ADS软件介绍与入门

UESTCADS软件介绍与入门朱兆君三、ADS软件介绍与入门3.1ADS软件概要ADS（AdvancedDesignSystem）软件，是Agilent公司专门为RF工程师及DSP工程师开发的EDA工具，是国内外各大学和研究所使用最多的射频微波电路和通信系统仿真软件。其功能非常强大，仿真手段也丰富。主要应用于：射频和微波电路的设计，MMIC和RFIC的设计，通信系统的设计，数字逻辑及DSP设计。微波电路系统版图内含电磁场仿真工具Momentum，并且能使版图与原理图自动同步，大大提高了版图设计效率。UESTC3.1ADS软件概要ADS能帮助用户解决从概念到产品、从器件到系统，整个过程中各个环节的设计问题。ADS的设计覆盖了从集总参数到分布参数；从低频到高频；从数字到模拟；从时域到频域；从线性到非线性；从电路到电磁场；从单个器件到整机等全方位的设计。计算机辅助设计过程都包含三个基本步骤：(1)建立电路的数学模型；(2)搭建仿真模型，并对模型进行分析计算；(3)对设计进行参扫和最优化。UESTCADS系统包括几个设计窗口、几万个元件组成的元件库、附带的一个二维半的场分析工具Momentum以及与第三方软件的互联工具。这些工具全部集成在一个图形用户环境中，方便好用。系统中的几万个元器件参数来自众多厂家，已使用多年，真实可靠，并持续更新中；许多元器件还包含物理结构信息；同时系统还提供了开放式的元件库，用户可根据自己的需要进行扩充和构建。3.1ADS软件概要UESTCADS把一个设计任务称之为一个工程or项目（project），并建立一个单独的工程目录来装载与之有关的所有文件。这些文件根据不同的类型存入5个子目录中：networks(存放原理图和版图文件)、data(存放原理图仿真的数据)、mom_dsn(存放momentum仿真的数据)、verification(存放设计规则校验数据)、synthesis(存放DSP应用中相关的数据)。ADS包含四类设计窗口：Schematic窗口，编辑和搭建电路原理图；Hpessofsim窗口，对电路进行各种仿真和计算；Datadisplay窗口，以各种形式显示仿真结果；Layout窗口，编辑电路版图和利用Momentum工具进行二维半的场计算。总之，ADS是一个很庞大的系统，它自身就附带很多可利用资源，这为RF和DSP工程师提供了很大的帮助。3.1ADS软件概要UESTC3.1ADS软件概要三、ADS软件介绍与入门3.2ADS仿真分析方法、仿真控制器高频SPICE分析和卷积分析（Transient、Convolution）S(Z、Y和H等参数)参数的线性分析（SParameters）谐波平衡分析(HarmonicBalance)电路包络分析（CircuitEnvelope）拖勒密分析（Ptolemy）射频系统分析平面电磁仿真分析(Momentum)立体结构三维电磁仿真分析（EMDS）大致可以分为：时域仿真、频域仿真、系统仿真、电磁仿真频域仿真混合模式仿真电磁仿真系统仿真时域仿真三、ADS软件介绍与入门仿真控制器功能描述典型使用场合直流仿真控制器-DC直流拓扑检查及直流工作点分析所有RF/模拟设计（有源电路）交流仿真控制器-AC获取小信号传输参数如电压增益、电流增益及线性噪声电压和噪声电流等滤波器、放大器S参数仿真控制器-SParam提供S、Y、Z、线性噪声、群时延等参数（可以用来达到交流仿真的很多目的）滤波器、振荡器、放大器谐波平衡仿真控制器-HB在频域分析各种谐波和交调成分，如IP3混频器、振荡器、功放、收发机大信号S参数仿真控制器-LSSP执行大信号S参数分析来描述非线性行为功率放大器增益压缩仿真控制器-XDB寻找一个用户定义的增益压缩点，在此点上实际功率曲线偏离理想线性曲线xdB功率放大器、混频器电路包络仿真控制器-Envelope利用混合频域－时域分析技术来对复杂信号如数字调制RF信号的快速、完整的分析混频器、振荡器、功率放大器、收发机、锁相环数据流仿真器控制数字信号及时钟信号所有数字信号处理DSP瞬态仿真控制器-Transient完全在时域中利用一个简化的模型求解非线性电路，用于说明分布式元件的频率响应振荡器、混频器、功率放大器、开关电路三、ADS软件介绍与入门3.3ADS所提供的辅助设计功能设计指南（DesignGuide）仿真向导（SimulationWizard）仿真模板与结果显示模板(Simulation&DataDisplayTemplate)电子笔记本（ElectronicNotebook）三、ADS软件介绍与入门3.4ADS与其他EDA软件和测试设备间的连接SPICE网表电路转换器（SPICENetlistTranslator）电路与布局文件格式转换器(IFFSchematicandLayoutTranslator)设计工具箱（DesignKit）仪器伺服器三、ADS软件介绍与入门3.5ADS数据传输格式格式功能描述所在模型库及使用1、Touchstone（SnP）格式SnP小信号S、H、Y、Z或G参数。