ADS在信号完整性分析中的应用

第4章ADS在信号完整性分析中的应用4.1ADS的基本使用4.1.1ADS主要操作窗口1．主窗口打开ADS，将弹出ADS的主窗口，如图4-1所示。ADS主窗口主要用来创建或打开工程，进行文件管理、工程管理等。它主要包含菜单栏、工具栏、文件浏览区和工程管理区等几个部分。图4-1ADS主窗口2．原理图设计窗口单击FileOpenProject打开一个已存在的工程文件，或者创建一个新的工程文件，如图4-2所示。将打开一个原理图设计窗口，如图4-3所示。原理图设计窗口包含标题栏、菜单栏、工具栏、元件面板列表、元件面板、画图区等。在该窗口可以进行电路的设计和分析。4ADS在信号完整性分析中的应用信号完整性仿真分析方法156图4-2OpenProject对话框图4-3原理图设计窗口3．布局图设计窗口布局图设计窗口用来进行布局图的设计、编辑和仿真，如图4-4所示。布局图设计窗口与原理图设计窗口的内容基本相同。图4-4布局图设计窗口ADS在信号完整性分析中的应用第4章1574．数据显示窗口数据显示窗口用来显示仿真的结果，也可以显示从其他数据源获取得到的数据。数据显示窗口包括标题栏、菜单栏、工具栏、数据来源列表和数据显示方式面板等。如图4-5所示。图4-5数据显示窗口4.1.2ADS基本操作本节以一个简单的电路分析为例介绍ADS的基本操作步骤。1．建立电路模型（1）添加三极管及其模型并设置参数1）在原理图设计窗口中选择Devices-BJT元件面板列表，选择元件BJT_NPN放入原理图中。2）同样在Devices-BJT元件面板列表中选择BJT_Model放入原理图中，如图4-6所示。BJT_NPNBJT1Mode=nonlinearTrise=Temp=Region=Area=Model=BJTM1BJT_ModelBJTM1AllParams=Xti=Xtb=Eg=Trise=Tnom=Approxqb=yesRbModel=MDSLateral=noFfe=Nk=Ns=Iss=Rbnoi=Fb=Ab=Kb=Af=Kf=Tr=Ptf=Itf=Vtf=Tf=Xtf=Fc=Mjs=Vjs=Cjs=Xcjc=Mjc=Vjc=Cjc=Mje=Vje=Cje=Imelt=Imax=Cco=Cex=Dope=Rcm=Rcv=Rc=Re=Rbm=Irb=Rb=Vbo=Gbo=Cbo=Nc=C4=Isc=Kc=Ke=Ikr=Var=Nr=Br=Ne=C2=Ise=Ikf=Vaf=Nf=Bf=Is=PNP=noNPN=yes图4-6插入BJT模型3）双击BJT_Model模型，出现参数设置对话框，单击ComponentOptions按钮，在弹出窗口信号完整性仿真分析方法158中的ParametersVisibility栏中选择ClearAll，单击OK按钮，然后单击Apply按钮，可以看到原理图中的参数列表已经被清空。4）接着，在BJT_Model参数设置对话框中对模型参数进行设置。选择参数Bf，设置其值为Beta，并选中复选框Displayparameteronschematic，单击Apply，此时Beta已成为电路的一个参数，如图4-7所示。5）设置Vaf（预置电压）=50，同样选中Displayparameteronschematic复选框。6）设置Ise（EB两极漏电流）=0.19e-12，并选中Displayparameteronschematic，单击OK按钮，此时模型就有了一些实际参数，如图4-8所示。BJT_NPNBJT1Model=BJTM1BJT_ModelBJTM1Ise=0.19e-12Vaf=50Bf=Beta图4-7模型参数设置图4-8完成参数设置后的模型7）按照同样的方法去掉BJT_NPN元件中的一些不希望显示的参数，如区域、面积、模式和温度等，如图4-8所示。（2）加入寄生元件并设置端口本节加入代替三极管寄生参数的电感和电容元件，并加入相应的连接部分。1）在原理图设计窗口中的Lumped-Components列表中选择3个电感L和2个电容C插入到电路图中。2）设置电感值为320pH，电容值为120fF，这里要注意电感和电容的单位。并将其中一个电感的R参数设置为0.01。3）放置端口并命名。单击工具栏中的InsertPort按钮，在原理图中插入3个端口，并分别命名为C、B和E。它们分别代表三极管的集电极（C）、基极（B）和发射极（E）。4）按照图4-9连接各个元件。（3）创建电路符号下面将把图4-9中的电路建成一个符号。这里使用ADS内部的BJT符号，方法如下：1）在原理图窗口中选择ViewCreate/EditSchematicSymbol，出现SymbolGenerator对话框，单击OK按钮，默认符号就会出现。2）默认符号出现后，在菜单栏中选择SelectSelectAll，并单击Delete删除默认符号。3）在原理图窗口中选择ViewCreate/EditSchematic命令，回到原理图设计窗口中。4）在原理图窗口中选择FileDesignParameters，打开DesignParameters对话框。5）选择DesignParameters对话框中的General选项卡，对参数进行修改：ADS在信号完整性分析中的应用第4章159CC2C=120fFCC1C=120fFLL3R=L=320pHLL2R=0.01OhmL=320pHLL1R=L=320pHBJT_ModelBJTM1Ise=0.19e-12Vaf=50Bf=BetaPortBNum=2PortCNum=1PortENum=3BJT_NPNBJT1Model=BJTM1图4-9带有寄生元件和端口的原理图①在ComponentInstanceName框中改变元件名为Q。②单击SymbolName框旁边的下拉箭头，选择符号SYM_BJT_NPN。③在布线模型Artwork栏的Type和Name中分别选择Fixed和SOT23，如图4-10所示。