ADS射频电路课程设计——混频器设计与仿真
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2.2.3 仿真与结果显 示模板（Simula tion & Data Displa y Templa te）
为了增加仿真 分析的方便性 ，ADS软件提 供了仿真模板 功能，让使用者可以 将经常重复使 用的仿真设定 （如仿真控制器 、电压电流源、变量参数设定等）制定成一个模 板，直接使用，避免了重复设 定所需的时间 和步骤。结果显示模板 也具有相同的 功能，使用者可以将 经常使用的绘 图或列表格式 制作成模板以 减少重复设定 所需的时间。除了使用者自 行建立外，ADS软件也 提供了标准的 仿真与结果显 示模板可供使 用。
2.1.4 电路包络分析 （Circui t Envelo pe）
电路包络分析 包含了时域与 频域的分析方 法，可以使用于包 含调频信号的 电路或通信系 统中。电路包络分析 借鉴了SPI CE与谐波平 衡两种仿真方 法的优点，将较低频的调 频信号用时域 SPICE仿 真方法来分析 ，而较高频的载 波信号则以频 域的谐波平衡 仿真方法进行 分析
卷积分析方法 为架构在SP ICE高频仿 真器上的高级 时域分析方法 ，藉由卷积分析 可以更加准确 的用时域的方 法分析于频率 相关的元件，如以S参数定 义的元件、传输线、微带线等。
2.1.2 线性分析
线性分析为频 域的电路仿真 分析方法，可以将线性或 非线性的射频 与微波电路性参数，如S、Z、Y和H参数、电路阻抗、噪声、反射系数、稳定系数、增益或损耗等 （若为非线性元 件则计算其工 作点之线性参 数），在进行整个电 路的分析、仿真。
目前ADS所 提供的设计指 南包括：WLAN设计 指南、Blueto oth设计指 南、CDMA20 00设计指南 、RF System 设计指南、Mixer设 计指南、Oscill ator设计 指南、Passiv e Circui ts设计指南 、Phased Locked Loop设计 指南、Amplif ier设计指 南、Filter 设计指南等。除了使用AD S软件自带的 设计指南外，使用者也可以 通过软件中的 Design Guide Develo per Studio 建立自己的设 计指南。
2.2 ADS的设计 辅助功能
ADS软件除 了上述的仿真分析功能外，还包含其他设 计辅助功能以 增加使用者使 用上的方便性 与提高电路设 计效率。ADS所提供 的辅助设计功 能简介如下：
2.2.1 设计指南（Design Guide）
设计指南是藉 由范例与指令 的说明示范电 路设计的设计 流程，使用者可以经 由这些范例与 指令，学习如何利用 ADS软件高 效地进行电路 设计。
2.1 ADS的仿真 设计方法
ADS软件可 以提供电路设 计者进行模拟 、射频与微波等 电路和通信系 统设计，其提供的仿真 分析方法大致 可以分为：时域仿真、频域仿真、系统仿真和电 磁仿真；ADS仿真分 析方法具体介 绍如下：
2.1.1 高频SPIC E分析和卷积 分析（Convol ution）
高频SPIC E分析方法提 供如SPIC E仿真器般的 瞬态分析，可分析线性与 非线性电路的 瞬态效应。在SPICE 仿真器中，无法直接使用 的频域分析模 型，如微带线带状 线等，可于高频SP ICE仿真器 中直接使用，因为在仿真时 可于高频SP ICE仿真器 会将频域分析 模型进行拉式 变换后进行瞬 态分析，而不需要使用 者将该模型转 化为等效RL C电路。因此高频SP ICE除了可 以做低频电路 的瞬态分析，也可以分析高 频电路的瞬态 响应。此外高频SP ICE也提供 瞬态噪声分析 的功能，可以用来仿真 电路的瞬态噪 声，如振荡器或锁 相环的jit ter。
2、ADS概述