还可以包括噪声数据（但仅限2端口）。n是端口数。n端口S参数文件（SnP）DataItemsLibrary组成部分2、Citifile格式CITI网络分析仪支持的一种普通数据格式。可以存储若干多维数据。S＃P＃－端口S参数文件DataItemsLibrary组成部分3、AgilentIC-CAP格式DUT、MDL、SETAgilentIC-CAP软件中的测试下的元件（DUT），模型（MDL）和设置（SET文件）。这些文件可以包括测试、仿真和/或传输数据。一旦数据被读入数组，被可以从数组读取数据的任何元件（如：Vt数组源）使用。4、MDIF格式DSCR离散（被变址的）列表值和可能的统计密度数据。DACGCOMP增益压缩数据System-Amps&Mixers库中的放大器和混频器项目。GEN_MDIF被推广的与其他MDIF格式统一的多维平台。DACIMT用于分析混频器的谐波，是用户定义的混频交调产物的构成表。System-DataModels库中的MixerIMT、MIXERIMT2三、ADS软件介绍与入门格式功能描述所在模型库及使用MODEL_MDIF非线性模型参数EEFET1，BJTAP等等。P2DP2D文件采用了MDIF格式的系统生成的S参数文件(带有增益压缩的2端口S、H、Y、Z或G参数)，是大信号S参数文件。该文件可以由P2D仿真器(在LSSP仿真面板中)产生，所以它产生的是和功率有关的大信号S参数。该文件经过AMPP2D模型引用后可以进行系统级的仿真。System-Amps&Mixers库中的AmplifierP2D项。PDF用户定义，部分明白的线性概率密度函数数据。同Statistic标签中的表达式。S2D采用了MDIF格式的系统生成的小信号S参数文件(带有增益压缩的2端口S、H、Y、Z或G参数)。可以描述小信号数据，噪声数据，非线性数据和交调数据；也可以把非线性描述为驱动功率的或者是三阶交调截点、1dB增益压缩点、饱和功率、饱和时增益压缩几个参数的综合表示的函数。System-Amps&Mixers库中的AmplifierS2D，Amplifier及Mixer项。S2PMDIF多维2端口S、Y、Z、H、G信号和2端口噪声参数（Fmin，Gopt，Rn）数据。同S2PMDIF和DACSDFHP89400文件格式的时域电压数据文件。Sinks库中TimedSourcesandOutFile项中的TimeFile项SPWCadenceAltaGroupSPW格式的时域电压数据文件。Sinks库中TimedSourcesandOutFile项中的TimeFile项TIM时域数据Sinks库中TimedSourcesandOutFile项中的TimeFile项三、ADS软件介绍与入门3.6ADS快速入门3.6.1打开程序依次点击，开始—>所有程序—>AdvancedDesignSystem2009Update1—>AdvancedDesignSystem2009Update1，出现ADS引导界面，如右图所示。启动后进入主窗口，如右图所示。有的电脑上述方法打不开，请点击桌面上的ADS程序图表，双击打开。三、ADS软件介绍与入门3.6.2创建项目（工程）一定要将项目放在系统默认目录下三、ADS软件介绍与入门3.6.2打开项目（工程）a）选择File>OpenProject，然后使用对话框定位并打开已存在的项目b）也可使用主窗口上的文件浏览器（FileBrowser）定位项目并双击来打开它双击需要打开的项目三、ADS软件介绍与入门3.6.3共享项目（工程）使用主窗口可以使用和共享项目资源。•a）拷贝复制一个项目。选择File>CopyProject，然后使用对话框定位并拷贝这个项目。•b）添加链接来创建一个分级项目。选择File>Include/RemoveProjects，然后使用对话框定位并链接到这个项目。