1、實驗報告課程名稱： ADS射頻電路設計基礎與典型應用 實驗項目名稱： 交直流仿真分析 學 院： 工學院 專業班級： 11級信息 姓 名： 學 號： 1195111016 指導教師： 唐加能 2014年 12月 23 日預 習 報 告一、 實驗目的通過本節實驗課程進一步熟悉使用ADS軟件，并學會使用ADS軟件進行交直流分析。二、 實驗儀器電腦，ADS仿真軟件三、 實驗原理（一）ADS軟件的直流，交流仿真功能1.直流仿真 電路的直流仿真是所有射頻有源電路分析的基礎，在執行有源電路交流分析、S參數仿真或諧波平衡仿真等其他仿真前，首先需要進行直流仿真，直流仿真主要用來分析電路的直流工作點。直流仿真元件

2、面板主要包括直流仿真控制器、直流仿真設置控制器、參數掃描計劃控制器、參數掃描控制器、節點設置和節點名控件、顯示模板控件和仿真測量等式控件，這些面板上的原件經過設置以后既可以提供有源電路單點的直流分析，又可以提供有源電路參數掃描分析。2.交流仿真 交流仿真能獲得電路小信號時的多種參數，如電壓增益、電流增益、跨導和噪聲等。交流仿真執行時，首先對電路進行直流分析，并找到非線性原件的直流工作點，然后將非線性器件在靜態工作點附近進行線性化處理，分析小信號在靜態工作點附近的輸入輸出關系。（二）交直流仿真面版與控制原件1.直流仿真圖1中元件面板列出了直流仿真的所有仿真控件。圖1直流仿真控制器（DC）：直流仿

3、真控制器（DC）是控制直流仿真的最重要控件，使用直流仿真控制器可以設置仿真的掃描參數和參數的掃描范圍等相關參數。直流仿真設置控制器（OPTIONS）：直流仿真設置控制器主要用來設置直流仿真的外部環境和計算方式，例如，環境溫度、設備溫度、仿真的收斂性、仿真的狀態提示和輸出文件的特性等相關內容。參數掃描計劃控制器（SWEEP PLAN）：參數掃描計劃控制器主要用來控制仿真中的參數掃面計劃，用戶可以通過這個控制器添加一個或多個掃描變量，并制定相應的掃描計劃。參數掃描控制器（PARAMETER SWEEP）：參數掃描控制器用來控制仿真中的掃面參數，這個掃描參數可以對多個仿真的仿真實例進行掃面。節點設置

4、（NdSet）和節點名（NdSet Name）控件: 節點設置和節點名控件用來設置直流仿真的相關節點以及節點名稱，并可以設置插入節點處的參數電壓等。顯示模板控件（Display Template）:顯示模板控件用來設置顯示模板，顯示模板用來設置仿真結果的顯示方式。圖2仿真測量等式控件(MeasEqn)：仿真測量等式控件用來添加一個或多個仿真測試等式，在仿真結束后，這個等式的結果將包含在仿真結果的數據組中。2.交流仿真圖2中元件面板列出了交流仿真的所有仿真控件。交流仿真控制器（AC）：交流仿真控制器是控制交流仿真的最主要器件，使用交流仿真控制器可以設置交流仿真的控制掃描范圍和噪聲分析等相關參數。

5、交流仿真設置控制器（OPTIONS）：交流仿真設置控制器主要用來設置交流仿真的外部環境和計算方式，例如環境溫度、設備溫度、仿真的收斂性、仿真的狀態提示和輸出文件的特性等相關內容。參數掃描計劃控制器（SWEEP PLAN）：參數掃描計劃控制器主要用來控制仿真中的參數掃面計劃，用戶可以通過這個控制器添加一個或多個掃描變量，并制定相應的掃描計劃。參數掃描控制器（PARAMETER SWEEP）：參數掃描控制器用來控制仿真中的掃面參數，這個掃描參數可以對多個仿真的仿真實例進行掃面。節點設置（NdSet）和節點名（NdSet Name）控件: 節點設置和節點名控件用來設置直流仿真的相關節點以及節點名稱，