ADS电子设 计自动化（EDA软件全 称为 Advanc ed Design System ，是美国安捷伦 （Agilen t）公司所生产拥 有的电子设计 自动化软件；ADS功能十 分强大，包含时域电路 仿真 (SPICE-like Simula tion)、频域电路仿真 (Harmon ic Balanc e、Linear Analys is)、三维电磁仿真 (EM Simula tion)、通信系统仿真 (Commun icatio n System Simula tion)和数字信号处 理仿真设计（DSP）；支持射频和系 统设计工程师 开发所有类型 的 RF设计，从简单到复杂 ，从离散的射频 /微波模块到用 于通信和航天 /国防的集成M MIC，是当今国内各 大学和研究所 使用最多的微 波/射频电路和通 信系统仿真软 件软件。
2.2.3 电子笔记本（Electr onic Notebo ok）
电子笔记本可 以让使用者将 所设计电路与 仿真结果，加入文字叙述 ，制成一份网页 式的报告。由电子笔记本 所制成的报告 ，不需执行AD S软件即可以 在浏览器上浏 览。
2.3 ADS与其他 EDA软件和 测试设备间的 连接
由于现今复杂 庞大的的电路 设计，每个电子设计 自动化软件在 整个系统设计 中均扮演着螺丝钉的角色，因此软件与软 件之间、软件与硬件之 间、软件与元件厂 商之间的沟通 与连接也成为 设计中不容忽 视的一环。ADS软件与 其他设计验证 软件、硬件的连接简 介如下：
2.3.5 设计工具箱（Design Kit）
对于IC设计 来说，EDA软件除 了需要提供准 确快速的仿真 方法外，与半导体厂商 的元件模型间 的连接更是不 可或缺的，设计工具箱便 是扮演了AD S软件与厂商 元件模型间沟 通的重要角色 。ADS软件可 以藉由设计工 具箱将半导体 厂商的元件模 型读入，供使用者进行 电路的设计、仿真与分析。
布局式转换器 提供使用者将 由其他CAD 或EDA软件 所产生的布局 文件导入AD S软件编辑使 用，可以转换的格 式包括IDE S、GDSII、DXF、与Gerbe r等格式。
2.3.4 SPICE模 型产生器（SPICE Model Genera tor）
SPICE模 型产生器可以 将由频域分析 得到的或是由 测量仪器得到 的S参数转换 为SPICE 可以使用的格 式，以弥补SPI CE仿真软件 无法使用测量 或仿真所得到 的S参数资料 的不足。
2.1.6 拖勒密分析（Ptolem y）
拖勒密分析方 法具有可以仿 真同时具有数 字信号与模拟 、高频信号的混 合模式系统能 力。ADS中分别 提供了数字元 件模型（如FIR滤波 器、IIR滤波器 ，AND逻辑门 、OR逻辑门等 ）、通信系统元件 模型（如QAM调频 解调器、Raised Cosine 滤波器等）及模拟高频元 件模型（如IQ编码器 、切比雪夫滤波 器、混频器等）可供使用。
2.3.6 仪器连接器
仪器连接器提 供了ADS软 件与测量仪器 连接的功能，使用者可以通 过仪器伺服器 将网络分析仪 测量得到的资 料或SnP格 式的文件导入 ADS软件中 进行仿真分析 ，也可以将软件 仿真所得的结 果输出到仪器 （如信号发生器 ），作为待测元件 的测试信号。
二、混频器的原理
在无线通信系 统中，混频器也是一 种常见的射频 电路组件，它主要用来对 信号进行频率 变换。在接收机中，一般用来对接 收机的射频信 号进行下变频 ；在发射机中，一般用来对中 频信号进行上 变频。下面将设计一 个镜像抑制混 频器，并 对他的参数进 行仿真。
2.1.7 电磁仿真分析 (Moment um)
ADS软件提 供了一个2.5D的平面电 磁仿真分析功 能——Moment um（ADS200 5A版本Mo mentum 已经升级为3 D电磁仿真器 ），可以用来仿真 微带线、带状线、共面波导等的 电磁特性，天线的辐射特 性，以及电路板上 的寄生、耦合效应。所分析的S参 数结果可直接 使用于些波平 衡和电路包络 等电路分析中 ，进行电路设计 与验证。在Momen tum电磁分 析中提供两种 分析模式：Moment um微波模式 即Momen tum和Mo mentum 射频模式即M omentu m RF；使用者可以根 据电路的工作 频段和尺寸判 断、选择使用。
