振荡器DRO的HFSS和ADS联合仿真总结Word格式.doc

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根据3.1确定的偏置点设计和仿真偏置电路） 8

第4章 S参数仿真 10

第1章预备知识

1.1振荡器分为两种：

反射式和反馈式

判断这两种形式振荡器是否能振荡的方法分别如下

（1）反射式（VCO也属于这一种）

（2）反馈式

1.2DRO分为两种：

本文介绍反馈式DRO的设计方法，其电路框图和大致的autoCAD版图如下：

第2章HFSS11产生S2P文件并在ADS中进行仿真

概述：

ADS中模型库中自带有一个介质和单根微带线耦合的模型，但是没有一个介质和两根微带线耦合，所以必须在HFSS中建立一个介质和两根微带线耦合的模型，并仿真出S曲线，导出S2P文件，最后导入ADS中进行联合仿真。

2.1HFSS11导出S2P文件

（1）下面是模型和仿真得到的S21曲线

（3）导出S2P文件

HFSS---->

Results--->

SolutionDATA---->

MatrixData--->

ExportMatrixData

就是默认的格式不用改，导出来就是s2p文件了

2.2在ADS2008中对产生的S2P文件仿真

由第一章的预备知识可知，反馈式振荡器产生振荡必须同时满足幅度条件和相位条件，具体判断这个11.78GDRO是否能振荡的条件就是：

（1）放大器的增益大于谐振网络（DRO组成的窄带滤波器）的损耗（一般大10dB比较稳当）。

（2）放大器的相位和谐振网络、电路其他元件的相位相加必须为0（同相相加才能产生振荡）。

仿真这个反馈式11.78GDRO的大概步骤如下：

（1）在ADS中仿真一个介质和两根微带线耦合模型（谐振网络）的S2P文件，通过S21得到谐振网络在11.78G处的插损和相位。

（2）设计放大器，使放大器的增益大于谐振网络的插损；

使放大器的相位和谐振网络、电路其他元件的相位相加为0。

下面就先进行第

（1）步，从而得到谐振网络在11.78G处的插损和相位。

由仿真结果可以看出：

谐振网络的损耗只有0.4dB，相位为+152度。

那么接下来的任务就是设计放大器，使放大器的增益大于0.4（一般要大10dB左右，即10.4dB）；

使放大器和电路其他元件的相位总和为-152度（即核心始终是：

幅度条件和相位条件）。

第3章放大管ATF36077的直流扫描和直流仿真

3.1直流扫描（目的：

确定直流工作点VDS,VGS,ID,为设计偏置电路提供依据）

首先分析ATF36077的datasheet，如下图，可见VDS不能超过+3V，ID不能超过45mA（典型值为25mA），否则可能损坏器件。

初步选择VDS=2.5V，ID=25mA。

下面在ADS2008中对ATF36077管进行直流扫描。

（1）放入ATF36077管的模型

（2）放入直流仿真模板。

Insert->

Template->

FET_curve_tracer。

（3）连接好，并仿真。

注：

（A）根据PDF，初步选择VDS=2.5V，ID=25mA

（B）FET需要D极（正电）和G极（负电）供电，但在某条件下如果G极需要的电压为0，则可直接把G极接地，从而只用给D极单电源供电，可简化设计。

以上两图是对VDS进行扫描。

（A）VDS=2.5V时，VGS=0，从而可只对D极供电，简化了设计；

（B）VDS=2.5V时，IDS=26mA，符合要求。

综上，最终确定直流偏置条件为：

VDS=2.5V，VGS=0，IDS=26mA。

3.2直流仿真（目的：

根据3.1确定的偏置点设计和仿真偏置电路）

（1）计算限流电阻。

R=（5-2.5）V/26mA=96欧，取100欧。

（2）在G极和D极各串一个微带，这两根微带的尺寸就是放大器焊盘的尺寸（放大器焊盘就是在autoCAD中画的版图那些）。

（3）在lumped-components中选中并放入限流电阻、DC_feed和DC_block。

（4）串入探针，注意是有方向的。

（5）在D极放一个节点，目的是：

观察D极电压是否是2.5V。

（6）最后的DC仿真电路图如下。

（7）仿真结果如下。

仿真结果为：

VDS=2.5V，IDS=26mA，可见偏置电路设计成功。

第4章S参数仿真

（1）放入S参数控件和稳定仿真控件。

（2）相应完善电路。

（3）开始仿真。

ADS不能同时进行两种仿真，所以进行一种仿真时，其他仿真控件必须关闭。

（4）由仿真结果可见，11.78G处的K<

1，放大器不稳定，改善的措施有两个：

（A）在D极和输出之间串联一个电阻R。

原理：

串联一个电阻R，就抵消了负阻，成为正阻（正阻：

放大器；

负阻：

振荡器；

正阻：

消耗能量；

向外提供能量）。

串联一个电阻R可以改善稳定性，但是同时又会增大损耗，使放大器的增益G降低，所以设计时需要调增R的大小，使放大器在稳定性和增益两指标之间折中。

（B）在D极和地之间串联一个电阻

现在我们采用（B）方法，电路结构和仿真结果如几图所示（注意多加那个隔直电容是为了防止D极的直流到地了）。

（5）由仿真结果可见，K>

1，放大器已经稳定了。

11.78G处S21的增益为8dB，11.78G处S21的相位为-88度。

（6）下面的任务是：

调节那两根微带（TL4和TL5）的长度（把TL4和TL5的长度设成变量l1），使：

幅度尽量大；

相位为-152度。

即满足振荡的幅度和相位条件。

最后的仿真结果如下：

可见K>

1，放大器的增益为8dB，放大器的相位为-152度，符合设计要求。

下面串上介质和两个微带线模型的S2P文件进行开环分析！

（7）串上介质和两个微带线模型的S2P文件进行开环仿真！

开环仿真的目的：

调节电路的各个参数（一般是调整微带的长度），使整个开环电路（放大器+由DRO组成的谐振网络的S2P文件+电路其他部分）的幅度比较大（即放大器的增益要比由DRO组成的谐振网络的损耗和电路其他部分的损耗之和大），并且相位总和为0，即达到振荡的幅度和相位两个条件。

（8）闭环仿真。

首先放入HB控件；

为了仿真振荡器的相位噪声，需要串入OSCPORT控件。

把第7步的开环电路串上OSCPORT控件（注意OSCPORT控件串在环路中的具体位置还待研究？

），再连到放大器的输出端，形成闭合环路，就可以进行闭环仿真了。

下面几个图是需要对HB控件进行的设置。

在设置上图那个Vout之前，需要在原理图中振荡器的输出端用NAME工具，设置一个节点Vout。