實(shí)驗(yàn)五-電路包絡(luò)仿真匯總

PAGEPAGE132實(shí)驗(yàn)五、電路包絡(luò)仿真概述這節(jié)主要講述了電路包絡(luò)(CircuitEnvelop)仿真的基礎(chǔ)。針對(duì)輸入信號(hào)是脈沖或諸如GSM、CDMA調(diào)制信號(hào)，對(duì)輸出信號(hào)作時(shí)域和頻域仿真。任務(wù)運(yùn)用一個(gè)特性放大器，設(shè)置電路包絡(luò)與仿真試驗(yàn)仿真參數(shù)測(cè)試失真使用解調(diào)元件和方程仿真具有GSM信號(hào)的1900MHz放大器作出載波和基帶信號(hào)數(shù)據(jù)圖形在頻域和時(shí)域?qū)?shù)據(jù)組進(jìn)行操作目錄創(chuàng)建一個(gè)PtRF源和特性放大器(behavioralAmp)……133設(shè)置包絡(luò)仿真控制器……………………133仿真并作出時(shí)域響應(yīng)圖…………………134在特性放大器中加入失真………………135設(shè)置一個(gè)解調(diào)器和一個(gè)GSM源………137設(shè)置帶變量的包絡(luò)仿真…………………138仿真并對(duì)解調(diào)結(jié)果作圖…………………138用一個(gè)濾波器對(duì)相位失真進(jìn)行仿真……139仿真并作出輸入和輸出調(diào)制曲線………140對(duì)具有GSM的amp_1900源進(jìn)行仿真…………………140作出GSM信號(hào)數(shù)據(jù)和頻譜圖……………141選作—信道功率計(jì)算……………………145

步驟1．創(chuàng)建一個(gè)PtRF源和特性放大器（behavioralAmp）。a．在amp_1900任務(wù)中，新建一原理圖并以ckt_env_basic命名．用下面的步驟建立一個(gè)電路圖，如一下圖所示。b．從system-Amp＆Mixers面板中，調(diào)出一個(gè)特性放大器（Amplifier）。如下圖設(shè)置S參數(shù)：S21=l0dB，其相位為0度（dB和相位用逗號(hào)分開）。S11和S22是-50dB（回波損失或失配衰減）和0度相位。最后，S12也被設(shè)置為0，表明沒有反向泄漏（reverseleakage)。確保對(duì)S21，S11和S22使用dbpolar函數(shù)，如下圖所示。備注：dbpolar函數(shù)是一個(gè)把幅度以dB和極化角為度表示的復(fù)數(shù)轉(zhuǎn)換成用實(shí)部和虛部表示復(fù)數(shù)的函數(shù)。c．插入一個(gè)PtRF-Pulse己調(diào)制源，并設(shè)置功率為P=dbmtow(0）和Freq=900MHz，同時(shí)，編輯下列設(shè)置并確保每一個(gè)設(shè)置的display框都打了勾：OffRatio（超比率）=0,Delay（時(shí)延）=0ns，Risetime（上升時(shí)間）=5ns,Falltime（下降時(shí)間）=10ns，PulseWidth（脈沖寬度）=30ns和Period（周期）=100ns。d．插入一個(gè)50Ω電阻，其節(jié)點(diǎn)名、接地和導(dǎo)線如上圖所示。2．設(shè)置包絡(luò)仿真控制器a．插入一個(gè)控制器并設(shè)置計(jì)算頻率為900MHz，Order=l。隨后，你將加入失真和增加次數(shù)（order）。b．設(shè)置stop=50ns.這個(gè)時(shí)間完全滿足看到整個(gè)脈沖寬度，包括上升、下降時(shí)間和延遲。c．設(shè)置step=lns。這就表明信號(hào)每lns就進(jìn)行一次抽樣，所以總共有51個(gè)數(shù)據(jù)采樣點(diǎn)。源的輸入功率為l0dBm：dBmtow（10）。