谐波平衡分析 方法的出现填 补了SPIC E的瞬态响应 分析与线性S 参数分析对具 有多频输入信 号的非线性电 路仿真上的不 足。尤其在现今的 高频通信系统 中，大多包含了混 频电路结构，使得谐波平衡 分析方法的使 用更加频繁，也越趋重要。
另外针对高度 非线性电路，如锁相环中的 分频器，ADS也提供 了瞬态辅助谐 波平衡(Transi ent Assist ant HB)的仿真方法，在电路分析时 先执行瞬态分 析，并将此瞬态分 析的结果作为 谐波平衡分析 时的初始条件 进行电路仿真 ，藉由此种方法 可以有效地解 决在高度非线 性的电路分析 时会发生的不 收敛情况。
2.1.5 射频系统分析
射频系统分析 方法提供使用 者模拟评估系 统特性，其中系统的电 路模型除可以 使用行为级模 型外，也可以使用元 件电路模型进 行习用响应验 证。射频系统仿真 分析包含了上 述的线性分析 、谐波平衡分析 和电路包络分 析，分别用来验证 射频系统的无 源元件与线性 化系统模型特 性、非线性系统模 型特性、具有数字调频 信号的系统特 性。
2.2.2 仿真向导（Simula tion Wizard ）
仿真向导提供 step-by-step的设 定界面供设计 人员进行电路 分析与设计，使用者可以藉 由图形化界面 设定所需验证 的电路响应。
ADS提供的 仿真向导包括 ：元件特性（Device Charac teriza tion）、放大器（Amplif ier）、混频器（Mixer）和线性电路（Linear Circui t）。
2.1.3 谐波平衡分析 ( Harmon ic Balanc e)
谐波平衡分析 提供频域、稳态、大信号的电路分析仿真方法 ，可以用来分析 具有多频输入 信号的非线性 电路，得到非线性的 电路响应，如噪声、功率压缩点、谐波失真等。与时域的SP ICE仿真分 析相比较，谐波平衡对于 非线性的电路 分析，可以提供一个 比较快速有效 的分析方法。
2.3.1 SPICE电 路转换器（SPICE Netlis t Transl ator）
SPICE电 路转换器可以 将由Cade nce、Spectr e、PSPICE 、HSPICE 及Berke ley SPICE所 产生的电路图 转换成ADS 使用的格式进 行仿真分析、另外也可以将 由ADS产生 的电路转出成 SPICE格 式的电路，做布局与电路 结构检查（LVS，Layout Versus Schema tic Checki ng）与布局寄生抽 取（Layout Parasi tic Extrac tion）等验证。
混频器的设计 与仿真
设计题目：混频器的设计 与仿真
学生姓名：
学 院：
专 业：
指导老师：
学 号：
日 期:2011年12月20日
二、混频器的设计7
一、射频电路与A DS概述
1、射频电路概述
射频是指超高 频率的无线电 波，对于工作频率 较高的电路，人们经常称为“高频电路”或“射频（RF）电路”或“微波电路”等等。
2.3.2 电路与布局文 件格式转换器 （IFF Schema tic and Layout Transl ator）
电路与布局格 式转换器提供 使用者与其他 EDA软件连 接沟通的桥梁 ，藉由此转换器 可以将不同E DA软件所产 生的文件，转换成ADS 可以使用的文 件格式。
2.3.3 布局转换器（Artwor k Transl ator）
工程上通常是 指工作频段的 波长在10m～1mm或频率在30MHz～300GHz之间的电路。此外，有时还含有亚 毫米波（1mm～0.1mm或300GHz～3000GH z）等。
一方面，随着频率升高 到射频频段，通常在分析D C和低频电路 时乐于采用的 基尔霍夫定律 、欧姆定律以及 电压电流的分 析工具，已不精确或不 再适用。分布参数的影 响不容忽略。另一方面，纯正采用电磁 场理论方法，尽管可以很好 的全波分析和 计及分布参数 等的影响，但很难触及高 频放大器、VCO、混频器等实用 内容。所以，射频电路设计 与应用已成为信息技术发展 的关键技术之 一。
