Advanced Design System（ADS）2009 射频仿真入门

一、引言
ADS作为Agilent推出的一款强大的EDA软件，集成了从IC级到电路级直至系统级的仿真模块，能应对简单的元器件到复杂的系统仿真，能跨越时域和频域，能涵盖模拟和数字，不管是二次元和三次元，ADS能轻松搞定。
目前主流的电磁仿真软件主要是基于以下几种方法：
矩量法（MoM）：ADS、Ansoft Designer、Microwave Office等
有限元法（FEM）：Ansoft HFSS、ANSYS、EMDS
时域有限差分法（FDTD）：EMPIRE、CST Microwave、XFDTD
每一款软件受限于自己采用的算法，都有自己的优点和缺点，在针对高频结构的电磁仿真，HFSS以高精度、成熟的自适应网格剖分技术、操作界面的方便易用已被业界广泛推崇，ADS相对于其他的仿真软件，也有一定的优势。如Agilent公司和其他各大元器件厂商合作并提供最新的Design Kit给用户使用，让用户可以在第一时间得到最新的设计资源，Agilent公司具有较深的仪器测试技术积累，这是其他软件公司无法比拟的优势，Agilent公司与其他著名的EDA设计软件如Cadence、Matlab等进行协同仿真。
ADS提供一些示例可供学习参考，同时提供的帮助文件无微不至，这两个内容是学习ADS一个非常有利的工具，同时Agilent公司还在自己官网上有一些应用笔记可以下载学习。
二、安装器件库
如使用村田库，可以到村田官网上下载后安装到ADS里面。
1、 在ADS软件安装完成后启动，进入菜单DesignKit->Install Design Kits，

图表 1 DesignKit 安装
2、 弹出install ADS Design Kit的窗口，在窗口中击中Unzip Design Kit Now，在UnZip File栏选中村田元件库，确认后可以看到村田元件已解压至ADS中，安装等级选择user level即可，点击OK后即成功加入村田元件库。

3、 安装成功后，可以在原理图中加入相应的元件进行设计仿真，需要注意的时，在使用村田元件进行仿真时，需要在原理图中加入村田仿真控件。

图表 3 村田控件和元件
在原理图中加入村田器件后，可以通过在Parameter entry Mode中选择具体的村田器件型号，在对元件设置完成后，该元件的值是不能被调谐、优化等方式进行改动，只能再次通过在Parameter entry Mode进行修改。

图表 4 修改村田元件值
三、元器件面板
新建工程，创建Design之后，就会出现元器件面板。

图表 10 元器件面板
Lumped-Components：集总参数元器件面板，包含电阻、电容电感等
Sources-Freq Domain：频域源面板，包含各种频域中的源模型，如频域电压源等
Sources-Modulated：调制源面板，包含各种调制信号源模型，产生如GSM、CDMA等各种调制信号
Sources-Noise：噪声源面板，包含各种噪声模型，如噪声电压源等
Sources-Time Domain：时域源面板，包含各种时域信号源模型，如时域电压源等
Simulation-DC：直流仿真面板，包含直流仿真所需的各种控件
Simulation-AC：交流仿真面板，包含交流仿真所需的各种控件
Simulation-S_Param：S参数仿真面板，包含S参数仿真的各种控件
Simulation-HB：谐波平衡仿真面板，包含谐波平衡仿真的各种控件
Simulation-LSSP：大信号S参数仿真面板，包含大信号S参数仿真的各种控件
Simulation-XDB：增益压缩仿真面板，包含增益压缩仿真的各种控件
Simulation-Transient：瞬态仿真面板，包含瞬态仿真所需的各种控件
Optim/Stat/Yield/DOE：优化/统计/良品率/专用设备控件面板，包含各种优化、统计、良品率、专用设备等控件，可对设计进行优化等。
Probe Components：显示元器件面板，包含各种显示设备的模型，如电压表、电流计等。
Data Items：数据管理面板，主要功能是对ADS中数据条目进行管理
TLines-Ideal：理想传输线面板，包含同轴线等各种传输线的理想模型
TLines-Microstrip：微带传输线面板，包含各种形状和特性的微带线模型
TLines-Printed Circuit Board：印制板传输线面板，包含了各种形状和特性的PCB传输线
TLines-WaveGuide：波导传输线面板，包含各种波导器件。
Device-BJT：晶体三级管元器件面板，提供各种晶体三极管模型
Smith Chart Matching：Smith圆图匹配面板，提供一个用于匹配电路设计的smith圆图，可用它进行匹配设计和分析
Transistor Bias：晶体管偏置电路面板，面板中包含各种晶体管偏置电路，在设计晶体管电路时使用非常方便。
Impedance Match：阻抗匹配元器件面板，包含各种用于匹配的电路形式。
四、数据显示窗口
当仿真正确运行后，可以通过数据显示窗口，对仿真数据进行进一步的分析，ADS的数据显示和分析方式比较灵活，在数据窗口可以完成多种图表格式来显示仿真数据、可以标记读取仿真曲线上的任何一点的数据、可以以方程式对数据进行处理显示等。

