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            用ADS設(shè)計VCO

            作者: 時間:2010-05-26 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

            ADS軟件的使用:
            · 本章內(nèi)容是介紹使用ADS軟件設(shè)計VCO的方法:包括原理圖繪制,電路參數(shù)的調(diào)整優(yōu)化、仿真等。

            本文引用地址:http://www.biyoush.com/article/261015.htm


            下面開始按順序詳細(xì)介紹ADS軟件的使用方法。
            · 設(shè)計振蕩器這種有源器件,第一步要做的就是管子的選取,設(shè)計前必須根據(jù)自己的指標(biāo)確定管子的參數(shù) ,選好三極管和變?nèi)荻O管;第二步是根據(jù)三極管的最佳噪音特性確定直流偏置電路的偏置電阻;第三步是確定變?nèi)荻O管的VC特性,先由指標(biāo)(設(shè)計的振蕩器頻率)確定可變電容的值,然后根據(jù)VC曲線確定二極管兩端直流電壓;第四步是進(jìn)行諧波仿真,分析相位噪音,生成壓控曲線,觀察設(shè)計的振蕩器的壓控線性度。
            · 設(shè)計指標(biāo):設(shè)計一個壓控振蕩器,振蕩頻率在1.8GHz左右。
            · 第一步根據(jù)振蕩頻率確定選用的三極管,因?yàn)槭菈嚎卣袷幤?,所以還需要一個變?nèi)荻O管;第二步需要用到ADS的直流仿真;第三步通過S參數(shù)仿真確定變?nèi)荻O管的VC曲線;第四步用HB模塊來進(jìn)行諧波仿真,計算相位噪音。


            管子的選?。?br />· 設(shè)計的振蕩器采用HP 公司生產(chǎn)的AT41411 硅雙極管[12],變?nèi)荻O管選MV1404。
            · AT41411的主要指標(biāo)有:
            · 低噪音特性:1GHz噪音系數(shù)是1.4dB,2GHz噪音系數(shù)是1.8dB;
            · 高增益:1GHz時增益為18dB,2GHz時增益為13dB;
            · 截止頻率:7GHz,有足夠?qū)挼念l帶;
            · 1.8GHz時最佳噪音特性:Vce=8V,Ic=10mA;


            振蕩器采用的初始電路:
            · 振蕩器采用的初始電路如下圖所示,圖中的三極管、二極管以及電阻電容等器件在ADS的器件庫中均可以找到。

            偏置電路的設(shè)計:
            · 在電路原理圖窗口中點(diǎn)擊,打開Component library
            · 按“ctrl+F1”打開搜索對話窗口
            · 搜索器件“ph_hp_AT41411”這就是我們在該項(xiàng)目中用到的Agilent公司的晶體管
            · 把搜索出來的器件拉到電路原理圖中,按“Esc”鍵可以取消當(dāng)前的動作。
            · 選中晶體管,按可以旋轉(zhuǎn)晶體管,把晶體管安放到一個合適的位置。
            · 選擇probe components 類,然后在這個類里面選擇L_Probe并放在適當(dāng)?shù)奈恢?,同理可以?ldquo;Sources-Time Domain”里面選擇V_DC,在lumped components里面選擇R。
            · 在optim/stat/Yield/DOE類里面選擇GOAL,這里需要兩個,還有一個OPTIM。
            · 在Simulation-DC里面選擇一個DC。
            · 上面的器件和仿真器都按照下圖放好,并連好線。
            · 按NAME鈕出現(xiàn)對話框后,可以輸入你需要的名字并在你需要的電路圖上面點(diǎn)一下,就會自動給電路節(jié)點(diǎn)定義名字,如下圖中的“Vcb”,“Veb”節(jié)點(diǎn)。

            · 采用雙電源供電的方法,設(shè)置兩個GOAL 來進(jìn)行兩個偏置電阻的優(yōu)化,考慮到振蕩器中三極管的工作狀態(tài)最好是遠(yuǎn)離飽和區(qū),還要滿足三極管1.8GHz時的最佳噪音特性,所以直流偏置優(yōu)化的目標(biāo)是 lc=10mA,Vcb=5.3V,如右圖所示。
            · 設(shè)置接在“C極”上的電阻為600,優(yōu)化范圍為100-1000,把電源改為“12V” 。
            · 同理,設(shè)置接在“E極”上的電阻為400,優(yōu)化范圍為100-1000,把電源改為“-5V” 。
            · 按“F7”快捷鍵進(jìn)行仿真。
            · 在Data Display窗口,就是新出來的窗口中,按LIST鍵,選擇“R1.R;R2.R”這樣就會顯示出優(yōu)化的直流電阻的數(shù)值


