Agilent ADS主要仿真器介紹 | ADS2009, ADS2008, ADS2006A

        ADS ( Advanced Design System ) 是美國(guó)Agilent公司推出的電路和系統(tǒng)分析軟件，它集成多種仿真軟件的優(yōu)點(diǎn)，仿真手段豐富多樣，可實(shí)現(xiàn)包括時(shí)域和頻域，數(shù)字與模擬，線性與非線性，高頻與低頻，噪聲等多種仿真分析手段，范圍涵蓋小至元器件，大到系統(tǒng)級(jí)的仿真分析設(shè)計(jì)；ADS能夠同時(shí)仿真射頻（RF），模擬（Analog）,數(shù)字信號(hào)處理（DSP）電路，并可對(duì)數(shù)字電路和模擬電路的混合電路進(jìn)行協(xié)同仿真。由于其強(qiáng)大的功能，很快成為全球內(nèi)業(yè)界流行的EDA 設(shè)計(jì)工具。

        下面來(lái)詳細(xì)介紹ADS 在射頻、模擬電路設(shè)計(jì)中的常用的仿真器及其功能。

         1. DC Simulation
         直流仿真是所有仿真的基礎(chǔ)，它可執(zhí)行電路的拓?fù)錂z查以及直流工作點(diǎn)掃描和分析。

         2. AC Simulation
         交流仿真能獲取小信號(hào)傳輸參數(shù)，如電壓增益，電流增益，線性噪聲電壓，電流。在設(shè)計(jì)無(wú)源電路和小信號(hào)有源電路如LNA 時(shí)，此仿真器十分有用。

         3. S-parameter Simulation
         微波器件在小信號(hào)時(shí)，被認(rèn)為工作在線性狀態(tài)，是一個(gè)線性網(wǎng)絡(luò); 在大信號(hào)工作時(shí)，被認(rèn)為工作在非線性狀態(tài)，是一個(gè)非線性網(wǎng)絡(luò)。通常采用S 參數(shù)分析線性網(wǎng)絡(luò)，諧波平衡法分析非線性網(wǎng)絡(luò)。
S 參數(shù)是入射波和反射波建立的一組現(xiàn)性關(guān)系，在微波電路中通常用來(lái)分析和描述網(wǎng)絡(luò)的輸入特性。S 參數(shù)中的S11，和S12 反映了輸入輸出端的駐波特性，S21 反映了電路的幅頻和相頻特性以及群時(shí)延特性，S12反映電路的隔離性能。
S-parameter Simulation 仿真時(shí)將電路視為一個(gè)四端口網(wǎng)絡(luò)，在工作點(diǎn)上將電路線性化，執(zhí)行線性小信號(hào)分析，通過(guò)其特定的算法，分析出各種參數(shù)值，因此，S-parameter Simulation可以分析線性S-parameter，線性噪聲參數(shù)，傳輸阻抗（Zij）以及傳輸導(dǎo)納（Yij）。

         4. Harmonic Balance Simulation
         諧波平衡仿真器著眼于信號(hào)頻域（Frequency Domain）特征，擅長(zhǎng)處理對(duì)非線性電路的分析。如果調(diào)制的周期性信息可以用簡(jiǎn)單的幾個(gè)單載波及其諧波表示出來(lái)，或者說(shuō)如果付氏級(jí)數(shù)展開(kāi)式很簡(jiǎn)單的話，Harmonic Balance Simulation是一個(gè)有效的分析工具。但是，如果分析的是諸如CDMA等信號(hào)，不具備簡(jiǎn)單的周期信號(hào)的特點(diǎn)，那么，Harmonic Balance Simulation 也就不能勝任對(duì)系統(tǒng)的仿真工作。
一般網(wǎng)絡(luò)（系統(tǒng)）是由線性子網(wǎng)絡(luò)和非線性子網(wǎng)絡(luò)組成。線性子網(wǎng)絡(luò)的特性可用頻域代數(shù)方程來(lái)描述，而非線性子網(wǎng)絡(luò)則建筑在時(shí)域的非線性方程上來(lái)描述。平衡時(shí)，經(jīng)Fourier變換成時(shí)域的線性子網(wǎng)絡(luò)端口電壓和電流應(yīng)滿足非線性子網(wǎng)絡(luò)端口的電壓和電流，同樣，經(jīng)Fourier變換成頻域的非線性子網(wǎng)絡(luò)端口電壓和電流應(yīng)滿足線性子網(wǎng)絡(luò)端口的電壓和電流。因此，設(shè)定一個(gè)最大的諧波數(shù)，建立一個(gè)線性子網(wǎng)絡(luò)端口電
壓（電流）和非線性子網(wǎng)絡(luò)端口的電壓（電流）的誤差函數(shù)，通過(guò)迭代，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)的線性子網(wǎng)絡(luò)和非線性子網(wǎng)絡(luò)的諧波平衡。采用諧波平衡仿真器可以仿真噪聲系數(shù)，飽和電平，三階交調(diào)，本振泄漏，鏡象抑制，中頻抑制，組合干擾等參數(shù)。
一般而言Harmonic Balance Simulation 設(shè)計(jì)射頻放大器，混頻器，振蕩器時(shí)十分有用。當(dāng)設(shè)計(jì)大規(guī)模RFIC或RF/IF 子系統(tǒng)時(shí)，由于存在大量的諧波和交調(diào)成分，Harmonic Balance Simulation 必不可少。