在数据显示窗口中Palette面板内可以添加仿真数据的显示方式，如以直角坐标图形显示、极坐标图形显示、smith图形显示等；
五、主要仿真器介绍
5.1 直流仿真器
在Simulation-DC面板下可以调出直流仿真器，它是进行晶体管等直流仿真的重要工具，通常只需要设置扫描的变量、扫描变量的起始和终止值、扫描步进即可进行仿真，对于一些复杂的应用，则需要直流仿真面板中的其他控件参与完成。

双击直流仿真控件，弹出对直流仿真控件的配置窗口，在sweep选项卡中包括了对直流扫描变量、扫描类型、扫描开始结束及步进和对用户自定义扫描计划的设置，在parameters标签页中，设置状态等级等，同时可以在display标签页中配置直流仿真器在原理图中需要显示的信息。
直流仿真面板下sweep plan和prm swp控件可以用于用户自定义扫描计划和参数扫描，同时也可以通过disp temp控件来载入ADS中的显示模板来查看仿真结果，显示模板可以是系统自带也可以是自己按需编辑的模板。Meas eqn控件用于公式编辑，公式可以调用原理图中所有的参数和仿真结果，其结果可以在数据显示窗口中显示出来。
5.2 交流仿真器
AC仿真控件在Simulation-AC面板下可以找到，它的作用是扫描各频率点上的小信号传输参数，其设置与S参数的仿真控件类似，这里不再详述。
5.3 S参数仿真控件
S参数是RF电路较为重要的分析方法，S参数仿真对RF设计是非常重要的一种方式，它的功能是仿真一段频率上的散射参数。
对S参数仿真控件的设置在frequency标签页设置扫描频率范围和步进、扫描方式等，在parameters标签页设置计算电路的S参数、Y参数、群延时等，若需要计算系统噪声系数，需在noise标签页将calculate noise选中。
S参数仿真面板中还提供许多常用的计算控件，可以直接计算出S参数仿真是需要查看的结果，如比较常用的stabfct控件是用于计算Rollett稳定因子K，K>1时电路绝对稳定，stabms控件是计算电路稳定系数b，功能与stabfct一样，但采用的定义式不同而已。
5.4 谐波平衡仿真控件
谐波平衡是仿真一种非线性电路与系统的频域分析技术，它可以直接获得频域的电压和电流并直接计算出稳定状态的频谱，被广泛应用于RF和微波电路的频域特性仿真，如计算频谱、三阶交调点、互调失真等。
5.5 增益压缩仿真控制器
增益压缩仿真控制器用于寻找自定义的增益压缩点，它将理想的线性功率曲线与实际计算的功率曲线的偏离点相比较。增益压缩控件可以很方便地找出1dB压缩点。

图表 13 增益压缩控制器
5.6 瞬态/卷积仿真控制器
瞬态仿真是SPICE的最基本方法，常用于对数字或者模拟电路的仿真，它是计算一组电压或者电流随时间的依赖关系。

至于具体仿真方法详见本人其它博客。