c．仿真并察看數(shù)據(jù)。如果自動(dòng)圖形范圍調(diào)整功能(autoscalar)打開，時(shí)域圖將被調(diào)整。在頻域圖上，設(shè)置x軸回到原來(lái)的自動(dòng)刻度并如圖放置Marker，在放置點(diǎn)由于放大器失真產(chǎn)生很大的奇次諧波（異相求和一summingout-of-phase）。在包絡(luò)振幅里，這個(gè)值比Vin或Vout的幅度小。同時(shí)，因?yàn)槿雍艽植?，包絡(luò)形狀不是很精確。（實(shí)驗(yàn)報(bào)告）d．設(shè)置時(shí)間間隔為1ns并再次仿真。刷新后，圖形展示了正確的包絡(luò)。但是Vin和Vout仍舊比包絡(luò)幅度大，這是由于壓縮的原因。為了證實(shí)這點(diǎn)，插入一個(gè)Vout的列表并且禁用（Suppress)TableFormat。然后下拉滾動(dòng)條至5ns數(shù)據(jù)處?，F(xiàn)在，你能看到3次諧波相位相差180°，使得包絡(luò)幅度小于基頻幅度。（實(shí)驗(yàn)報(bào)告）5．設(shè)置一個(gè)解調(diào)器和一個(gè)GSM源關(guān)于GSM調(diào)制：這是一種載波（典型值為900MHz）的相位調(diào)制，在這兒相位的變化表示為1或0。a．從Source-Modulated(調(diào)制源）面板中，調(diào)出一個(gè)GSM源并在B點(diǎn)輸出端輸入管腳標(biāo)注（節(jié)點(diǎn)名）bit_out如下圖所示。它看上去似乎沒有連接好，但這是正確的。同時(shí)，設(shè)置源F0=900M且Power=dbtow（10）。同時(shí)，去掉壓縮GainCompPower=（Blank）。b．進(jìn)入System-Mod/Demod面板并在原理圖上放入兩個(gè)解調(diào)器（demodulators）：FM_DemodTuned，如下圖所示。設(shè)置兩個(gè)解調(diào)器的Fnom為90OMHz。同時(shí)對(duì)每個(gè)輸出端進(jìn)行標(biāo)注：fm_demod_in和fm_demod_out,如下圖所示。這些將用來(lái)觀察被解調(diào)的GSM信號(hào)（基帶）。關(guān)于解調(diào)器的備注—在這個(gè)例子中你可以用相位解調(diào)器，但是使用調(diào)頻解調(diào)器會(huì)更容易。如果設(shè)計(jì)解調(diào)器，可以運(yùn)用這種典型的設(shè)計(jì)來(lái)測(cè)試電路。另外，可以參照Example目錄中的modulator/demodulator（調(diào)制／解調(diào)器）仿真的例子。6．設(shè)置帶變量的包絡(luò)仿真a．在原理圖中插入一個(gè)VAR(變量）方程并設(shè)置stop和step時(shí)間，調(diào)制帶寬(BW)大約為270KHz,如下圖所示。其中變量：t_stop設(shè)置為大約l00μs。用BW值作為分母很方便但并非必須。取樣率t_step為BW的5倍。同時(shí)請(qǐng)注意ADS默認(rèn)的包絡(luò)時(shí)間單元（秒）不是特定的。7．仿真并對(duì)解調(diào)結(jié)果作圖a．以數(shù)據(jù)組名ckt_env_demod仿真。b．你前面的圖并未建立顯示該數(shù)據(jù)的設(shè)置。因此，可在同一個(gè)數(shù)據(jù)顯示的獨(dú)立的圖中用一個(gè)新的數(shù)據(jù)組名來(lái)保存數(shù)據(jù)。作出兩個(gè)FM節(jié)點(diǎn)的圖作為時(shí)域基帶信號(hào)(Basebandsignalinthetimedomain）。這些軌跡將是實(shí)數(shù)，索引值為[0]。