            可變電容VC特性曲線測試:
            · 新建一個電路原理圖窗口
            · 如上面的做法一個,建立如右圖所示的電路圖,其中“Term”、“S-PARAMETE”、“PARAMETER SWEEP”都可以在“Simulation-S_Param”里面找到。變?nèi)莨艿男吞柺?ldquo;MV1404”可以在器件庫里面找到,方法可以參考上面查找晶體管的方法。
            · 按VAR鍵并雙擊它,修改里面的項(xiàng)目,定義一個名為:“Vbias”的變量,設(shè)置Vbias=5V作為Vbias的初始值。
            · 修改電源的屬性,使Vdc=Vbias。
            · 修改S參數(shù)的屬性,設(shè)置單點(diǎn)掃描頻率點(diǎn)1.8GHz,并計算“Z參數(shù)”。
            · 修改PARAMETER SWEEP的屬性,要求掃描變量“Vbias” ,選擇Simulatuion1“SP1”,掃描范圍為1-10,間隔為0.5。 按“F7”進(jìn)行電路仿真。
            · 在“Date Display”按Eqn,并在對話框里編輯公式。
            · 在Eqn中選擇C_Varactor ,得到VC曲線和表格。
            · 利用Transient Simulation 仿真器仿真從0 到30nsec 的瞬時波形。


            結(jié)果分析:
            · 從波形可以看到,振蕩器已經(jīng)很穩(wěn)定地振蕩起來了,并且有一定的振蕩時間,從抽出兩點(diǎn)m3,m4的數(shù)據(jù)可以看出,該振蕩波形是相當(dāng)穩(wěn)定的,幅度差可以不必考慮,頻譜純度也較高,對m3和m4這段時域進(jìn)行fs變換,可以看到振蕩器振蕩頻率的頻譜,從m5標(biāo)記的數(shù)值可以看出,該振蕩器的振蕩頻率為 1.850GHz,與設(shè)計的指標(biāo)1.8GHz有差距,需要進(jìn)行調(diào)整。


            調(diào)整優(yōu)化的結(jié)果:
            · 由于VCO的振蕩頻率由變?nèi)荻O管所在的諧振網(wǎng)絡(luò)的諧振頻率決定,經(jīng)計算得到當(dāng)變?nèi)荻O管的電容為8.25pF時,諧振頻率為1.8GHz,此時由前面得到的VC曲線可以看到對應(yīng)的二極管直流偏置電壓為3.8V。
            · 設(shè)置Vdc=3.8V后仿真得到的圖形如右圖,從圖中可以看到該振蕩器的振蕩頻率為1.799GHz,符合設(shè)計要求。

            設(shè)置HB仿真器:
            · 利用ADS里面的 HB simulation可以仿真振蕩器的相位噪音,如下圖設(shè)置好HB仿真器,選擇計算非線性噪音和調(diào)頻噪音。
            仿真后生成的諧波頻率和幅度如下:

            相位噪音仿真結(jié)果:

            功率-頻率曲線仿真結(jié)果:

            VCO設(shè)計小結(jié):
            · 設(shè)計過程中要考慮的首要問題就是管子的選取,設(shè)計前必須根據(jù)自己的指標(biāo)確定管子的參數(shù),從后來的設(shè)計來看,管子選得不好是很難達(dá)到預(yù)定目標(biāo)的。
            · 設(shè)計振蕩器最重要的是使振蕩頻率滿足預(yù)定的指標(biāo),而在這次的壓控振蕩器設(shè)計中與振蕩器頻率直接相關(guān)的有兩個參數(shù),一個是變?nèi)荻O管的偏置電壓,由變?nèi)荻O管的VC曲線決定;另一個是振蕩器的反饋電感。在設(shè)計過程中經(jīng)過多次調(diào)整這兩個參數(shù)才能使振蕩頻率達(dá)到1.8GHz。



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