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新书推荐 ADS2008射频电路设计与仿真实例

日期:2011年3月26日 19:51

ADS2008射频电路设计与仿真实例》

电子工业出版社2009.9 徐兴福

封面

前 言

随着无线通信技术的不断发展,传统的设计方法已经不能满足射频电路和系统设计的需要,使用射频EDA软件工具进行射频电路设计已经成为必然趋势。目前,射频领域主要的EDA工具首推的是Agilent公司的ADS。ADS是在HP EESOF系列EDA软件基础上发展完善起来的大型综合设计软件。由于其功能强大,仿真手段和方法多样化,基本上能满足现代射频电路设计的需要,已经得到国内射频同行的认可,成为现今射频电路和系统设计研发过程中最常用的辅助设计工具。

当前,射频电路设计研发人员的需求与日俱增,对射频工程设计人员的要求也越来越高,学会使用仿真软件进行RF电路设计已经成为射频工程师的必修课。鉴于国内ADS学习资料相对较少的情况,很多工程师为掌握此套软件又无系统的教程而苦恼,为此编者组织了数十位射频同行,花了近一年的时间,精心编写了此书。

本书共15章。第1章主要介绍ADS2008版本的新功能,并对各种微波EDA工具进行了比较,最后介绍了ADS2008软件的安装方法。第2章对ADS2008的界面、菜单和工具栏进行了概括性的论述。第3章从基本的匹配电路讲起,介绍了匹配电路的基本理论、Smith圆图工具和LineCacl计算工具,分别列举了LC匹配、微带单分短截线的匹配实例。第4章列举了多个滤波器仿真实例。第5章详细讲述了采用ATF54143管子进行LNA设计的全过程,包括噪声、稳定性、增益、匹配设计和版图制作等,并且介绍了LNA的原理图与Layout的联合仿真方法。第6章从基本原理入手,介绍了采用MRF9045管子,利用负载牵引方法(Load-Pull)设计一款45W功率放大器的过程,还介绍了版图的生成过程和使用AutoCAD设计版图的方法等。第7章设计了一个2G的芯片级Gilbert混频器。第8章以Analog的ADF4111为例,讲述了锁相环电路的基本设计过程。第9章介绍了1GHz的等分威尔金森功分器和12GHz的Lange耦合器设计。第10章列举了三种常用射频控制电路,即衰减器、移相器和射频开关。第11章的RFIC电路设计列举了一个简单的共源共栅放大器电路设计ADS实例,展现了射频前端电路设计从初步构想到逐渐实现的过程。第12章详细介绍和演示了TDR瞬态电路原理图仿真原理和过程,讲述了利用TDR进行阻抗测试,并利用Momentum进行仿真,比较原理图与版图的仿真结果差异,并分析了造成这种差异的原因。第13章介绍了通信系统链路仿真器的使用。第14章介绍了Momentum电磁仿真环境,并列举了耦合微带滤波器和三腔微带环形带通滤波器设计实例。第15章介绍了微带天线的基本原理,讲解了在Layout环境下建立矩形微带天线、微带缝隙天线和双频微带天线模型的方法,以及设计和优化方法。

本书设计实例涵盖范围广,所有实例都是从实际的工程技术参数入手,具有很强的实用性。

参与本书编写工作的有资深射频电子工程师徐兴福、何川、王博、王小朝、陈会军、高亚东、陈泽钊、朱益志、于冲、廖剑锟、徐晓宁、楼建全、陈钚、陈明勇、赵志强、肖馥林、乔朋、石新明、朱磊。全书由徐兴福统稿。

在本书的编写过程中,参考和引用了很多同类资料的相关内容和美国安捷伦公司的有关技术资料,在此向这些资料的作者和安捷伦公司致以深深的感谢。在本书的编写过程中,还得到了与非网(http://www.eefocus.com)陶博士等同仁和电子工业出版社王敬栋编辑在各个方面的支持和帮助,在此表示衷心感谢!

由于编者水平有限,书中错误在所难免,希望各位同行批评指正。

编 者

各章内容简介

第一,二章属于基础入门部分,为后面进行实例演练打好基础,从第三章到十五章都是各种射频电路的实例仿真。

第一章,主要介绍了当前射频电路设计的趋势,ADS2008版本的新功能,以及各种微波EDA的比较,最后介绍了ADS2008软件的安装方法等.

