ADS2011射频电路设计与仿真实例

　　”早期出版的《ADS2008射频电路设计与仿真实例》一书，发行近20000册，深得广大射频工程师及高校师生的喜爱。当然，也存在不少问题。整体上看，还是不失为一本射频工程师的“武功秘籍”。 

　　本书主要介绍使用ADS2011进行射频电路设计与仿真方法，书中包含大量工程实例，包括匹配电路﹑滤波器﹑噪声放大器﹑功率放放大器﹑混频器﹑锁相环﹑功分器﹑耦合器﹑射频控制电路﹑RFIC集成放大器电路﹑TDR电路﹑通信系统，矩量法Momentum电磁场仿真，微带天线等仿真实例，涵盖大部分无线收发电路，系统性强，工程实用性强。

　　徐兴福，网名飞雪连天，兴森快捷Agilent射频联合实验室主任，具有10多年的射频微波设计经验，主要从事射频电路设计、仿真、PCB微带电路板级研究等工作，拥有多项发明专利，目前还担任EDA365论坛版主。

第1章ADS2011简介　　

　1.1ADS与其他电磁仿真软件比较　　

　1.2ADS2011简介　　

　　1.2.1概述　　

　　1.2.2ADS2008的新功能　　

　　1.2.3ADS2009的新功能　　

　　1.2.4ADS2011的新功能　　

　　1.2.5ADS2011的新功能描述　　

第2章ADS2011界面与基本工具　　

　2.1ADS工作窗口　　

　　2.1.1主窗口　　

　　2.1.2原理图窗口　　

　　2.1.3数据显示窗口　　

　　2.1.4Layout版图工作窗口　　

　2.2ADS基本操作　　

　　2.2.1ADS原理图参数设置　　

　　2.2.2ADS工程的相关操作　　

　　2.2.3下载和安装DesignKit　　

　　2.2.4如何搜索ADS中的范例　　

　　2.2.5ADSTemplate的使用　　

　　2.2.6ADS2011Technology的设置　　

　2.3ADS的主要仿真控制器　　

　　2.3.1直流（DC）仿真控制器　　

　　2.3.2交流（AC）仿真控制器　　

　　2.3.3S参数仿真控制器　　

　　2.3.4谐波平衡（HB）仿真控制器　　

　　2.3.5大信号S参数（LSSP）仿真控制器　　

　　2.3.6XDB仿真控制器　　

　　2.3.7包络（Envelope）仿真控制器　　

　　2.3.8瞬态（Transient）仿真控制器　　

第3章匹配电路设计　　

　3.1引言　　

　3.2匹配的基本原理　　

　3.3SmithChart Utility Tool说明　　

　　3.3.1打开SmithChart Utility　　

　　3.3.2SmithChart Utility界面介绍　　

　　3.3.3菜单栏和工具栏　　

　　3.3.4SmithChart Utility作图区　　

　　3.3.5SmithChart Utility频率响应区　　

　3.4用分立电容电感匹配实例　　

　3.5微带线匹配理论基础　　

　　3.5.1微带线参数的计算　　

　　3.5.2微带单枝短截线匹配电路　　

　　3.5.3微带双枝短截线匹配电路　　

　3.6LineCacl简介　　

　3.7微带单枝短截线匹配电路的仿真　　

　3.8微带双枝短截线匹配电路的仿真　　

第4章滤波器的设计　　

　4.1滤波器的基本原理 　　

　　4.1.1滤波器的主要参数指标　　

　　4.1.2滤波器的种类　　

　4.2LC滤波器设计　　

　　4.2.1新建滤波器工程和设计原理图　　

　　4.2.2设置仿真参数和执行仿真　　

　　4.3ADS中的滤波器设计向导工具　　

　4.3.1滤波器设计指标　　

　　4.3.2滤波器电路的生成　　

　　4.3.3集总参数滤波器转换为微带滤波器　　

　　4.3.4Kuroda等效后仿真　　

　4.4阶跃阻抗低通滤波器的ADS仿真　　

　　4.4.1低通滤波器的设计指标　　

　　4.4.2低通原型滤波器设计　　

　　4.4.3滤波器原理图设计　　

　　4.4.4仿真参数设置和原理图仿真　　

　　4.4.5滤波器电路参数优化　　

　　4.4.6其他参数仿真　　

　　4.4.7微带滤波器版图生成与仿真　　

第5章低噪声放大电路设计　　

　5.1低噪声放大器设计理论基础　　

　　5.1.1低噪声放大器在通信系统中的作用　　

　　5.1.2低噪声放大器的主要技术指标　　

　　5.1.3低噪声放大器的设计方法　　

　5.2ATF54143DataSheet研读　　

　5.3LNA实例　　

　　5.3.1下载并安装晶体管的库文件　　

　　5.3.2直流分析DCTracing　　

　　5.3.3偏置电路的设计　　

　　5.3.4稳定性分析　　

　　5.3.5噪声系数圆和输入匹配　　

　　5.3.6最大增益的输出匹配　　

　　5.3.7匹配网络的实现　　

　　5.3.8版图的设计　　