6、并可以設置插入節點處的參數電壓等。顯示模板控件（Display Template）:顯示模板控件用來設置顯示模板，顯示模板用來設置仿真結果的顯示方式。仿真測量等式控件(MeasEqn)：仿真測量等式控件用來添加一個或多個仿真測試等式，在仿真結束后，這個等式的結果將包含在仿真結果的數據組中。（三）直交流仿真參數的設置1.直流仿真在執行直流仿真前，需要對直流仿真器件的參數進行設置，軟件是根據各個參數來執行仿真的。在直流仿真的8個控件中，只有直流仿真控制器是必須設置的，其他控件根據需要來覺得是否需要設置。下面介紹直流仿真中的相關參數并給出設置參數的方法。（1）直流仿真控制器：在進行直流仿真前，需要將

7、直流仿真參數插入原理圖中并進行設置。A 直流仿真控制器參數設置的操作步驟l 在原理圖的元件面板列表上選擇【simulation-DC】項，原件面板上出現直流仿真的8個控件圖標。圖3l 在直流仿真元件面板上單擊直流仿真控制器（DC），然后再單擊原理圖的畫圖區，將直流仿真控制器插入原理圖的畫圖區。單擊工具欄中的õ按鈕，結束當面命令。這時的原理圖如圖3所示是默認狀態，在進行直流仿真前需要對其進行設置。l 雙擊原理圖畫圖區的直流仿真控制器，出現【DC Operating Point Simulation】對話框，對話框中有Sweep, Parameter, Output和Display項，在

8、對話框中就可以對這些項進行參數設置。【DC Operating Point Simulation】對話框中的Sweep（掃描參量）和 Parameter（仿真參量）項如圖4所示。圖4B.直流仿真控制器中參數的含義和設置方法l 直流仿真控制器中需要對掃描參量和仿真參量等進行設置，下面分別列表對掃描參量和仿真參量加以描述。l 掃描參量l 掃描參量給出了直流仿真的掃描類型和掃描范圍等，掃描參量在直流仿真控制器設置窗口中的【Sweep】項中設置，掃描參量設置中的參數名稱、參數含義和備注如表1和表2所示。表1表2l 仿真參量l 仿真參量用于控制仿真的狀態信息提示和仿真結束保存等信息，仿真參量在直流仿真控

9、制器設置窗口中的【Parameters】項中設置，仿真參量設置中的參數名稱、參數含義和備注如表3所示。表3l 高級參數l 直流仿真控制器中還有一些高級參數設置，高級參數在直流仿真控制器設置窗口中的【Parameters】項中的Advanced設置，這些高級參數的參數名稱、參數含義和備注在下表中做了說明。表4l C.直流仿真控制器參數的顯示l 當設置完成直流仿真控制器中的參數后，可以在原理圖中將設置結果顯示出來。顯示設置結果的操作步驟如下。l 雙擊原理圖畫圖區的直流仿真控制器，出現【DC Operating Point Simulation】對話框。l 對話框中的display項，用來顯示設置完

10、成的參數。如果希望顯示某參數，需要在它前面打鉤。【DC Operating Point Simulation】對話框中的display項如下左圖所示。圖5圖6l 單擊【DC Operating Point Simulation】對話框中的【OK】按鈕，關閉對話框，完成原理圖中直流仿真控制器的設置。如果將【DC Operating Point Simulation】對話框中Display項的所有參數都打對勾，原理圖中會顯示直流仿真控制器的所有參數，如下圖5和圖6所示。（2）直流仿真設置控制器用相同的方法可以設置并顯示直流仿真設置控制器，原理圖中的直流仿真設置控制器如圖7所示，圖中顯示了可以設置的