这样就可以从已链接的项目中获取所需要的资源，而不需要关闭正在设计的project。•c）使用存档或不存档，来生成或还原一个简洁的项目存档文件。选择File>ArchiveProject定位并生成存档项目，File>UnarchiveProject定位并还原一个ADS项目。三、ADS软件介绍与入门3.6.4创建和打开ADS设计ADS使用project（工程或项目）来组织和存储为设计生成的原理图和版图等信息。一个project可以由单个的原理图或版图组成，也可以由多个原理图或版图及其包含的内部子电路的原理图和版图组成。项目中的所有设计都可以直接从主窗口或从一个设计窗口内显示和打开。Whattodoinadesign？•创建和修改电路图和版图•添加变量和方程•放置和修改元件、封装及仿真控制器•插入文本和说明注释•仿真设计和优化•由原理图生成版图（及从版图到原理图）三、ADS软件介绍与入门创建一个设计design和版图layout的基本步骤如下图所示：仿真&优化三、ADS软件介绍与入门可以使用下面两种方法创建一个新的原理图设计：a、点击主窗口菜单中的Window>NewSchematic或图标；b、原理图窗口上的File>NewDesign，然后使用对话框为你创建的原理图命名。并且可以为新的原理图选择一个模板，点击原理图窗口菜单中的Insert>Template。应用模板，一些初始设置、仿真配置等都已完成，可提高效率。新创建的原理图如下图，可以点击File>Save进行保存。（1）创建原理图设计三、ADS软件介绍与入门点击主窗口菜单中的Window>NewLayout或图标；或版图窗口菜单中的File>NewDesign，然后使用对话框为你创建的版图命名。另外，可以从已创建的原理图窗口利用同步设计方法创建，在原理图窗口菜单中点击Layout>Generate/UpdateLayout产生版图。（2）创建版图设计三、ADS软件介绍与入门使用主窗口内的设计列表可以进行下列操作•双击主窗口中FileBrowser内的Network目录来显示所有的设计，然后双击一个设计将它的原理图、版图显示出来•可以双击右边DesignInformation内的某个原理图或版图进行打开（3）从设计列表（中可打开原理图和版图）三、ADS软件介绍与入门除了前面可以使用主窗口打开一个设计（版图），还可以在原理图（版图）窗口打开一个设计（版图）：•在原理图（版图）界面中，选择File>Open，然后使用对话框定位并且打开设计（4）打开设计三、ADS软件介绍与入门在设计窗口的绘图区（工作区），你可以放置、连接及设置下列项•电路元件•参数变量•测试源•仿真控制器•其它设计作为子电路（5）添加元件元件库列表元件库内的元件放置元件元件旋转、调整工具元件参数编辑三、ADS软件介绍与入门使用同步设计（Schematicwindow>Layout>Generate/UpdateLayout或者Layoutwindow>Schematic>Generate/UpdateSchematic）来生成及同步原理图和版图之间的关系，如下图所示。（6）同步设计三、ADS软件介绍与入门点击原理图窗口Tools>ElectronicNotebook可以打开“电子笔记本”工具，它具有以下功能：•可以把项目中的设计及结果生成可以在ADS外查看的HTML文件。•可以用来捕获项目中的原理图、版图及数据显示图像，并且可以从其他源中输入图像。（7）“电子笔记本”工具三、ADS软件介绍与入门3.6.5仿真和优化设计可以通过添加和配置仿真优化控制器（控件）来进行仿真、优化。例如一个DSP设计需要一个数据流控制器，而一个模拟/RF设计仿真需要一个或更多控制器。你可以手动添加并配置合适的控制器，或者插入包含合适控制器的模板（在原理图窗口中选择Insert>Template）。双击仿真控制器可进行参数设置，仿真中会有一个状态显示窗口弹出来。三、ADS软件介绍与入门3.6.6仿真结果显示和分析仿真结束后会自动弹出DataDisplay窗口，在此窗口可以显示各种结果以便分析。同时，还可以用来显示从其他源（如网络分析仪等）输入的数据。在DataDisplay窗口中你可以：•以多种图表和格式显示数据•使用标记读取曲线上特定点的数据•使用方程式对数据进行处理•用文本及插图注释结果•读入从外部源输入的数据三、ADS软件介绍与入门创建一个数据显示的基本过程如下图所示。首先，a）选择绘图的类型；b）选择包含你想要显示的数据集；c）选择数据变量；d）选择扫描类型。