         5. Large-Signal S-parameter Simulation ( Simulation-LSSP )
         Simulation-LSSP 是Harmonic Balance Simulation 的一種，不同的是前者執(zhí)行大信號(hào)S-parameter 分析，因此在設(shè)計(jì)功放時(shí)十分有用。后者，一般只用于小信號(hào)S-parameter分析。

         6. Simulation-XDB
         Simulation-XDB用于尋找用戶自定義的增益壓縮點(diǎn)，它將理想的線性功率曲線與實(shí)際的功率曲線的偏離點(diǎn)相比較。使用Simulation-XDB，在設(shè)計(jì)射頻器件時(shí)可以很方便的找出1dB ,3dB 壓縮點(diǎn)。

         7. Circuit Envelope Simulation
         電路包絡(luò)仿真器是近年來(lái)通信系統(tǒng)的一項(xiàng)標(biāo)志性技術(shù)。其特點(diǎn)是: 對(duì)于任何類型的高頻調(diào)制信號(hào)，均可分解為時(shí)域和頻域兩部分進(jìn)行處理。在時(shí)域上，對(duì)相對(duì)低頻的調(diào)制信息進(jìn)行直接采樣處理，而對(duì)相對(duì)高頻的載波成分，則采用類似的Harmonic Balance Simulation 的方法，在頻域進(jìn)行處理。這樣的結(jié)合使仿真起的效率和速度都得到一個(gè)質(zhì)的飛躍。因此，Circuit Envelope Simulation 是目前進(jìn)行數(shù)模混合仿真和數(shù)字微波系統(tǒng)高頻最有效率的工具之一。
Circuit Envelope Simulation 多用在涉及調(diào)制解調(diào)以及混合調(diào)制信號(hào)的電路和系統(tǒng)中。在通信中，如CDMA,GSM,QPSK,QAM 等，在雷達(dá)中，如LFM 波，非線性調(diào)頻波，脈沖編碼等均可用Circuit Envelope Simulation 進(jìn)行仿真。

         8. Transient Simulation
         瞬態(tài)仿真器是傳統(tǒng)的SPICE 軟件的代表。SPICE 軟件可以說(shuō)是所有電路仿真軟件的鼻祖。其采用最原始的算法，即直接在時(shí)域?qū)﹄娏�，電壓列�?jié)點(diǎn)方程，采用“一刀切”的方式，能夠?qū)λ�有的模擬，數(shù)字電路進(jìn)行仿真。但是對(duì)于高頻信號(hào)很難用SPICE 進(jìn)行仿真,因?yàn)楦�椐Nyquist 采樣定理，仿真時(shí)直接采樣，軟件必須能夠?qū)ι漕l載波進(jìn)行至少2倍頻率以上的采樣和處理，才能夠準(zhǔn)確，真實(shí)地反映系統(tǒng)的實(shí)際情況，即時(shí)域上的相位，幅度信息，以及頻域上的頻率特性等。以處理一個(gè)8GHz 的射頻載波為例，要分析1 秒鐘的信號(hào)，CPU 至少要處理2.4× 1010 點(diǎn)的數(shù)據(jù)，因此，在很多情況下，很難用TransientSimulation 對(duì)高頻系統(tǒng)仿真。一般用于頻率不高的場(chǎng)合。

         以上是對(duì)ADS主要仿真器的功能描述。由于每個(gè)仿真器只能完成特定指標(biāo)的仿真，因此在仿真完整電路時(shí)，就比須調(diào)用多個(gè)仿真器才能完成所有指標(biāo)的仿真。電路在仿真時(shí)，一次只能執(zhí)行一個(gè)仿真器的仿真，在執(zhí)行此仿真時(shí)，別的仿真器應(yīng)處于非激活狀態(tài)。其中，對(duì)于微波/射頻電路和系統(tǒng)設(shè)計(jì)，最常用的是 S-parameter Simulation, Circuit Envelope Simulation和Harmonic Balance Simulation等。

         下表列出了使用ADS仿真工具設(shè)計(jì)常用的微波/射頻電路設(shè)計(jì)所要用到的仿真器。