为了增加仿真 分析的方便性 ，ADS软件提 供了仿真模板 功能，让使用者可以 将经常重复使 用的仿真设定 （如仿真控制器 、电压电流源、变量参数设定等）制定成一个模 板，直接使用，避免了重复设 定所需的时间 和步骤。结果显示模板 也具有相同的 功能，使用者可以将 经常使用的绘 图或列表格式 制作成模板以 减少重复设定 所需的时间。除了使用者自 行建立外，ADS软件也 提供了标准的 仿真与结果显 示模板可供使 用。
2.1.4 电路包络分析 （Circui t Envelo pe）
电路包络分析 包含了时域与 频域的分析方 法，可以使用于包 含调频信号的 电路或通信系 统中。电路包络分析 借鉴了SPI CE与谐波平 衡两种仿真方 法的优点，将较低频的调 频信号用时域 SPICE仿 真方法来分析 ，而较高频的载 波信号则以频 域的谐波平衡 仿真方法进行 分析
卷积分析方法 为架构在SP ICE高频仿 真器上的高级 时域分析方法 ，藉由卷积分析 可以更加准确 的用时域的方 法分析于频率 相关的元件，如以S参数定 义的元件、传输线、微带线等。
2.1.2 线性分析
线性分析为频 域的电路仿真 分析方法，可以将线性或 非线性的射频 与微波电路性参数，如S、Z、Y和H参数、电路阻抗、噪声、反射系数、稳定系数、增益或损耗等 （若为非线性元 件则计算其工 作点之线性参 数），在进行整个电 路的分析、仿真。
目前ADS所 提供的设计指 南包括：WLAN设计 指南、Blueto oth设计指 南、CDMA20 00设计指南 、RF System 设计指南、Mixer设 计指南、Oscill ator设计 指南、Passiv e Circui ts设计指南 、Phased Locked Loop设计 指南、Amplif ier设计指 南、Filter 设计指南等。除了使用AD S软件自带的 设计指南外，使用者也可以 通过软件中的 Design Guide Develo per Studio 建立自己的设 计指南。
2.2 ADS的设计 辅助功能
ADS软件除 了上述的仿真分析功能外，还包含其他设 计辅助功能以 增加使用者使 用上的方便性 与提高电路设 计效率。ADS所提供 的辅助设计功 能简介如下：
2.2.1 设计指南（Design Guide）
设计指南是藉 由范例与指令 的说明示范电 路设计的设计 流程，使用者可以经 由这些范例与 指令，学习如何利用 ADS软件高 效地进行电路 设计。
2.1 ADS的仿真 设计方法
ADS软件可 以提供电路设 计者进行模拟 、射频与微波等 电路和通信系 统设计，其提供的仿真 分析方法大致 可以分为：时域仿真、频域仿真、系统仿真和电 磁仿真；ADS仿真分 析方法具体介 绍如下：
2.1.1 高频SPIC E分析和卷积 分析（Convol ution）
高频SPIC E分析方法提 供如SPIC E仿真器般的 瞬态分析，可分析线性与 非线性电路的 瞬态效应。在SPICE 仿真器中，无法直接使用 的频域分析模 型，如微带线带状 线等，可于高频SP ICE仿真器 中直接使用，因为在仿真时 可于高频SP ICE仿真器 会将频域分析 模型进行拉式 变换后进行瞬 态分析，而不需要使用 者将该模型转 化为等效RL C电路。因此高频SP ICE除了可 以做低频电路 的瞬态分析，也可以分析高 频电路的瞬态 响应。此外高频SP ICE也提供 瞬态噪声分析 的功能，可以用来仿真 电路的瞬态噪 声，如振荡器或锁 相环的jit ter。
2、ADS概述
