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1.2.3.4.5.6.7.8.9.10.创建一个PtRF源和特性放大器(behavioral Amp) 设置包络仿真控制器丿并出 时域响应1图在特性放大器中加入失真设置一个解调器和一个 G S M 源J变量的包络真仿真并对解调结

2、果作图用一个滤波器对相位失真进行仿真仿真并作出输入和输出调制曲线对具有GSM的amp_1900源进行仿真11. 作出 GSM 信号数据和频谱图12. 选作信道功率计算133133134135 137138138139140140141145150步1.骤创建一个PtRF源和特性放大器（behavioral Amp）。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。""从system-Amp& Mixers面板中，调出一个特性放大器（Amplifier ）。如 下图设置S参数：S21=l0dB,其相

3、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 S22使用dbpolar函数，如下图所示。a.b.VoutP1RF_PulJ4POHTIHum=1AmplihtrOhmP-dbElT)£21= dbp 4b <10 .(irFwq=90Ci WHz(Sn=dtpol2i(-M.fl)Cti打划mQ帛M酣pmrC仪防S12-0RiH=5 nstc'Falk 10 nsteWi4th>30Ptriod"1

4、00 nno除S12外把M它E彩林 i捷 R jdbpolart'Ji ViRftEO 口hEdB和极化角为度表示的复数转换成用备注：dbpOlar函数是一个把幅度以 实部和虚部表示复数的函数。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 dis play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

5、）=100 ns。2.d.插入一个50Q电阻，其节点名、接地和导线如上图所示。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。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。ENVELOPEEnvelopeEnvx1Freq1 =900 MHzOrder1=1Stop=50 nsecStep=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

6、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）b.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 nso （实验报告）m2m2time=5.000necml time=0.0000sec mmgQ/in戶0 000再加入 Vout （时域）的幅度。现在，编辑图形，选 Trace Option去掉索引1使其表达式为：mag（Vout）。d.在一个

7、单独的图中，择需要的轨迹并用同时，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）10U.0-r1 1m4=m；Tn eqyou, OMrlziinag(Vout)=0.500 time=40.00000nsecm3 freq=900,OMHz mag(Vout)=0.127 lme=42.00000nsec1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 y 1

8、1I I I IllyI I I LI0.81.2 .40.6a B D.91.Dfteq, 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）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(V0Lrt)Depe

9、ndency : time,freqNum. Points : 51, 2Matrix Size : scalarType : Complez当时间间隔大于上升时间，你得到的载波并不是正常X轴范围已经变大，同时 Marker位于0和10 ns两点。f.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。的包络。在图上， （实验报告）亠-二左盲E 亠=专0芒黒U1 A ? J4. 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

10、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）。VinPtRF_Pljl55POPfl NurtiFlZ»50 Ohm P=dbnMM10) Fraq=3Ti hdHz OffRalio Delayl n&BC Ri*"6 nssc Fs»10 nsec Wdth=3a门対匚 PefiodlO) n百日匚-mpMierAM PIS21=dhpQlar(10fli £11=dbpolSrl.S0ja 32

11、2=dbpolart50jQO S12=D.GamCompPcwanG.3rtCopip=1 dBR1RhO OhmgjrrENVELOPEEn 呵 opeEnvxlF理叩 >900 MHaOrd0r|l 1SlopSO nEBC3tep=10 n&Bi:（autoscalar打开，时域图c.仿真并察看数据。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

12、报告）如果自动图形范围调整功能-rtJ -5 0 5 0 51 1 a c二二弓号一書EfriSftime=lO.OCiri5ecIma型駅诚 m=D.eO4mlame=O.OOOOEecEag(Ziri1)=a.0DD1020304050time, nsfrcm3 freq=9aD.DMHz iriag(Vout)=0.7ai lhnft=4Q.OOOQan%c0 6 nn4freq=2 700GH2 mag(Vout)=0.243 llnne=3D.D00D0nfecm5freq=4.500GHz fnagVout)=0J27 time=30.CiOOCiOnsecD7-匚-r - Q E

13、 5 4 4J 3 1 DD 0 O a a D 0mGIVI图形展示了正确的包络。但d.设置时间间隔为1 ns并再次仿真。刷新后，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（Suppress） 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）(三专A珞e A疗cir二固D5QDme, nse 匚1020U踊ml |lnne=O.OOOOec inagMn1j=CLOOOm2 hiTi6=5.a00n$ec mag(Vout1)=0 宜04fire