6）单击SaveAELfile按钮，写入修改值。7）单击Parameter选项卡，在ParameterName框中输入Beta，在DefaultValue框中输入100，单击Add按钮，将参数添加到模型中去。选中Displayparameteronschematic框，单击OK按钮保存设置，并关闭对话框，如图4-11所示。图4-10内建符号设置图4-11给符号添加参数8）单击Save按钮保存原理图，电路符号就创建完毕了。（4）插入电路符号在原理图中添加这个新建的电路符号的过程如下：信号完整性仿真分析方法1601）打开一个新的原理图设计窗口，并命名为dc_curves2）单击DisplayComponentLibraryList按钮，弹出ComponentLibrary/Schematic窗口，如图4-12所示。图4-12插入电路符号zhuanzhu4-13）在Components窗口中选择zhuanzhu4-1，并单击zhuanzhu4-1子电路。4）移动光标到新的原理图设计窗口中，就可以在绘图区插入zhuanzhu4-1子电路了。（5）创建直流仿真电路原理图电路符号创建完毕，就可以创建直流仿真电路原理图了。1）在Sources-FreqDomain列表中选择直流电压源V_DC，并插入到原理图中。双击V_DC，在弹出的参数设置对话框中将Vdc的值设置为VCE，单击OK按钮确定。2）在Sources-FreqDomain列表中选择直流电流源I_DC，并插入到原理图中。双击I_DC，在弹出的参数设置对话框中将Idc的值设置为IBB，单击OK按钮确定。3）在ProbeComponents列表中选择电流观察仪器I_Probe，将它放在合适的位置上。4）将所有插入的元件按照图4-13所示的方式连接起来。I_ProbeICI_DCSRC2Idc=IBBzhuanzhu4-1Q1Beta=100V_DCSRC1Vdc=VCE图4-13直流仿真原理电路图5）在Simulation-DC列表中选择直流仿真器DC，并放置在原理图窗口中。双击直流仿真器，按照下面的内容进行修改：①设置Parametertosweep为VCE。②设置SweepType为Linear。③Start=0，表示扫描变量VCE的起始值为0。④Stop=5，表示扫描变量VCE的终止值为5。⑤Step-size=0.01，表示扫描变量VCE的扫描间隔为0.01。设置完成后，单击OK按钮完成设置，如图4-14所示。ADS在信号完整性分析中的应用第4章1616）在Simulation-DC列表中选择PrmSwp。①设置Parametertosweep为IBB，表示扫描参数为IBB。②设置SweepType为Linear，表示扫描类型为线性扫描。③Start=20uA，表示扫描变量IBB的起始值为20uA（注意：用uA表示微安）。④Stop=100uA，表示扫描变量IBB的终止值为100uA。⑤Step-size=10uA，表示扫描变量IBB的扫描间隔为10uA。然后，选择Simulation选项卡，在Simulation1中添入DC1，表示扫描是针对DC1进行仿真的。单击OK按钮完成设置，如图4-15所示。DCDC1Step=0.01Stop=5Start=0SweepVar=VCEDCParamSweepSweep1Step=10uAStop=100uAStart=20uASimInstanceName[6]=SimInstanceName[5]=SimInstanceName[4]=SimInstanceName[3]=SimInstanceName[2]=SimInstanceName[1]=DC1SweepVar=IBBPARAMETERSWEEP图4-14设置直流仿真器图4-15设置参数扫描控件7）在Simulation-DC列表中选择显示模板控件DispTemp，并放置在原理图设计窗口中。双击DispTemp，在弹出的AutomaticDataDisplayTemplate窗口中设置仿真结果的显示模板。①单击Browseinstalledtemplates按钮。②在弹出的ComponentLibrary/TemplateBrowsers窗口的左窗格中先选择product文件夹，在右窗格中选择BJT_curve_tracer元件。③最后回到AutomaticDataDisplayTemplate窗口中单击Add按钮添加模板，并单击OK按钮确定。完成设置的显示模板控件如图4-16所示。8）单击工具栏中的VAR按钮，在原理图中插入一个变量控件，双击变量控件，按下面的内容进行参数设置：①VCE=0V，表示VCE为变量，且默认值为0V。②IBB=0A，表示IBB为变量，且默认值为0A。设置完成后单击OK按钮确认，完成设置的变量控件如图4-17所示。DisplayTemplatedisptemp1TempDispVARVAR1IBB=0AVCE=0VEqnVar图4-16设置显示模板控件图4-17变量控件2．原理图仿真（1）在工具栏中单击Simulate按钮执行仿真，由于在原理图中加入了数据显示模板，因此仿真数据会与绘图结果一起生成。（2）在列表框中插入IC.i数据，注意VCE数据是缺省的X轴数据，不必插入，如图4-18所示。信号完整性仿真分析方法162（3）观察数据窗口，此时窗口出现了关于IC与VCE的数据曲线，如图4-19所示。1234050.00.20.40.60.81.0-0.21.2VCEIC.i,mA图4-18插入IC.i数据图4-19仿真结果（4）在原理图中改变Beta=140，重新仿真，新的IC与VCE的数据曲线如图4-20所示。（5）在曲线上插入一个新的Marker，可以看到不同点处的具体参数值，如图4-21所示。1234050.00.20.40.60.81.0-0.21.2VCEIC.i,mAm1VCE=IC.i=0.001