S参数仿真跟优化的实验

实验五、S参数仿真与优化

概述

本练习继续进行amp_1900设计。它将讲述如何对各种S参数进行设置、运行、优化以及对结果绘图。此外，优化器也用于创建阻抗匹配网络。

任务

●测量增益和阻抗

●设置并使用扫描计划，参数扫描和阻抗方程

●计算匹配网络的值

●对匹配网络调整

●优化处理，以满足设计目标

●使用噪声和增益圆图

目录

1.设置理想元件电路和仿真 (73)

2.仿真并对数据绘图，其中包括修正的读出标记 (74)

3.写出改变终端阻抗的方程 (75)

4.在数据显示中计算L、C值 (75)

5.代入L和C计算并仿真 (76)

6.添加匹配元件L和C，仿真，并对结果绘图 (78)

7.调整输入端匹配值 (79)

8.添加输出匹配元件 (80)

9.设置优化控制器和优化目标 (80)

10.使元件能够进行优化处理（启动元件优化处理） (82)

11.对结果绘图 (84)

12.更新优化值并禁用Opt函数 (86)

13.对最终匹配电路仿真 (88)

14.带增益和噪声圆图的稳态方程 (89)

15.选学—对S2P文件读/写S参数数据 (91)

步骤

1.设置理想元件电路和仿真

a．以s_params名保存上一原理图设计（ac_sim）

b．按如下步骤修改设计以匹配原理图：

●删除AC源和控制器，并删除测量方程、参数扫描以及所有无用变量

等。

●从Simulation S_Parameter模板（Palette）中插入终端负载（Term）。

●从集总元件模板中插入两个理想电感：DC_feed以隔离RF与直流通路。

●插入两个理想的隔离（DC block）电容。

●点击Name图表删除节点名，使其为空，再点击节点名（Vin和V out）。

对于S参数仿真，端口终端（Num1和Num2）本身提供了节点。c．插入一个S参数（S_Parameter）仿真控制器，并设置Start=100MHz，Stop=4GHz，Step=100MHz。

d．保存（Save）设计。

2.仿真并对数据绘图，其中包括修正的读出标记

a．确认数据组名为s_params,然后仿真。

b．仿真完成后，引入S21（dB）的矩形图，在1900MHz处插入一标记，并确认此处增益为20dB。

c．引入S11的史密斯圆图（Smith chart），并在1900MHz插入标记。选中读出器（readout），按方向键可移动标记。

d．编辑标记读出器（marker readout）（通过双击标签栏）。在史密斯标签栏中把Zo改为50Ω

3.写出改变终端阻抗的方程

a．在原理图中，对端口2写方程，使其终端Z在频率大于400MHz时阻抗为35Ω：Z=if freq<400MHz then 50 else 35 endif。

b．仿真，然后引入PortZ（2）的列表（list）。检查在频率大于400MHz时Z 是否为35Ω。

c．把端口2阻抗重置到Z=50Ω.

4.在数据显示中计算L、C值

有偏置电路的传输和反射特性表现为20dB增益，但在输入口处与50Ω有失配。直流供电和隔离（feeds and blocks）也是理想的并需要实际元件值。

a．在数据显示器中，写一方程XC，对应为1900MHz处的10pF的容抗。然后，对方程XC列表（list），如下图所示。如果需要的话，用Plot Options 命名列表。作为低电抗，10pF值的电容为一隔直电容。

b．改变方程中的电容值，检查XC列表是否自动刷新（例如把电容值改为20pF，XC值变为-4.188）。

c．创建一个表示电感值和感抗范围的表格。L_val的扫描范围从1nH到200nH，步长为10nH。在ADS中，两个冒号句法表示未定计划（wild card）（对所有值），也可用来表示范围，如下所示。方括号用于生成扫描。写

好方程并列表后（如下图所示），下拉列表的滚动条，随着电感值增加，

1.9GHz处的电抗值也增加，因此，120nH对于DC馈电已足够（RF扼流

圈）。

关于方程和表格的备注：你可将方程和表格拷贝至另一数据显示（Ctrl C/ Ctrl V），或者使用命令File>Save As Template以模板格式保存数据显示文件，这样可被其他任务引用。

d．保存（Save）当前的数据显示文件和原理图。

5.代入L和C的计算值并仿真

a．以新文件名s_match保存原理图

b．把两个隔直电容的文件名（DC_Block）改为C，它们将自动变为集总参数电容，如下图所示。并把两电容值均设为C=10pF。

c．以相同方式改变理想电感（DC_Feed）,并把值都设为L=120nH。根据XL 和L_Val表格栏，1900MHz处电抗为1.5KΩ，在设计中，其值在此频率点是合理的。

d．现在原理图应与下图相似，检查各元件值并仿真。

e．在数据显示中，对传输参数（S12和S21）和反射参数（S11和S22）数据绘图并作标记，如下图。注意增益曲线比较平坦，泄露也适当，但阻抗并未匹配。在下一步骤中，你将对输入进行调谐使之与50Ω匹配，并对输出进行优化处理至50Ω匹配。

6.添加匹配元件L和C，仿真，并对结果绘图。

考查S11数据，并联一个电容C将把标记点朝50Ω恒定电阻圆图靠近。一个串联电感也可使其沿50Ω圆朝Smith chart圆心移动。初始选择的L、C值要使电路无损耗地通过1900MHz。

a．在输入端添加串联电感L=10nH和并联电容C=1pF,如下图所示。对该实例，将其重命名（Rename）为L_match_in和C_match_in，如图所示。记

住F5键可移动文本框。

b．设置仿真步长为10MHz，仿真并查看响应。注意增益仍然适当，泄漏（S12）也很好，但输入阻抗S11仍未靠近50Ω，下一步将使用调谐器使输入端

匹配更接近50Ω。