第二章,介绍了ADS2008的界面,窗口,菜单,工具栏等,还有基本设置和常用仿真器的使用,以及design Kit 如何下载,导入和使用等.

第三章,从基本的匹配电路讲起,介绍了匹配电路的基本理论,Smith图工具界面和 LineCacl计算工具,分别列举了LC匹配,微带单分短截线的匹配实例.

第四章,列举了多个滤波器仿真实例,其中有LC滤波器和微带滤波器,讲述了滤波器的仿真和利用向导设计滤波器,Kuroda等效方法,以及阶跃微带滤波器的的设计,优化,版图生成,和版图仿真等.

第五章,介绍了如何有效阅读一份LNA的DATASHEET,详细讲述述了采用ATF54143管子的进行LNA设计全过程,包括噪声,稳定性,增益,匹配设计和版图制作等,并且介绍了LNA的原理图与Layout的联合仿真.

第六章,从基本原理入手,介绍了采用MRF9045管子,利用负载牵引方法(Loadpull)设计一款45W功率放大器的过程:偏置,匹配,增益,稳定性,线性度,还包括版图的生成和使用AutoCAD设计版图等.

第七章,讲述了一个2G的芯片级Gilbert混频器设计,其实包含工艺库模型的提取,电路的建立,以及频谱与噪声的仿真和1db压缩点,三阶互调的仿真等.

第八章,以Analog的ADF4111为例,讲述了锁相环电路的基本设计过程。并详细介绍了环路滤波器的设计和锁定时间的设计。

第九章,本章介绍了1GHz的等分威尔金森功分器和12GHz的Lange耦合器设计,从原理图的建立到版图的生成以及优化和仿真.

第十章,这一章列举了三种常用射频控制电路:衰减器,移相器和射频开关。衰减器列举了有源衰减器仿真实例,移相器给出了负载线型移相器的ADS仿真实例,射频开关以Skyworks公司的PIN二极管为例,讲述了射频收发开关的仿真,并提供了实际的参考PCB版图.

第十一章,RFIC电路设计列举了一个简单的共源共栅放大器电路设计ADS实例,展现了射频前端电路设计从初步构想到逐渐实现的过程.

第十二章,详细介绍和演示了TDR瞬态电路原理图仿真原理和过程,讲述了利用TDR进行阻抗测试,并利用Momentum进行仿真,比较原理图与版图的仿真结果差异,并分析了造成这种差异的原因.

第十三章,介绍了通信系统链路仿真的仿真器的使用,链路的计算,链路参数扫描,AGC自动增益控制,链路预算结果导入Excel的操作.

第十四章,本章介绍了Momentum电磁仿真环境,界面,菜单功能,层的定义,端口设置,EMDS, Momentum算法的特点等,并列举了耦合微带滤波器和三腔微带环形带通滤波器,说明Momentum的仿真使用.

第十五章,介绍了微带天线的基本原理,讲解了在Layout环境下矩形微带天线,微带缝隙天线,双频微带天线的模型的建立,设计和优化. 包括天线远场3D图的和电流分布的查看.