　　5.3.9原理图—版图联合仿真（co-simulation）　　

第6章功率放大器的设计　　

　6.1功率放大器基础　　

　　6.1.1功率放大器的种类 　　

　　6.1.2放大器的主要参数　　

　　6.1.3负载牵引设计方法　　

　　6.1.4PA设计的一般步骤　　

　　6.1.5PA设计参数　　

　6.2直流扫描　　

　　6.2.1DesignKit的安装　　

　　6.2.2插入扫描模板　　

　　6.2.3放入飞思卡尔元器件模型　　

　　6.2.4扫描参数设置　　

　　6.2.5仿真并显示数据　　

　6.3稳定性分析　　

　　6.3.1原理图的建立　　

　　6.3.2稳定性分析　　

　6.4Load-Pull　　

　　6.4.1插入Load-Pull模板　　

　　6.4.2确定Load-Pull的负载阻抗　　

　6.5Source-Pull　　

　　6.5.1插入Source-Pull　　

　　6.5.2确定Source-Pull的源阻抗　　

　6.6Smith圆图匹配　　

　　6.6.1输出匹配电路的建立　　

　　6.6.2输出匹配理想传输线转化微带线　　

　　6.6.3输出匹配电路生成symbol模型　　

　　6.6.4输入匹配电路的建立　　

　　6.6.5输入匹配理想传输线转化微带线　　

　　6.6.6输入匹配电路生成symbol模型　　

　6.7偏置的设计　　

　6.8原理图S参数仿真　　

　6.9原理图HB仿真　　

　6.10原理图优化调谐　　

　6.11版图Layout　　

　　6.11.1版图的生成　　

　　6.11.2版图的布局　　

第7章混频器设计　　

　7.1混频器技术基础　　

　　7.1.1基本工作原理　　

　　7.1.2混频器的性能参数　　

　　7.1.3镜像抑制混频器原理简介　　

　7.2混频器实例与仿真　　

　　7.2.1案例参数及设计目标　　

　　7.2.2平衡混频器设计　　

　　7.2.3本振功率对噪声系数和转换增益的影响　　

　　7.2.41dB功率压缩点的仿真　　

第8章频率合成器设计　　

　8.1锁相环技术基础　　

　　8.1.1基本工作原理　　

　　8.1.2锁相环系统的性能参数　　

　　8.1.3环路滤波器的计算　　

　　8.2锁相环实例与仿真　　

　8.2.1ADF4111芯片介绍　　

　　8.2.2案例参数及设计目标　　

　　8.2.3应用ADS进行PLL设计　　

第9章功分器与定向耦合器设计　　

　9.1引言　　

　9.2功分器技术基础　　

　　9.2.1基本工作原理　　

　　9.2.2功分器的基本指标　　

　9.3功分器的原理图设计、仿真与优化　　

　　9.3.1等分威尔金森功分器的设计指标　　

　　9.3.2建立工程与设计原理图　　

　　9.3.3基板参数设置　　

　　9.3.4功分器原理图仿真 　　

　　9.3.5功分器电路参数的优化 　　

　9.4功分器的版图生成与仿真　　

　　9.4.1功分器版图的生成 　　

　　9.4.2功分器版图的仿真 　　

　9.5定向耦合器技术基础　　

　　9.5.1基本工作原理　　

　　9.5.2定向耦合器的基本指标　　

　9.6定向耦合器的原理图设计、仿真与优化　　

　　9.6.1Lange耦合器的设计指标　　

　　9.6.2建立工程与设计原理图　　

　　9.6.3微带的参数设置　　

　　9.6.4Lange耦合器的参数设置　　

　　9.6.5Lange耦合器的原理图仿真　　

　　9.6.6Lange耦合器的参数优化 　　

　9.7功分器的版图生成与仿真　　

　　9.7.1Lange耦合器版图的生成 　　

　　9.7.2Lange耦合器版图仿真 　　

第10章射频控制电路设计　　

　10.1衰减器的设计　　

　　10.1.1衰减器基础　　

　　10.1.2有源衰减器的设计及仿真　　

　10.2移相器的设计　　

　　10.2.1移相器基础　　

　　10.2.2移相器的ADS仿真　　

第11章RFIC电路设计　　

　11.1RFIC介绍　　

　11.2共源共栅结构放大器理论分析　　

　11.3共源共栅放大器IC设计ADS实例　　

　　11.3.1共源共栅放大器IC设计目标一　　

　　11.3.2共源共栅放大器IC设计目标二　　

　　11.3.3共源共栅放大器IC设计目标三　　

　　11.3.4共源共栅放大器ads模块生成　　

第12章TDR瞬态电路仿真　　

　12.1时域反射仪原理及测试方法　　

　　12.1.1TDR原理说明及系统构成　　

　　12.1.2TDR应用于传输线阻抗的测量原理　　

　12.2TDR电路的瞬态仿真实例　　

　　12.2.1利用ADS仿真信号延迟　　

　　12.2.2通过TDR仿真观察传输线特性　　

　　12.2.3结合LineCalc对传输线进行匹配分析　　