ADS电子设 计自动化（EDA软件全 称为 Advanc ed Design System ，是美国安捷伦 （Agilen t）公司所生产拥 有的电子设计 自动化软件；ADS功能十 分强大，包含时域电路 仿真 (SPICE-like Simula tion)、频域电路仿真 (Harmon ic Balanc e、Linear Analys is)、三维电磁仿真 (EM Simula tion)、通信系统仿真 (Commun icatio n System Simula tion)和数字信号处 理仿真设计（DSP）；支持射频和系 统设计工程师 开发所有类型 的 RF设计，从简单到复杂 ，从离散的射频 /微波模块到用 于通信和航天 /国防的集成M MIC，是当今国内各 大学和研究所 使用最多的微 波/射频电路和通 信系统仿真软 件软件。
2.2.3 电子笔记本（Electr onic Notebo ok）
电子笔记本可 以让使用者将 所设计电路与 仿真结果，加入文字叙述 ，制成一份网页 式的报告。由电子笔记本 所制成的报告 ，不需执行AD S软件即可以 在浏览器上浏 览。
2.3 ADS与其他 EDA软件和 测试设备间的 连接
由于现今复杂 庞大的的电路 设计，每个电子设计 自动化软件在 整个系统设计 中均扮演着螺丝钉的角色，因此软件与软 件之间、软件与硬件之 间、软件与元件厂 商之间的沟通 与连接也成为 设计中不容忽 视的一环。ADS软件与 其他设计验证 软件、硬件的连接简 介如下：
2.3.5 设计工具箱（Design Kit）
对于IC设计 来说，EDA软件除 了需要提供准 确快速的仿真 方法外，与半导体厂商 的元件模型间 的连接更是不 可或缺的，设计工具箱便 是扮演了AD S软件与厂商 元件模型间沟 通的重要角色 。ADS软件可 以藉由设计工 具箱将半导体 厂商的元件模 型读入，供使用者进行 电路的设计、仿真与分析。
布局式转换器 提供使用者将 由其他CAD 或EDA软件 所产生的布局 文件导入AD S软件编辑使 用，可以转换的格 式包括IDE S、GDSII、DXF、与Gerbe r等格式。
2.3.4 SPICE模 型产生器（SPICE Model Genera tor）
SPICE模 型产生器可以 将由频域分析 得到的或是由 测量仪器得到 的S参数转换 为SPICE 可以使用的格 式，以弥补SPI CE仿真软件 无法使用测量 或仿真所得到 的S参数资料 的不足。
2.1.6 拖勒密分析（Ptolem y）
拖勒密分析方 法具有可以仿 真同时具有数 字信号与模拟 、高频信号的混 合模式系统能 力。ADS中分别 提供了数字元 件模型（如FIR滤波 器、IIR滤波器 ，AND逻辑门 、OR逻辑门等 ）、通信系统元件 模型（如QAM调频 解调器、Raised Cosine 滤波器等）及模拟高频元 件模型（如IQ编码器 、切比雪夫滤波 器、混频器等）可供使用。
2.3.6 仪器连接器
仪器连接器提 供了ADS软 件与测量仪器 连接的功能，使用者可以通 过仪器伺服器 将网络分析仪 测量得到的资 料或SnP格 式的文件导入 ADS软件中 进行仿真分析 ，也可以将软件 仿真所得的结 果输出到仪器 （如信号发生器 ），作为待测元件 的测试信号。
二、混频器的原理
在无线通信系 统中，混频器也是一 种常见的射频 电路组件，它主要用来对 信号进行频率 变换。在接收机中，一般用来对接 收机的射频信 号进行下变频 ；在发射机中，一般用来对中 频信号进行上 变频。下面将设计一 个镜像抑制混 频器，并 对他的参数进 行仿真。
2.1.7 电磁仿真分析 (Moment um)
ADS软件提 供了一个2.5D的平面电 磁仿真分析功 能——Moment um（ADS200 5A版本Mo mentum 已经升级为3 D电磁仿真器 ），可以用来仿真 微带线、带状线、共面波导等的 电磁特性，天线的辐射特 性，以及电路板上 的寄生、耦合效应。所分析的S参 数结果可直接 使用于些波平 衡和电路包络 等电路分析中 ，进行电路设计 与验证。在Momen tum电磁分 析中提供两种 分析模式：Moment um微波模式 即Momen tum和Mo mentum 射频模式即M omentu m RF；使用者可以根 据电路的工作 频段和尺寸判 断、选择使用。