解調(diào)器只有在基帶（類似dc元件）才輸出信號(hào)。請(qǐng)注意因?yàn)闆]有失真所以兩條曲線是一樣的。（實(shí)驗(yàn)報(bào)告）c．在一個(gè)獨(dú)立圖表中，作出bits_out的實(shí)部。除了一些延遲，你應(yīng)該看到001101010010的樣式圖。8．用一個(gè)濾波器對(duì)相位失真進(jìn)行仿真a．在放大器中，設(shè)置GainCompPower(增益壓縮功率）)為5（即放大器輸出功率為5dBm)同時(shí)設(shè)置GainComp=1dB。b．確認(rèn)GSM源功率設(shè)置為l0dBm。c．在放大器和源之間插入一個(gè)Butterworth（巴特沃斯）帶通濾波器，如下圖所示。這樣因?yàn)橹挥姓瓗盘?hào)能通過放大器，所以這將造成一些失真，同時(shí)所有信號(hào)都能通過第一個(gè)解調(diào)器。d．改變t_step為270KHz帶寬的10倍：t_step=l/（10*270e3）。e．改變t_step分子為50（200us）：t-stop=50/（270e3）。9．仿真并作出輸入和輸出調(diào)制曲線你的圖形應(yīng)該顯示與下圖相似的從輸入到輸出的失真和時(shí)延。（實(shí)驗(yàn)報(bào)告）10．對(duì)具有GSM的amp_1900源進(jìn)行仿真a．打開先前的原理圖設(shè)計(jì)：hb_2Tone,并以一個(gè)新的名稱：ckt_env_gsm保存。b．刪除以前所有的仿真控制器、變量等。通過以下方式修改原理圖：1）插入一個(gè)Envelopeconroller（包絡(luò)控制器），2)插入一個(gè)PtRF_GSM源，3)按下圖創(chuàng)建VAR。仿真元件和變量與最近一次包絡(luò)設(shè)計(jì)相似。因此，你可以在原理圖上用Edit)Copy/Past創(chuàng)拷貝／粘貼）命令完成。同時(shí)確保bit_out節(jié)點(diǎn)在GSM源上。關(guān)于CE（電路包絡(luò)）值設(shè)置的備注：在本次仿真中，200us的t_stop（是前一次仿真的兩倍）將給出一個(gè)更好的頻譜分辨結(jié)果。將t_step設(shè)置為帶寬（BW)（270.833KHz）的整數(shù)倍。總的來(lái)說，這樣設(shè)置并不是必需的，但這可以讓你對(duì)頻率的相位有一個(gè)準(zhǔn)確的計(jì)算。同時(shí)，CE的開始時(shí)間（starttime）的默認(rèn)值都是0秒，這個(gè)一般不要改動(dòng)。如要查看該設(shè)置，用Display欄并打開Start。c．檢查你的設(shè)置，然后仿真并查看狀態(tài)窗口。11．作出GSM信號(hào)數(shù)據(jù)和頻譜圖a．在數(shù)據(jù)顯示中，插入一個(gè)Vout列表，同時(shí)用PlotOptions設(shè)置Engineering的格式并勾上TransposeData,如右圖所示?，F(xiàn)在，你可以看到在每個(gè)時(shí)間間隔CE計(jì)算每個(gè)頻點(diǎn)的值。滾動(dòng)(Scroll）到最后你可以在最后一個(gè)t_stop時(shí)間點(diǎn)看到最后一個(gè)點(diǎn)的值。（實(shí)驗(yàn)報(bào)告）b．用Kaiser窗口作出Vout的dBm載波頻譜數(shù)據(jù)圖。放置兩個(gè)Marker在GSM帶寬（大約270kHz）兩邊來(lái)測(cè)量Bw。這是中心頻率附近的輸出頻譜。Kaiser窗口將保證每一個(gè)和最后一個(gè)時(shí)間數(shù)據(jù)點(diǎn)為0；這會(huì)改善所計(jì)算頻譜的動(dòng)態(tài)范圍，同時(shí)一降低噪聲基底。關(guān)于混頻器的CE的備注——通過對(duì)話框在缺省狀態(tài)下Kaiser窗觀察頻譜數(shù)據(jù)。