　12.3TDR仿真中利用Momentum建模的实例　　

　　12.3.1TDR一般瞬态仿真过程　　

　　12.3.2利用Momentum的TDR仿真过程　　

第13章通信系统链路仿真　　

　13.1通信系统指标解析　　

　　13.1.1噪声　　

　　13.1.2灵敏度　　

　　13.1.3线性度　　

　　13.1.4动态范围　　

　13.2系统链路设计　　

　　13.2.1传播模型　　

　　13.2.2链路计算实例　　

　13.3ADS常用链路预算工具介绍　　

　　13.3.1BUDGET控制器　　

　　13.3.2混频器及本振　　

　　13.3.3AGC环路预算工具　　

　13.4一个简单系统的链路预算　　

　　13.4.1输入端　　

　　13.4.2第一级滤波器　　

　　13.4.3第一级放大器　　

　　13.4.4本振及混频　　

　　13.4.5第二级滤波器　　

　　13.4.6第二级放大器　　

　　13.4.7BUDGET控制器设置　　

　　13.4.8整体电路图　　

　　13.4.9仿真结果及分析　　

　13.5AGC自动增益控制　　

　　13.5.1无导频模式下的功率控制　　

　　13.5.2有导频模式下的功率控制　　

　13.6链路参数扫描　　

　　13.6.1功率扫描　　

　　13.6.2频率扫描　　

　13.7链路预算结果导入Excel　　

　　13.7.1控制器设置　　

　　13.7.2Excel操作　　

第14章Momentum电磁仿真　　

　14.1Layout界面简介　　

　14.2Momentum主要功能和应用　　

　　14.2.1矩量法介绍　　

　　14.2.2Momentum的特点　　

　　14.2.3Momentum的功能　　

　　14.2.4Momentum仿真流程　　

第15章微带天线仿真实例　　

　15.1天线基础　　

　15.2微带贴片天线仿真实例　　

　15.3无线通信中的双频天线设计实例

附录各大半导体及芯片厂商ADS仿真元件库下载地址

　　6.1.3负载牵引设计方法
　　通常功率放大器的目的是以获得最大输出功率为主,这将使得功率放大器的功放管工作在趋近饱和区,其S参数会随着输入信号的改变而改变,尤其S21参数会因输入信号的增加而变小。因此,转换功率增益将因功率元器件工作在饱和区而变小,不再同于输出功率与输入信号成正比关系的小信号状态。换句话说,原本功率元器件在小信号工作状态下,输入/输出端都是设计在共轭匹配的最佳情况下,随着功率元器件进入非线性区,输入/输出端的共轭匹配就逐渐不再匹配。此时,功率元器件就无法得到最大的输出功率。所以,功率级放大器在设计时,为使输出端达到最大功率输出,其最主要的关键在于输出匹配网络,这可以利用负载牵引(Load-Pull)原理找出功率放大器最大输出功率时的最佳外部负载阻抗ZL。
　　Load-Pull是决定最佳负载阻抗值最精准的方法,它用来模拟及测量功率管在大信号时的特性,例如,输出功率(Outputpower)、传输功率增益(Transducerpowergain)、附加功率效率(Poweraddedefficiency),以及双音交调信号分析(Two-tonesignalanalysis)的线性度IMD3、IP3。
　　功率放大器在大信号工作时,功率管的最佳负载阻抗会随着输入信号功率的增加而跟着改变。因此,必须在史密斯图(Smithchart)上,针对给定一个输入功率值绘制出在不同负载阻抗时的等输出功率曲线(Powercontours),帮助找出最大输出功率时的最佳负载阻抗,这种方法称为负载系列(Load-Pull)。
　　可以利用负载牵引的观念,通过高频电路设计辅助软件AgilentADS来建构模拟平台。
　　功率放大器设计的最主要目的就是得到最大的输出功率,所以需要有良好的输入/输出阻抗匹配网络。输入阻抗匹配网络的主要目的是提供够高的增益,而输出阻抗匹配网络则是要达到要求的输出功率。
　　6.1.4设计的一般步骤
　　为了完成功放特性仿真,PA设计通常需要以下几个步骤。
　　(1)DesignKit的安装。
　　(2)直流扫描。
　　(3)稳定性分析。
　　(4)Load-Pull。
　　(5)Source-Pull。
　　(6)Smith圆图匹配。
　　(7)偏置设计。
　　(8)原理图S参数仿真。
　　(9)原理图HB仿真。
　　(10)原理图优化调谐。
　　(11)版图Layout。
　　6.1.5PA设计参数
　　本例PA设计参数如下。
　　频率:960MHz
　　输出功率:40W
　　输入功率:1W
　　效率:>40%
　　电源电压:28V
　　根据设计要求,本例选择了飞思卡尔的LDMOS功率管MRF8P9040N。
　　功率管MRF8P9040N的主要指标如下。
　　频率:700~1000MHz
　　电源电压:28V
　　输出功率:40W
　　增益:19dB