谐波平衡分析 方法的出现填 补了SPIC E的瞬态响应 分析与线性S 参数分析对具 有多频输入信 号的非线性电 路仿真上的不 足。尤其在现今的 高频通信系统 中，大多包含了混 频电路结构，使得谐波平衡 分析方法的使 用更加频繁，也越趋重要。
另外针对高度 非线性电路，如锁相环中的 分频器，ADS也提供 了瞬态辅助谐 波平衡(Transi ent Assist ant HB)的仿真方法，在电路分析时 先执行瞬态分 析，并将此瞬态分 析的结果作为 谐波平衡分析 时的初始条件 进行电路仿真 ，藉由此种方法 可以有效地解 决在高度非线 性的电路分析 时会发生的不 收敛情况。
2.1.5 射频系统分析
射频系统分析 方法提供使用 者模拟评估系 统特性，其中系统的电 路模型除可以 使用行为级模 型外，也可以使用元 件电路模型进 行习用响应验 证。射频系统仿真 分析包含了上 述的线性分析 、谐波平衡分析 和电路包络分 析，分别用来验证 射频系统的无 源元件与线性 化系统模型特 性、非线性系统模 型特性、具有数字调频 信号的系统特 性。
2.2.2 仿真向导（Simula tion Wizard ）
仿真向导提供 step-by-step的设 定界面供设计 人员进行电路 分析与设计，使用者可以藉 由图形化界面 设定所需验证 的电路响应。
ADS提供的 仿真向导包括 ：元件特性（Device Charac teriza tion）、放大器（Amplif ier）、混频器（Mixer）和线性电路（Linear Circui t）。
2.1.3 谐波平衡分析 ( Harmon ic Balanc e)
谐波平衡分析 提供频域、稳态、大信号的电路分析仿真方法 ，可以用来分析 具有多频输入 信号的非线性 电路，得到非线性的 电路响应，如噪声、功率压缩点、谐波失真等。与时域的SP ICE仿真分 析相比较，谐波平衡对于 非线性的电路 分析，可以提供一个 比较快速有效 的分析方法。
2.3.1 SPICE电 路转换器（SPICE Netlis t Transl ator）
SPICE电 路转换器可以 将由Cade nce、Spectr e、PSPICE 、HSPICE 及Berke ley SPICE所 产生的电路图 转换成ADS 使用的格式进 行仿真分析、另外也可以将 由ADS产生 的电路转出成 SPICE格 式的电路，做布局与电路 结构检查（LVS，Layout Versus Schema tic Checki ng）与布局寄生抽 取（Layout Parasi tic Extrac tion）等验证。
混频器的设计 与仿真
设计题目：混频器的设计 与仿真
学生姓名：
学 院：
专 业：
指导老师：
学 号：
日 期:2011年12月20日
二、混频器的设计7
一、射频电路与A DS概述
1、射频电路概述
射频是指超高 频率的无线电 波，对于工作频率 较高的电路，人们经常称为“高频电路”或“射频（RF）电路”或“微波电路”等等。
2.3.2 电路与布局文 件格式转换器 （IFF Schema tic and Layout Transl ator）
电路与布局格 式转换器提供 使用者与其他 EDA软件连 接沟通的桥梁 ，藉由此转换器 可以将不同E DA软件所产 生的文件，转换成ADS 可以使用的文 件格式。
2.3.3 布局转换器（Artwor k Transl ator）
工程上通常是 指工作频段的 波长在10m～1mm或频率在30MHz～300GHz之间的电路。此外，有时还含有亚 毫米波（1mm～0.1mm或300GHz～3000GH z）等。
一方面，随着频率升高 到射频频段，通常在分析D C和低频电路 时乐于采用的 基尔霍夫定律 、欧姆定律以及 电压电流的分 析工具，已不精确或不 再适用。分布参数的影 响不容忽略。另一方面，纯正采用电磁 场理论方法，尽管可以很好 的全波分析和 计及分布参数 等的影响，但很难触及高 频放大器、VCO、混频器等实用 内容。所以，射频电路设计 与应用已成为信息技术发展 的关键技术之 一。