1、132实验八、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. 创建一个 PtRF 源和特性放大器(behavioral Amp) 1332. 设置包络仿真控制器 1333. 仿真并作出时域响应图 1344. 在特性放大器中加入失真 1355. 设置一个解调器和一个 G
2、S M 源1376. 设置带变量的包络仿真 1387. 仿真并对解调结果作图 1388. 用一个滤波器对相位失真进行仿真 1399. 仿真并作出输入和输出调制曲线 14010. 对具有 GSM 的 amp_1900 源进行仿真 14011. 作出 GSM 信号数据和频谱图14112. 选作信道功率计算 145133步 骤1创建一个 PtRF 源和特性放大器（behavioral Amp） 。a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。b从 system-AmpMixers 面板中，调出一个特性放大器（Amplifi
3、er） 。如下图设置 S 参数：S21=l0dB，其相位为 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。备注：dbpolar 函数是一个把幅度以 dB 和极化角为度表示的复数转换成用实部和虚部表示复数的函数。c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 display 框都打了勾：
4、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）=100 ns。d插入一个 50 电阻，其节点名、接地和导线如上图所示。2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
5、个数据采样点。1343.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。b同时，用 Advanced 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 ns。d在一个单独的图中，再加入 Vout（时域）的幅度。现在，编辑图形，选择需要的轨迹并用 Trace Option 去掉索引1 使其表达式为： mag（Vout） 。
6、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。135e下一步骤，插入一个列表（list） 。当对话框出现时，按 Advanced 按钮并输入表达式：what(Vout)，点击 OK 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（dc)和 900MHz 有 51 个时间点。矩阵尺寸（ Matrix Si
7、ze)为 11 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。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。当时间间隔大于上升时间，你得到的载波并不是正常的包络。在图上，X 轴范围已经变大，同时 Marker 位于 0 和 10 ns 两点。4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 CompressionPower）=5 （单位默认为 dBm） ，增益压缩（ GainCompression)=1dB,这些值仅仅
8、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136置源的输入功率为 l0dBm：dBmtow（10） 。c仿真并察看数据。如果自动图形范围调整功能 (autoscalar)打开，时域图将被调整。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-phase） 。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。d设置时间间隔为 1 ns 并再次仿真。刷新后，图
9、形展示了正确的包络。但是 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。1375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 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
10、，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 90OMHz。同时对每个输出端进行标注：fm_demod_in 和fm_demod_out,如下图所示。这些将用来观察被解调的 GSM 信号（基带） 。138关于解调器的备注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
11、。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，调制带宽(BW)大约为 270KHz,如下图所示。其中变量： t_stop 设置为大约l00s。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。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新的
12、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。139c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
13、间插入一个 Butterworth（巴特沃斯）带通滤波器，如下图所示。这样因为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。140d改变 t_step 为 270KHz 带宽的 10 倍：t_step=l/（10*270e3） 。e改变 t_step 分子为 50（ 200us）：t-stop=50/ （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。10对具有 GSM 的 amp_1900 源进行仿真a打开先前的原理图设计：hb_2Tone,并以一个新的名称：ckt_env_gsm 保存。b删除以前所有的
14、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 VAR。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。141关于 CE（电路包络）值设置的备注：在本次仿真中， 200us 的 t_stop（是前一次仿真的两倍）将给出一个更好的频谱分辨结果。将 t_step 设置为带宽（BW)（270.833KHz）的整数倍。总的来说，这样设置并不是必需的，但这可以让你对频率的相位有一个准确的计算。同时，CE 的开始时间（start time）的默认值都是 0 秒，这个一般不要改动。如要查看该设置，用 Display 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 Transpose Data,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。