14、qVour0.000/0.000o.acn/0.0000.000/0.000 0 248/180.0000.000/0.0000.127/0.0000.000/0.0000.80/0.0000.000/0.000 0 28/130.0000.000/0.000time=5.000 nsec0.0000 Hz900 0 MHz1 000 GHz2 700 GHz 3.600 GHz 4.500 GHztime=6.000 nsecO.OOOOHz 900.0 MHz 1.800 GHz 2.700 GHz 3 600 GHz5. 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

15、 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 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900MHz。同时对每个输出端进行标注：fm_demod_in和f

16、m_demod_out, 如下图所示。这些将用来观察被解调的 GSM信号（基带）。P oweFdbtritfl*<10Rout =50 OhmD5rtaR0rte=27O.033 KHzINlBit5="DD11010ia01)"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

17、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。ENVELOPEEnvelopeEnvxlFreqM 1=900 MHzOrder(1=10Slap=t_sto p Slep=t_step團VARVAR2t stop=50/(270e3 t_step=1 /(W*270e3)7. 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

18、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。（实验报告）Circuit Envelape SiKulatian D. 区jC SpecUvm d ths attitt in cfi (Kai$ar windowinglC Spscutm ol thft crriH in cSm KdisH rtindowingC Magnriude of CMiier h the lime domairtP

19、ha» of thbfl caiier in the Une domain席 send_£igri tlw tirronwiriadvanced.OKCancelC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

20、只有窄带信号能通过放大器，所以这将造成一些失真，同时 所有信号都能通过第一个解调器。de mod mfm_demod_OLtF inlinedDEMDD1Sensitivitv=1 KHzFftom-flOO MHiRQut=50 OhmrM_Demod?unt dOEU 口 02Vni 1 SerEiti¥ity=1 KHz 四叫n価二SOM血口hmENVELOPEbits out6PF_Butterv»rthBPFlFc：enl4r=fl00 MHz eWpasrfO kHzGW£|qp=O MMzAstop=23 dDEnvlpp*Enf¥x1Fr

21、eq1j=9CM MHz mrl-10 Stop=t_sto p Step=lstep3RC2F0=900 MHzP 砂* d friTitfl*<lOoRou1f50 OhmDataftate=270.S53 KHz lhitei|"KI110-1010D1Q"AmpBifierAMRiS21 = dbpolj<10j0)£11=dbpola<-50j0)S22BdbpQ|ji<0OjQ)S12=0.GainCom pPomie 产 50ilACemp"l 4BR1RnfiO Ohm崗V/AhVAR2t_stBp=50 /p70

22、e3) t_step»：l / (10"270e3jd. 改变t_step为270KHZ带宽的e. 改变 t_step分子为 50 (200us): t-stop=50/ (270e3)。10 倍：t_step=l/ (10*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）ISOI输入端调制I I输出端调制I-iw J100-10-w-1«-02040 GO «0100 120 140 160 100 200trme, usee10 .对具有GSM的amp_佃00源进行仿真a.打开先前的原

23、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 （包络控制器），2）插入一个 PtRF_GSM 源，3） 按下图创建VAR0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。Vcc鬱 ENVELOPE询潮=5 VPF_freq=1900 MH?RF_pvn=-4DT_step=1 /(5*270e33KHf) t_3tp=2ll U3RRCR=0 OhmE

24、fW'/lopeEmlFreq1=PF freq 0啊 1=5 SlDp=t_3tap Slep=l_5tapVcci V_DC ERC2Vdc=VhiaE.PlRP_GSMSRC4F10=RF_rraqPovtet= dbmtOft<PF_fwr) Rout=5D Ohm D9taB9te=270B33KHs InrtBflE-DDI IDIQIOaiQ-RB R=5B kOhmhjLpkg01 he1a=l60CtoC.FeedlDC_Blocli1 ； .=120 nH C=ib pF 誘=丄cC_F?Bd2 L=12J nH4DC_BlDck3C=ibpFL_niskh_

25、au1L=27.1 nHR=6 OhmVinbits au1Ljn g(lch_inL=ia 3 nHR=12 OhmC match inC=D.35 pFh- m m cc-Y Jum=2_ J=50 OhmS200us 的 t_stop （是 t_step设置为带 这样设置并不是必需的， 同时，CE的开始时间（start 如要查看该设置，用Dis play关于CE （电路包络）值设置的备注：在本次仿真中， 前一次仿真的两倍）将给出一个更好的频谱分辨结果。将 宽（BW）（ 270.833KHZ）的整数倍。总的来说， 但这可以让你对频率的相位有一个准确的计算。time）的默认值都是0 秒,这个