附录部分列举了常用的S参数文件含义和制作方法,以及ADS文件导入导出方法。

目录

第一章 ADS2008简介

1.1 ADS与其他电磁仿真软件比较

1.2 ADS2008的新功能及其安装

1.2.1 概述

1.2.2 ADS2008的新功能

1.2.3 ADS2008的安装

第二章 ADS2008界面与基本工具

2.1 ADS工作窗口

2.1.1 主窗口

2.1.2 原理图窗口

2.1.3 数据显示窗口

2.1.4 Layout版图工作窗口

2.2 ADS基本操作

2.2.1 ADS原理图参数设置

2.2.2 ADS工程的相关操作

2.2.3 下载和安装DesignKit

2.2.4 搜索ADS中的范例

2.2.5 ADS模板的使用

2.3 ADS的主要仿真控制器

2.3.1 直流(DC)仿真控制器

2.3.2 交流(AC)仿真控制器

2.3.3 S参数仿真控制器

2.3.4 谐波平衡(HB)仿真控制器

2.3.5 大信号S参数(LSSP)仿真控制器

2.3.6 增益压缩(XDB)仿真控制器

2.3.7 包络(Envelope)仿真控制器

2.3.8 瞬态(Transient)仿真控制器

第三章 匹配电路设计

3.1 引言

3.2 匹配的基本原理

3.3 Smith Chart Utility Tool说明

3.3.1 打开Smith Chart Utility

3.3.2 Smith Chart Utility界面介绍

3.3.3 菜单栏和工具栏

3.3.4 Smith Chart Utility作图区

3.3.5 Smith Chart Utility频率响应区

3.4 用分立电容电感匹配实例

3.5 微带线匹配理论基础

3.5.1 微带线参数的计算

3.5.2 微带单枝短截线匹配电路

3.5.3 微带双枝短截线匹配电路

3.6 LineCacl简介

3.7 微带单枝短截线匹配电路的仿真

3.8 微带双枝短截线匹配电路的仿真

第四章 滤波器的设计

4.1 滤波器的基本原理

4.1.1 滤波器的主要参数指标

4.1.2 滤波器的种类

4.2 LC滤波器设计

4.2.1 新建滤波器工程和设计原理图

4.2.2 设置仿真参数和执行仿真

4.3 ADS中的滤波器设计向导工具

4.3.1 滤波器设计指标

4.3.2 滤波器电路的生成

4.3.3 集总参数滤波器转换为微带滤波器

4.3.4 Kuroda等效后仿真

4.4 阶跃阻抗低通滤波器的ADS仿真

4.4.1 低通滤波器的设计指标

4.4.2 低通原型滤波器设计

4.4.3 滤波器原理图设计

4.4.4 仿真参数设置和原理图仿真

4.4.5 滤波器电路参数优化

4.4.6 其他参数仿真

4.4.7 微带滤波器版图生成与仿真

第五章 低噪声放大电路设计

5.1 低噪声放大器设计理论基础

5.1.1 低噪声放大器在通信系统中的作用

5.1.2 低噪声放大器的主要技术指标

5.1.3 低噪声放大器的设计方法

5.2 LNA设计实例

5.2.1 下载并安装晶体管的库文件

5.2.2 直流分析DC Tracing

5.2.3 偏置电路的设计

5.2.4 稳定性分析

5.2.5 噪声系数圆和输入匹配

5.2.6 最大增益的输出匹配

5.2.7 匹配网络的实现

5.2.8 版图的设计

5.2.9 原理图-版图联合仿真(co-simulation)