11、所有參量。圖7（3）參數掃描計劃控制器圖8可以設置并顯示參數掃描計劃控制器，原理圖中的參數掃描計劃控制器如圖8所示，圖中顯示了可以設置的所有參量。 （4）參數掃描控制器可以設置并顯示參數掃描控制器，原理圖中的參數掃描控制器如圖9所示，圖中顯示了所有可以設置的變量。圖10圖9 （5）節點設置與節點名控件圖11可以設置并顯示節點，原理圖中的節點設置與節點名控件如圖10所示。（6）顯示模板控件可以設置并顯示模板控件，原理圖中的模板控件如圖11所示。（7）仿真測試等控制軟件圖12可以設置并顯示仿真參量等式，原理圖中的仿真參量等式如圖12所示。2交流仿真在進行交流仿真前，需要將交流仿真控件的參數進行相關

12、設置，軟件是根據各個參數了執行仿真的。在交流仿真的多個控件中，只有交流仿真控制器（AC）是必須要設置的，其他控件根據需要來決定是否需要設置。下面介紹交流仿真中的相關參數，并給出設置參數的方法。(1)交流仿真控制器 在進行交流仿真前，需要將交流仿真控制器（AC）插入到原理圖中并進行設置，下面給出交流仿真控制器各個參數的設置方法和含義。A. 交流仿真控制器參數設置的操作步驟l 在原理圖的原件面板列表上，選擇交流仿真【Simulation-AC】項，原件面板上出現交流仿真的多個控件圖標。在交流仿真原件面板上，單擊交流仿真控制器（AC），然后再單擊原理圖的畫圖區，將交流仿真控制器插入原理圖的畫圖區。單

13、擊工具欄中的õ按鈕，結束當面命令。這時的原理圖如右圖所示是默認狀態，在進行直流仿真前需要對其進行設置。l 雙擊原理圖畫圖區的交流仿真控制器，出現【AC Small Signal Simulation】對話框，對話框中有Frequency，Noise，Parameters, Output和Display項，在對話框中就可以對這些項進行參數設置。【AC Small Signal Simulation】對話框中的Frequency（頻率參量），parameters(仿真參量)和Noise（噪聲參量）項如圖13所示。圖13B. 交流仿真控制器中參數的含義和方法l 交流仿真控制器中需要對頻率參

14、量、噪聲參量和仿真參量進行設置，下面分別列表對這些參量進行描述。l 頻率參量l 交流仿真是在一個頻率范圍內執行的，頻率參量給出了交流仿真的頻率范圍等。頻率參量在交流仿真控制器設置窗口中的【Frequancy】項中設置，頻率參量設置中的參數名稱、參數含義和備注如表5所示。表5ll 噪聲參量l 噪聲參量用來設置與噪聲相關的參數，噪聲參數主要包含是否允許噪聲分析、用于噪聲分析的節點名稱、選擇噪聲來源、設置噪聲顯示的動態范圍和噪聲寬帶等。噪聲參量在交流仿真控制器設置窗口中的【Noise】項中設置，噪聲參數設置中的參數名稱、參數含義和備注如表6所示。表6ll 仿真參量表7l 交流仿真參量用來設置交流仿真

15、的頻率變換、預期執行、仿真狀態信息顯示和仿真結果保存等參數。交流仿真參數設置與直流仿真參數設置的內容基本相同，因此這里只介紹直流仿真參量設置中沒有的平【Enable AC frequency coversion】(交流頻率變換)項和【Perform Budge simulation】(執行預算仿真)項。交流仿真參量在交流仿真參量在交流仿真控制器設置窗口中的【Parameters】項中設置，交流仿真參量中的參數名稱、參數含義和備注如表7所示。lC.交流仿真控制器參數的顯示l 當設置完成交流仿真控制器中的參數后，可以在原理圖中將設置結果顯示出來。顯示設置結果的操作步驟如下。l 雙擊原理圖畫圖區的交