26、一般不要改动。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Plot 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）SrzrnllLUljuj JlVSulfrtq-3 em &Hz frcqTTW 阿IHe© 195.7 U5ct107J UFtC19?J9IBEjO gpc 帕P.Q

27、UFECMO-1217 5t150 0 V 3ia.Tp/ iea 口 v 2312p1BOO V ee.73p160 0 V 22.aTpy 1M 口 V iDUplKO V s.MOp/o.mm V /D.DOCn V 41.1100.0 V 49 14p /DJpOW Vi0o.rr.m.7e 130.190100iao iaoieD.ni/-1?0£ laD.flm /-IK Z 帕 D.4m/-1.3 igpnm /-m4 V4rnj* 1(H.1Arr./1-106 qrr.yi31 S153 Am； 165.0if1.01Sffi/»05 ljO1Bmj-D7

28、.7Z lJ0iem/».7£ lJ0iem/120e ijOWm/ 1M.1 ljQiam/-1?0.7 lJ015m/-134elJQiam-6ajQ2 1 01flm J-E? V*6.59112550 V 1D.»u/44.3a V *e.Mu/7B.?e V 帕.59电八 e V ID.Mu/ 173 口 V 1Sj5erf/-1».3 V 10ev/-7Sj54 V V 帕帕 V ID 轴xij*ai嗣 Vfpeq-7J9D0 &Hi_ VBQZ.n /-ZSJB 062 2n/2070 BK 歸 rw.42 an/ H7.CM2.7

29、n/-142.1 M£.5n/53aD2 an/ee2en/7324 V 9即 Srt/ 144-B V51ja3ri/-*319 V 31.flZn/-1Daz V 62jaep/-42.?2 V 5ijgen/3-ijg3 v 32jCEn/ 1-13.D V 6Sjaen；-lS92 V 5ifle/-e6jsi V 51.fl4fi/Z3jas V e-iJMfi/1-12.0 V 31.flTn/-l5T fl 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。Kais

30、er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。 riot TrftCfrS ATlat Tyri I FUi OpliTtS D駅酢武S and Equations"I"|ck匕erw.baac fm_deniod_m lm_demod_OLl IreqMm Mbcfl linw>>AddVs.>>Advanend. I厂 Shoiif HiaaichjManage Daiaseti. |ul匚irmi十 Envelope Sim At ion D.You are addrg data from a

31、Creuit Ervelnpe Eimulatian ho 4 rflClanguli ploLHon would you like to handle this data?Speclrun of IHe 匚niei in tfi (Kaiser wretiwing)iSpeclrijn cf lhe cdtiiei in 函 m 氏&她 windowingj、 B-H JMagEtude d cmei in the lime domainPhase of Ohe earner in the time domanBaseband signal m the tine domsrAdvar

32、rftd.OKCancel |关于混频器的CE的备注通过对话框在缺省状态下Kaiser窗观祭频谱数据。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模型对amp_1900仿真的结果相符合。（实验报告）rfeq, Krt:d. 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。

33、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）Vout的相位，这是为了看清在200 ns内相位e.再插入另外两个图：一个是的变化。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者之间的关系。（实验报告）200o O O Q O O Q1 ql-三口 AJm票怎80100 12D1QQ 1B0 300 220time, u$BCQJS-03-02-.0.7_020 qo W 00 1DD 120 1401WigO ZOT 2

34、20baseband方程中，unwrap函数的功180度的转化格式。diff函数将区分展开的f.一个方程能对数据解调。如图所示在 能是从绝对相位中去掉士（unwrapped）顷斜度。除以360将以Hz表示数值。这个解调输出是必要的。 写出方程并作出如下图形。（实验报告）巨门I乎t觀诙ni皿mmfjgig何n麻对于源-疑丈 的Mu龍迟 后，标记在斓希于38 馳秩的地育， 对趣丈细 65kH2&f偏 差的单I.OE厂W r 1* Ume. usM20«0 W IQO 1：5 14Q IM 1*0fn4lime=38 03usec tfMI baseb日nd三64673 029p匚蚩常qUlfUl 1；1 111此处将直接修改为 indeP （baseband）m4indep(m4)=3.803E-5plot_vs(baseband, irigp(bmsebBiicl)=64673.0291.0E5m4pumq也Bq005 0E4-5.0E4ls§ o.ownE gam 0-osw 0-08-0 0-oooomgi 0.000s o.oooou0 0800indep(baseband)g. 在基带（based band图中，加入一条时域的 bit_out曲线。它将在0附近， 除非你编辑曲线（edit the trace）,如下图所示。进入Plot Axe