第六章 功率放大器的设计

6.1 功率放大器基础

6.1.1 功率放大器的种类

6.1.2 放大器的主要参数

6.1.3 负载牵引设计方法

6.1.4 PA设计的一般步骤

6.1.5 PA设计参数

6.2 直流扫描

6.2.1 插入扫描模板

6.2.2 放入飞思卡尔元件模型

6.2.3 扫描参数设置

6.2.4 仿真并显示数据

6.3 偏置及稳定性分析

6.3.1 原理图的建立

6.3.2 稳定性分析

6.3.3 稳定措施

6.3.4 加入偏置电路

6.4 负载牵引设计Load-Pull

6.4.1 插入Load-Pull模板

6.4.2 确定Load-Pull的范围

6.4.3 确定输出的负载阻抗

6.5 运用Smith圆图进行匹配

6.5.1 匹配电路的建立

6.5.2 用实际元件替换输出匹配电路

6.6 Source-Pull

6.7 电路优化设计

6.7.1 谐波平衡仿真

6.7.2 优化输入/输出匹配网络

6.8 电路参数的测试

6.8.1 建立模型

6.8.2 IMD3和IMD5的测试

6.9 印制电路板图

6.9.1 生成印制电路板图

6.9.2 导出DXF文件

第七章 混频器设计

7.1 混频器技术基础

7.1.1 基本工作原理

7.1.2 混频器的性能参数

7.1.3 Gilbert混频器简介

7.1.4 一个实际的 BJT Gilbert混频器

7.2 混频器设计与仿真实例

7.2.1 技术参数及设计目标

7.2.2 模型的提取

7.2.3 拓扑结构

7.2.4 频谱和噪声系数的仿真

7.2.5 本振功率对噪声系数和转换增益的影响

7.2.6 1dB功率压缩点的仿真

7.2.7 三阶交调的仿真

第八章 频率合成器设计

8.1 锁相环技术基础

8.1.1 基本工作原理

8.1.2 锁相环系统的性能参数

8.1.3 环路滤波器的计算

8.2 锁相环设计与仿真实例

8.2.1 ADF4111芯片介绍

8.2.2 案例参数及设计目标

8.2.3 应用ADS进行PLL设计

第九章 功分器与定向耦合器设计

9.1 引言

9.2 功分器技术基础

9.2.1 基本工作原理

9.2.2 功分器的基本指标

9.3 功分器的原理图设计、仿真与优化

9.3.1 等分威尔金森功分器的设计指标

9.3.2 建立工程与设计原理图

9.3.3 基板参数设置

9.3.4 功分器原理图仿真

9.3.5 功分器电路参数的优化

9.4 功分器的版图生成与仿真

9.4.1 功分器版图的生成

9.4.2 功分器版图的仿真

9.5 定向耦合器技术基础

9.5.1 基本工作原理

9.5.2 定向耦合器的基本指标

9.6 定向耦合器的原理图设计、仿真与优化

9.6.1 Lange耦合器的设计指标

9.6.2 建立工程与设计原理图

9.6.3 微带的参数设置

9.6.4 Lange耦合器的参数设置

9.6.5 Lange耦合器的原理图仿真

9.6.6 Lange耦合器的参数优化

9.7 功分器的版图生成与仿真

9.7.1 Lange耦合器版图的生成

9.7.2 Lange耦合器的仿真

第十章 射频控制电路设计

10.1 衰减器的设计

10.1.1 衰减器基础

10.1.2 有源衰减器的设计及仿真

10.2 移相器的设计

10.2.1 移相器基础

10.2.2 移相器的ADS仿真

10.3 射频开关的设计

10.3.1 射频开关基础

10.3.2 PIN开关的ADS仿真实例

第十一章 RFIC电路设计

11.1 RFIC介绍

11.2 共源共栅结构放大器理论分析

11.3 共源共栅放大器IC设计ADS实例

11.3.1 共源共栅放大器IC设计目标一

11.3.2 共源共栅放大器IC设计目标二

11.3.3 共源共栅放大器IC设计目标三

第十二章 TDR瞬态电路仿真

12.1 时域反射仪原理及测试方法

12.1.1 TDR原理说明及系统构成

12.1.2 TDR应用于传输线阻抗的测量原理

12.2 TDR电路的瞬态仿真实例

12.2.1 利用ADS仿真信号延迟

12.2.2 通过TDR仿真观察传输线特性

12.2.3 结合LineCalc对传输线进行匹配分析

12.3 TDR仿真中利用Momentum建模的实例

12.3.1 TDR一般瞬态仿真过程

12.3.2 利用Momentum的TDR仿真过程

第十三章 通信系统链路仿真

13.1 通信系统指标解析

13.1.1 噪声

13.1.2 灵敏度

13.1.3 线性度

13.1.4 动态范围

13.2 系统链路设计

13.2.1 传播模型

13.2.2 链路计算实例

13.3 ADS常用链路预算工具介绍

13.3.1 BUDGET控制器

13.3.2 混频器及本振

13.3.3 AGC环路预算工具

13.4 一个简单系统的链路预算

13.4.1 输入端口

13.4.2 第一级滤波器

13.4.3 第一级放大器

13.4.4 本振及混频

13.4.5 第二级滤波器

13.4.6 第二级放大器

13.4.7 BUDGET控制器设置

13.4.8 整体电路图

13.4.9 仿真结果及分析

13.5 AGC自动增益控制

13.5.1 无导频模式下的功率控制

13.5.2 有导频模式下的功率控制

13.6 链路参数扫描

13.6.1 功率扫描

13.6.2 频率扫描

13.7 链路预算结果导入Excel

13.7.1 控制器设置

13.7.2 Excel操作

第十四章 Momentum电磁仿真

14.1 矩量法

14.2 微带滤波器设计

14.2.1 三腔微带环形带通滤波器

14.2.2 微带滤波器的优化设计

第十五章 微带天线仿真实例

15.1 天线基础

15.2 微带贴片天线仿真实例

15.3 微带缝隙天线仿真实例

15.4 优化设计

15.5 无线通信中的双频天线设计实例

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