16、流仿真控制器，出現【AC Small Sigal Simulation】對話框。l 對話框中的display項，用來顯示設置完成的參數。如果希望顯示某參數，需要在它前面打鉤。【AC Small Signal Simulation】對話框中的display項如下左圖所示。l 單擊【AC Small Signal Simulation】對話框中的【OK】按鈕，關閉對話框，完成原理圖中直流仿真控制器的設置。如果將【AC Small Signal Simulation】對話框中Display項的所有參數都打對勾，原理圖中會顯示直流仿真控制器的所有參數，如下圖14所示。圖14l(2)交流預算控件圖15l

17、 用同意的方法可以設置并交流預算控件，原理圖中的交流預算控件如下圖所示，圖中顯示了所有交流預算控件可以設置的參量。圖15中（a）到（k）分別為原理圖中的頻率預算控件、反射系數預算控件、增益系數預算控件、噪聲系數預算控件、噪聲功率預算控件、噪聲系數相位預算控件、等效輸出噪聲溫度系數預算控件、入射預算功率控件、反射功率預算控件、信噪比預算控件和駐波比預算控件。預 習 報 告四、實驗內容及步驟（一）、單點直流仿真例程1. 打開原理圖在ADS主視窗打開單點直流仿真例程原理圖，打開原理圖的步驟如下。（1） 啟動ADS軟件，彈出主視窗。（2） 選擇主視窗中的【View】菜單【Example Directo

18、ry】，在主視窗的文件管理區可以看到examples文件夾，文件夾內是所有的例程。也可以單擊主視窗工具欄的按鈕，在文件管理區同樣可以看到examples文件夾及其內容。（3） 雙擊examples文件夾中的Tutorial文件夾，進入該文件夾，Tutorial文件夾內有多種學習指導例程。（4） 雙擊Tutorial文件夾中的SimModels_prj，進入SimModels_prj項目，再雙擊文件瀏覽區的networks，在文件瀏覽區顯示出該項目下所有的原理圖文件，*.dsn為原理圖文件。SimModels_prj項目中的原理圖文件DC1.dsn和DC2.DSN為直流仿真原理圖，其中DC1.d

19、sn為單點直流仿真原理圖，DC2.dsn為帶變量掃描的直流仿真原理圖。（5） 雙擊文件瀏覽區的DC1.dsn，在項目管理區出現DC1（Schematic），再雙擊項目管理區的DC1(Schematic)，就可以打開單點直流仿真原理圖了。單點直流仿真原圖16理圖DC1.dsn如圖16所示。2. 原理圖說明單點直流仿真原理圖DC1.dsn由BJT晶體管、直流電流源、直流電壓源、電流指示表和直流仿真控制器構成，下面對上述構成原件加以說明。（1） BJT晶體管在上圖所示的DC1.dsn原理圖的電路中，BJT_NPN晶體管沒有子電路，這個晶體管的參數主要是由電路旁邊的晶體管模型BJT_Model設定的，

20、雙擊BJT_Model可以打開【Bipolar Transistor Model】對話框，由【Bipolar Transistor Model】對話框可以查看該晶體管的參數。晶體管模型及其【Bipolar Transistor Model】對話框如圖17所示。圖17如果用戶自己搭建原理圖，在原理圖中插入并設置BJT晶體管參數的步驟如下。·在原理圖的原件面板列表上，選擇BJT晶體管原件【Devices-BJT】項，原件面板上出現與BJT晶體管對應的原件圖標，如圖18所示。·在圖18所示的原件面板上，分別選擇BJT NPN元件和BJT-M元件插入原理圖的畫圖區，在畫圖區BJT