它假設(shè)載波索引值是[1]。但是對(duì)于一個(gè)混頻器，你需要編輯軌跡并用正確的索引值代替[1]。正確的索引值來(lái)自于你的IF或RF頻率的Mix表。c．在Vout圖中，插入Vin(相同的數(shù)據(jù)格式類型）并用Markers來(lái)驗(yàn)證增益是否大約為35dB。這和以前用理想的Gummel-Poon模型對(duì)amp_1900仿真的結(jié)果相符合。（實(shí)驗(yàn)報(bào)告）d．插入另外的兩個(gè)圖：一個(gè)包括所有時(shí)間點(diǎn)的Vout[1]和一個(gè)時(shí)域Vout幅度的矩形圖，如下圖所示。正如你所看到的，兩個(gè)圖的振幅幅度大小沒有什么變化。對(duì)于GSM來(lái)說，這說明因?yàn)镚SM是相位調(diào)制，放大器對(duì)于基帶只增加很小或是沒有失真。（實(shí)驗(yàn)報(bào)告）e．再插入另外兩個(gè)圖：一個(gè)是Vout的相位，這是為了看清在200ns內(nèi)相位的變化。注意到相位圓的y軸是從0到土180（類似一個(gè)網(wǎng)絡(luò)分析儀）。同時(shí)，插入一個(gè)bits_out數(shù)據(jù)圖，這些是從源出來(lái)的一些原始數(shù)據(jù)。下面的步驟中，你將操作這些數(shù)據(jù)并得出兩者之間的關(guān)系。（實(shí)驗(yàn)報(bào)告）f．一個(gè)方程能對(duì)數(shù)據(jù)解調(diào)。如圖所示在baseband.方程中，unwrap函數(shù)的功能是從絕對(duì)相位中去掉士180度的轉(zhuǎn)化格式。diff函數(shù)將區(qū)分展開的(unwrapped)傾斜度。除以360將以Hz表示數(shù)值。這個(gè)解調(diào)輸出是必要的。寫出方程并作出如下圖形。（實(shí)驗(yàn)報(bào)告）g．在基帶(basedband)圖中，加入一條時(shí)域的bit_out曲線。它將在0附近，除非你編輯曲線（editthetrace），如下圖所示。進(jìn)入PlotAxes欄并對(duì)這條新曲線選擇RightY-axis（y軸在右側(cè)）。h．下一步，在PlotOptions中，去掉白動(dòng)刻度并重置右邊y軸從-1.25到1.25。最后，在圖上X軸上直接鍵入光標(biāo)并輸入+10us然后回車來(lái)產(chǎn)生10us的延遲，如下圖所示。10us的移動(dòng)是通過放大器產(chǎn)生的延遲?，F(xiàn)在，你應(yīng)該對(duì)輸入到輸出基帶有一個(gè)完全的比較了。（實(shí)驗(yàn)報(bào)告）關(guān)于數(shù)據(jù)的備注：你可以劃線表示基帶信號(hào)可能的狀態(tài)并直接在圖上標(biāo)示狀態(tài)（00，01，10，11），如圖所示。i．保存所有的作業(yè)。到這個(gè)實(shí)驗(yàn)過程為止，你己經(jīng)了解了所有ADS的基本知識(shí)，在最后一個(gè)練習(xí)實(shí)驗(yàn)中，你將把所有電路綜合進(jìn)行最后測(cè)試。12．選作—信道功率計(jì)算a．在數(shù)據(jù)目錄中新建一頁(yè)，Page>NewPage,并按下圖命名。b．用ADS的channel_power函數(shù)，寫兩個(gè)方程式計(jì)算頻譜中的功率。第一個(gè)方程限制、定義了調(diào)制帶寬。第二個(gè)方程式channel_pur使用了ADS的channel_power_vr函數(shù),這里，vr表示在計(jì)算中使用的是電壓而不是電流。方程中Vout[1]是1900MHz的頻點(diǎn)。同時(shí)，50是系統(tǒng)阻抗，“Kaiser”是一個(gè)降低噪聲基底的窗口，加30是把最后值轉(zhuǎn)化為dBm