（1）创建数据显示design三、ADS软件介绍与入门如果已使用模板创建一个仿真设计，那么用来创建和显示结果的初始设置已经完成了。可以从主窗口、原理图窗口或布局图窗口查看仿真结果，选择Window>OpenDataDisplay并使用对话框载入及打开结果。在原理图窗口中手动创建一个数据显示的过程如下图所示。三、ADS软件介绍与入门ADS可以利用等式对仿真的数据进行操作，这些等式是基于AEL(ApplicationExtensionLanguage)语言中的库函数，AEL与C语言类似，但语法规则还是稍有差别。如果希望具备ADS专家级应用水平，必须熟练掌握AEL语言及其库函数。在DataDisplay窗口中创建并编辑一个等式如下。（2）使用函数三、ADS软件介绍与入门3.6.7设计文件及数据的输入、输出•输入或输出一个设计（原理图或版图）：a）在原理图或版图窗口选择File>Import(或Export)；b）选择文件类型；c）选择文件名。•输入或输出数据•测试仪器的数据：a）在原理图窗口点击Tools>InstrumentServer；b）点击Read（或Write）；c）指定文件类型及路径。•仿真的数据a）在数据显示窗口点击Tools>DataFileTool；b）点击Read（或Write）；c）指定文件类型及路径。UESTCADS简单实例展示UESTCADS简单例子-集总参数滤波器适时调谐ADS的适时调谐功能可以快速把握器件性能变化发展的方向,为进一步优化设计，寻找一个最佳初值。UESTCADS简单例子-谐波平衡法对RFIC仿真Blackbox嵌套子电路UESTCADS简单例子-谐波平衡法对RFIC仿真UESTCADS简单例子-直流仿真BJT的工作曲线族UESTCADS简单例子-直流仿真先另建一个design，取个名字bjt，创建子电路。Bf--IdealMaximumForwardBeta.Ise--base-emitterleakagesaturationcurrent.Vaf--forwardearlyvoltage(截点电压)：该电压是晶体管的电流-电压曲线在电压轴上延伸的交点电压(理想情况下无穷大)。实际中用它来描述在线性放大情况下，集电极电流与集-射极电压的关系一个参数，也就是集电极电流是会随集射电压而变化。这在晶体管的交流分析和设计中，用它可以计算输出电阻，特别是在有限的输出电阻。双极晶体管模型：UESTCADS简单例子-直流仿真File\DesignParameters…（作为子电路的一些参数设置）UESTCADS简单例子-直流仿真新建一个design，取名bjt_dc，插入BJT_curve_tracer模板；在Library里找到project下刚才创建的子电路bjt，拖入电路中，连上线，即可仿真。UESTCADS简单例子-直流仿真选取此点作为直流工作点UESTCADS简单例子-直流仿真(偏置电阻的计算)基极电压由集电极电压取，集电极电压由5V电压源取插入节点标号UESTCADS简单例子-直流仿真(偏置电阻的计算)可观察电压、电流UESTCADS简单例子-直流仿真(温度漂移的计算)UESTCADS简单例子-RF接收机前端系统S参数仿真特性模型的使用,纵观系统总体性能UESTCADS简单例子-RF接收机前端系统相位仿真UESTCADS简单例子-RF接收机前端系统相位仿真UESTCADS简单例子-交流仿真UESTCADS简单例子-微带LNA仿真UESTCADS简单例子-微带LNA仿真UESTCADS简单例子-微带LNA仿真UESTCADS简单例子-微带LNA仿真UESTCADS简单例子-微带LNA仿真3.3G:41.05dB-24.13dB3.6G:36.5dB-22.2dB测试结果:增益反射UESTCADS简单例子-微带LNA仿真误差分析(1)NEC的这两种型号在CAD软件库中没有它的模型，于是根据销售商提供的资料自建S参数和噪声系数的库文件带入仿真计算，受不同批次的影响，这可能会引入一些误差。(2)直流偏置的λg/4高低阻抗线不能做到理想的开路短路，于是直流偏置用的电位器、限流电阻、高频短路电容都会引起附加的噪声系数，这也是引起噪声系数增大的一个很关键的因素。UESTCADS简单例子-Momentum的使用UESTCADS简单例子-Momentum的使用UESTCADS简单例子-Momentum的使用UESTCADS简单例子-Momentum的使用谢谢！电子科技大学