ADS2009 仿真设计功能介绍

5．ADS主要仿真器介绍
ADS集成多种仿真软件的优点，仿真手段丰富，功能强大，很快就成为了全球内业界流行的EDA设计工具。下面来详细介绍ADS在射频、模拟电路设计中常用的仿真器及其功能。

1）直流仿真 直流仿真是所有仿真的基础，它可执行电路的拓扑检查，以及直流工作点的扫描和分析。
2）交流仿真 交流仿真能获取小信号传输参数，如电压增益、电流增益、线性噪声电压和电流。在设计无源电路和小信号有源电路，如低噪声放大器时，此仿真器十分有用。
3）S参数仿真 微波器件在小信号工作时，被认为工作在线性状态，是一个线性网络；在大信号工作时，被认为工作在非线性状态，是一个非线性网络。通常采用S参数分析线性网 络，采用谐波平衡法分析非线性网络。S参数是入射波和反射波建立的一组线性关系，在微波电路中通常用于分析和描述网络的输入特性。S参数中的S11和 S22反映了I/O端的驻波特性，S21反映了电路的幅频、相频特性和群时延特性，S12反映了电路的隔离性能。
S参数仿真时，将电路视为一个4端口网络，在工作点上将电路线性化，执行线性小信号分析，通过其特定的算法，分析出各种参数值。因此，S参数仿真可以分析线性S参数，线性噪声参数，传输阻抗（Zij）和传输导纳（Yij）。
4）谐波平衡仿真 谐波平衡仿真着眼于信号频域特征，擅长处理对非线性电路的分析。如果调制的周期信号可以用简单的几个单载波及其谐波表示出来，或者说若傅里叶级数展开式很 简单，谐波平衡仿真是一个有效的分析工具。但是，如果分析的是诸如CDMA等信号，不具备简单的周期信号的特点，那么谐波平衡仿真就不能胜任。

一般网络（系统）是由线性子网络和非线性子网络组成的。线性子网络的特性可用频域代数方程来描述，而非线性子网络则由时域的非线性方程来描述。平衡时，经 傅里叶变换成时域的线性子网络端口电压和电流应满足非线性子网络端口的电压和电流。同样，经傅里叶变换成频域的非线性子网络端口电压和电流应满足线性子网 络端口的电压和电流。因此，设定一个最大的谐波数，建立一个线性子网络端口电压（电流）和非线性子网络端口的电压（电流）的误差函数，通过迭代实现稳态的 线性子网络和非线性子网络的谐波平衡。采用谐波平衡仿真器可以仿真噪声系数、饱和电平、三阶交调、本振泄漏、镜像抑制、中频抑制和组合干扰等参数。一般而 言，利用谐波平衡仿真设计射频放大器、混频器、振荡器是十分有用的。当设计大规模RFIC或RF/IF子系统时，由于存在大量的谐波和交调成分，谐波平衡 仿真必不可少。

5）大信号S参数仿真 大信号S参数仿真是谐波平衡仿真的一种，不同的是前者执行大信号S参数分析，因此在设计功放时十分有用；而后者一般只用于小信号S参数分析。
6）增益压缩仿真 增益压缩仿真用于寻找用户自定义的增益压缩点，它将理想的线性功率曲线与实际的功率曲线的偏离点相比较。在设计射频器件时，可以很方便地找出1dB、3dB压缩点。
7）电路包络仿真 电路包络仿真是近年来通信系统的一项标志性技术，其特点是对于任何类型的高频调制信号，均可分解为时域和频域两部分进行处理。在时域上，对相对低频的调制 信息进行直接采样处理，而对相对高频的载波成分，则采用类似谐波平衡仿真的方法，在频域进行处理。这样的结合使仿真效率和速度都得到质的飞跃，因此电路包 络仿真是目前进行数模混合仿真和数字微波系统仿真最有效率的工具之一。
电路包络仿真多用于涉及调制解调，以及混合调制信号的电路和系统中。在通信中（如CDMA、GSM、QPSK和QAM等），在雷达中（如LFM波、非线性调频波和脉冲编码等）均可用电路包络仿真进行仿真。
8）瞬态仿真 瞬态仿真是传统的SPICE软件的代表。SPICE软件可以说是所有电路仿真软件的鼻祖。它采用最原始的算法，即直接在时域对电流、电压列节点方程，采用 “一刀切”的方式，能够对所有的模拟电路、数字电路进行仿真。但是，对于高频信号很难用SPICE进行仿真，因为根据Nyquist采样定理，仿真时直接 采样，软件必须能够对射频载波进行至少2倍频率以上的采样和处理才能够准确、真实地反映系统的实际情况，即时域上的相位、幅度信息，以及频域上的频率特性 等。以处理一个8GHz的射频载波为例，要分析1s的信号，CPU至少要处理2.4×1010点的数据。因此，在很多情况下，很难用瞬态进行仿真对高频系 统进行仿真。

以上是对ADS主要仿真器的功能描述。由于每个仿真器只能完成特定指标的仿真，因此在仿真完整电路时，必须调用多个仿真器才能完成所有指标的仿真。电路在 仿真时，一次只能执行一个仿真器的仿真，在执行此仿真时，别的仿真器应处于非激活状态。对于微波/射频电路和系统设计，最常用的是S参数仿真、电路包络仿 真和谐波平衡仿真等。