21、NPN元件和BJT-M元件顯示為BJT_NPN元件和BJT_Model元件。圖18·雙擊畫面區的BJT_Model元件，打開【Bipolar Transistor Model】對話框，由【Bipolar Transistor Model】對話框可以設置晶體管的參數。（2） 直流電流源和直流電壓源。在圖16所示的DC1.dsn原理圖中，有一個直流電流源I_DC和一個直流電壓源V_DC，這兩個源的參數已經在原理圖中顯示出來，其中電流源I_DC的電流為1A，電壓源V_DC的電壓為3V。可以通過雙擊原理圖中的直流電流源或直流電壓源來查看這兩個源的設置方法，這兩個源的設置對話框分別為【DC C

22、urrent Source】和【DC Voltage Source】，如圖19所示。圖19如果用戶自己搭建原理圖，在原理圖中插入并設置直流電流源或直流電壓源的步驟如下。·在原理圖的元件面板列表上，選擇頻域源原件【Sources-Freq Domain】項，元件面板上出現與頻域源對應的原件圖標，如圖20所示。·在圖20所示的原件面板上，選擇I_DC元件或V_DC元件，插入原理圖的畫圖區。·雙擊畫圖區的I_DC元件，打開【DC Current Source】對話框，由【DC Current Source】對話框可以設置直流電流源的參數。雙擊畫圖區的V_DC元件，打開【

23、DC Voltage Source】對話框，由【DC Voltage Source】對話框可以設置直流電壓源的參數。圖20（3） 電流指示表。 在圖16所示的DC1.dsn原理圖中，有一個電流指示表I_Probe，電流指示表I_Probe用來顯示電流值，電流指示表被認為內阻為零，一般不需要設置。 如果用戶自己搭建原理圖，在原理圖中插入電流指示表的步驟如下。 ·在原理圖的原件面板列表上，選擇探測元件【Probe Components】項，元件面板上出現與探測對應的元件圖標，如圖21所示。 ·在圖21所示的元件面板上，選擇I_Probe元件插入到原理圖的畫圖區，I_Probe元

24、件為電流指示表，用來指示插入點處的電流。（4） 直流仿真控制器在圖16所示的DC1.dsn原理圖中，一直流仿真控制器DC,直流仿真控制器DC用來設置直流仿真的參數，這里直流仿真控圖21制器已經設置完成。3. 原理圖仿真及其仿真結果顯示（1） 可以在數據顯示窗查看原理圖仿真結果，查看仿真結果的步驟如下。 ·在DC1.dsn原理圖的工具欄中單擊按鈕，運行仿真。 ·當仿真結束后，數據顯示視窗會自動彈出，仿真結果顯示的方式是設定好的，數據顯示視窗會自動顯示仿真結果，如圖22所示。 （2）還有另外一種查看仿真結果的方法。例程中的仿真結果已經被保存在軟件中，可以直接查看，查看的步驟如下

25、。圖22 ·在DC1.dsn原理圖視窗中，選擇【Window】菜單【Open Data Display】，彈出【Open Data Display】對話框，【Open Data Display】對話框如圖22顯示。 ·在【Open Data Display】對話框中，單擊DC1.dds選擇查看DC1.dsn原理圖的仿真結果，然后單擊對話框中的“打開”，關閉對話框。 ·當【Open Data Display】對話框關閉后，圖22所示的仿真結果會自動彈出。 （3）在DC1.dsn原理圖的各個節點上，可以查看電壓和電流值，查看的步驟如下。 ·在DC1.dsn原理圖視窗中，選擇【Simulate】菜單【Annotata DC Solution】。 ·DC1.dsn原理圖上會自動顯示各個節點處的電壓和電流值，這是的DC1.dsn原理圖如圖23所示。圖23 ·在DC1.dsn原理如上，選擇【Simulata】菜單【Clear DC Annotata】，可以清除原理圖上各個節點處的電壓和電流的標值，使原理圖由圖23的形式回到圖16的形式。實 驗 報 告五、 數據處理 1、 直流仿真結果當仿真結束后，數據顯示