to a rgclahguli ploLHow 刊ould you like to handle this data? Spedlrum of Ihe caniei ini dE (Kaisfir winidQwing) S' iSpadtiuffi of IhM unis in dBm 区商她 windflwing L Magnitude d oarnei in the lir% domai

32、nr Phase of (he carrer in the hme domainBaseband signal 圖 the time domainI- Shov HiadichgpManage Datasets.Advanced.CancelI_I_I关于混频器的CE的备注通过对话框在缺省状态下Kaiser窗观察频谱数据。它假设载波索引值是1。但是对于一个混频器，你需要编辑轨迹 并用正确的索引值代替1。正确的索引值来自于你的IF或RF频率的Mix 表。c. 在Vout图中，插入Vin（相同的数据格式类型）并用 Markers来验证增益 是否大约为35dB。这和以前用理想的Gummel-Poon

33、模型对amp 1900仿真的结果相符合。（实验报告）,ieizd. 插入另外的两个图：一个包括所有时间点的Vout1和一个时域Vout幅度 的矩形图，如下图所示。正如你所看到的，两个图的振幅幅度大小没有什 么变化。对于GSM来说，这说明因为GSM是相位调制，放大器对于基带 只增加很小或是没有失真。（实验报告）L 亏口->宗£e.再插入另外两个图：一个是 Vout的相位，这是为了看清在200 ns内相位 的变化。注意到相位圆的y轴是从0到土 180（类似一个网络分析仪）。同 时，插入一个bits_out数据图，这些是从源出来的一些原始数据。下面的 步骤中，你将操作这些数据并得出两

34、者之间的关系。（实验报告）time, uisbco qen口 A>cfiELICI2DD . .1 1 fII|5I |5I|1 IrII0204060 SO 1CNJ 120 140 ISO 160 2W 22020 知 00 旳 TOO W 10 1C0 130 ZOO 220time； us&c文.S3271 D D-O.Oqe=cr£f. 一个方程能对数据解调。如图所示在baseband方程中，unwrap函数的功能是从绝对相位中去掉士180度的转化格式。diff函数将区分展开的（unwrapped）倾斜度。除以360将以Hz表示数值。这个解调输出是必要的。 写

35、出方程并作出如下图形。（实验报告）对于源，经丈 釣加u龍迟 后，标记< MakerafeaR在斓弄于3E 徴申的地方，65KHZ&!偏 差.（X轴的单m4tinie=38 03usec罩 ng646 了 3. Q29此处将"tinw“直接修改为0204<l«0indep Cbaseband)time. us#cW UDO 120 140 w neom4i nd e p(m4)=3.803E- 5plot_vs(baseband, indep(baseband)=64673.029I 0E5m4pucaq eq5 0E4-0,0-5.0E4- 000004I008D2 0 08005Eo20020 0 08 0-08 000014 0ocm2 0-08S 0-080® 0.0800Eqnbaseband=diff(unwrap(phase(Vout1)/36O)i nd ep( baselb a nd)g. 在基带（based b