实验五电路包络仿真汇总.docx

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实验五电路包络仿真汇总

实验五、电路包络仿真

概述

这节主要讲述了电路包络（CircuitEnvelop）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

1.创建一个PtRF源和特性放大器（behavioralAmp）……………………133

2.设置包络仿真控制器……………………………………………………133

3.仿真并作出时域响应图…………………………………………………134

4.在特性放大器中加入失真………………………………………………135

5.设置一个解调器和一个GSM源………………………………………137

6.设置带变量的包络仿真…………………………………………………138

7.仿真并对解调结果作图…………………………………………………138

8.用一个滤波器对相位失真进行仿真……………………………………139

9.仿真并作出输入和输出调制曲线………………………………………140

10.对具有GSM的amp_1900源进行仿真…………………………………140

11.作出GSM信号数据和频谱图……………………………………………141

12.选作—信道功率计算……………………………………………………145

步骤

1．创建一个PtRF源和特性放大器（behavioralAmp）。

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-Amp＆Mixers面板中，调出一个特性放大器（Amplifier）。

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（reverseleakage）。

确保对S21，S11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：

OffRatio（超比率）=0,Delay（时延）=0ns，Risetime（上升时间）=5ns,Falltime（下降时间）=10ns，PulseWidth（脉冲宽度）=30ns和Period（周期）=100ns。

d．插入一个50Ω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=50ns.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=lns。

这就表明信号每lns就进行一次抽样，所以总共有51个数据采样点。

3.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。

（实验报告）

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5ns。

（实验报告）

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TraceOption去掉索引[1]使其表达式为：

mag（Vout）。

同时，用PlotOptions关闭X轴自动刻度功能（X-axisAutoScale）。

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（5ns）内脉冲载波增长的幅度。

（实验报告）

e．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（MatrixSize）为1×1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10ns两点。

（实验报告）

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（GainCompressionPower）=5（单位默认为dBm），增益压缩（GainCompression）=1dB,这些值仅仅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10ns。

同时设置源的输入功率为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summingout-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。

（实验报告）

d．设置时间间隔为1ns并再次仿真。

刷新后，图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）TableFormat。

然后下拉滚动条至5ns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。

（实验报告）

5．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，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）。

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。

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l00μs。

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（Basebandsignalinthetimedomain）。

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。

（实验报告）

c．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。

d．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。

（实验报告）

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。

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（starttime）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PlotOptions设置Engineering的格式并勾上TransposeData,如右图所示。

现在，你可以看到在每个时间间隔CE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。

（实验报告）

b．用Kaiser窗口作出Vout的dBm载波频谱数据图。

放置两个Marker在GSM带宽（大约270kHz）两边来测量Bw。

这是中心频率附近的输出频谱。

Kaiser窗口将保证每一个和最后一个时间数据点为0；这会改善所计算频谱的动态范围，同时一降低噪声基底。

关于混频器的CE的备注——通过对话框在缺省状态下Kaiser窗观察频谱数据。

它假设载波索引值是[1]。

但是对于一个混频器，你需要编辑轨迹并用正确的索引值代替[1]。

正确的索引值来自于你的IF或RF频率的Mix表。

c．在Vout图中，插入Vin（相同的数据格式类型）并用Markers来验证增益是否大约为35dB。

这和以前用理想的Gummel-Poon模型对amp_1900仿真的结果相符合。

（实验报告）

d．插入另外的两个图：

一个包括所有时间点的Vout[1]和一个时域Vout幅度的矩形图，如下图所示。

正如你所看到的，两个图的振幅幅度大小没有什么变化。

对于GSM来说，这说明因为GSM是相位调制，放大器对于基带只增加很小或是没有失真。

（实验报告）

e．再插入另外两个图：

一个是Vout的相位，这是为了看清在200ns内相位的变化。

注意到相位圆的y轴是从0到土180（类似一个网络分析仪）。

同时，插入一个bits_out数据图，这些是从源出来的一些原始数据。

下面的步骤中，你将操作这些数据并得出两者之间的关系。

（实验报告）

f．一个方程能对数据解调。

如图所示在baseband.方程中，unwrap函数的功能是从绝对相位中去掉士180度的转化格式。

diff函数将区分展开的（unwrapped）倾斜度。

除以360将以Hz表示数值。

这个解调输出是必要的。

写出方程并作出如下图形。

（实验报告）

g．在基带（basedband）图中，加入一条时域的bit_out曲线。

它将在0附近，除非你编辑曲线（editthetrace），如下图所示。

进入PlotAxes栏并对这条新曲线选择RightY-axis（y轴在右侧）。

h．下一步，在PlotOptions中，去掉白动刻度并重置右边y轴从-1.25到1.25。

最后，在图上X轴上直接键入光标并输入+10us然后回车来产生10us的延迟，如下图所示。

10us的移动是通过放大器产生的延迟。

现在，你应该对输入到输出基带有一个完全的比较了。

（实验报告）

关于数据的备注：

你可以划线表示基带信号可能的状态并直接在图上标示状态（00，01，10，11），如图所示。

i．保存所有的作业。

到这个实验过程为止，你己经了解了所有ADS的基本知识，在最后一个练习实验中，你将把所有电路综合进行最后测试。

12．选作—信道功率计算

a．在数据目录中新建一页，Page>NewPage,并按下图命名。

b．用ADS的channel_power函数，写两个方程式计算频谱中的功率。

第一个方程限制、定义了调制带宽。

第二个方程式channel_pur使用了ADS的channel_power_vr函数,这里，vr表示在计算中使用的是电压而不是电流。

方程中Vout[1]是1900MHz的频点。

同时，50是系统阻抗，“Kaiser”是一个降低噪声基底的窗口，加30是把最后值转化为dBm.（0dBm=0.001W）。

c．列出channel_pwr方程，你将看到在GSM信号带宽里的功率。

电路包络仿真的计算也能运用到其它调制模型中。

附加练习：

1．在原理图上描描功率并观察输出端的变化。

2．在输出端使用FM解调器并再次运行仿真。

在amp_1900中比较位输入和位输出（bitsinandbitsout）。

3．进入范例文件：

examples\Tutorial\ModSource_prj\Pi4DQPSK,复制源和数据显示器到你的目录下并在放大器上试用源，把数据显示器作为参考来指导你的实验。