Agilent ADS主要仿真器介紹 | ADS2009, ADS2008, ADS2006A

        ADS ( Advanced Design System ) 是美國Agilent公司推出的電路和系統分析軟件，它集成多種仿真軟件的優點，仿真手段豐富多樣，可實現包括時域和頻域，數字與模擬，線性與非線性，高頻與低頻，噪聲等多種仿真分析手段，范圍涵蓋小至元器件，大到系統級的仿真分析設計；ADS能夠同時仿真射頻（RF），模擬（Analog）,數字信號處理（DSP）電路，并可對數字電路和模擬電路的混合電路進行協同仿真。由于其強大的功能，很快成為全球內業界流行的EDA 設計工具。

        下面來詳細介紹ADS 在射頻、模擬電路設計中的常用的仿真器及其功能。

         1. DC Simulation
         直流仿真是所有仿真的基礎，它可執行電路的拓撲檢查以及直流工作點掃描和分析。

         2. AC Simulation
         交流仿真能獲取小信號傳輸參數，如電壓增益，電流增益，線性噪聲電壓，電流。在設計無源電路和小信號有源電路如LNA 時，此仿真器十分有用。

         3. S-parameter Simulation
         微波器件在小信號時，被認為工作在線性狀態，是一個線性網絡; 在大信號工作時，被認為工作在非線性狀態，是一個非線性網絡。通常采用S 參數分析線性網絡，諧波平衡法分析非線性網絡。
S 參數是入射波和反射波建立的一組現性關系，在微波電路中通常用來分析和描述網絡的輸入特性。S 參數中的S11，和S12 反映了輸入輸出端的駐波特性，S21 反映了電路的幅頻和相頻特性以及群時延特性，S12反映電路的隔離性能。
S-parameter Simulation 仿真時將電路視為一個四端口網絡，在工作點上將電路線性化，執行線性小信號分析，通過其特定的算法，分析出各種參數值，因此，S-parameter Simulation可以分析線性S-parameter，線性噪聲參數，傳輸阻抗（Zij）以及傳輸導納（Yij）。

         4. Harmonic Balance Simulation
         諧波平衡仿真器著眼于信號頻域（Frequency Domain）特征，擅長處理對非線性電路的分析。如果調制的周期性信息可以用簡單的幾個單載波及其諧波表示出來，或者說如果付氏級數展開式很簡單的話，Harmonic Balance Simulation是一個有效的分析工具。但是，如果分析的是諸如CDMA等信號，不具備簡單的周期信號的特點，那么，Harmonic Balance Simulation 也就不能勝任對系統的仿真工作。
一般網絡（系統）是由線性子網絡和非線性子網絡組成。線性子網絡的特性可用頻域代數方程來描述，而非線性子網絡則建筑在時域的非線性方程上來描述。平衡時，經Fourier變換成時域的線性子網絡端口電壓和電流應滿足非線性子網絡端口的電壓和電流，同樣，經Fourier變換成頻域的非線性子網絡端口電壓和電流應滿足線性子網絡端口的電壓和電流。因此，設定一個最大的諧波數，建立一個線性子網絡端口電
壓（電流）和非線性子網絡端口的電壓（電流）的誤差函數，通過迭代，實現穩態的線性子網絡和非線性子網絡的諧波平衡。采用諧波平衡仿真器可以仿真噪聲系數，飽和電平，三階交調，本振泄漏，鏡象抑制，中頻抑制，組合干擾等參數。
一般而言Harmonic Balance Simulation 設計射頻放大器，混頻器，振蕩器時十分有用。當設計大規模RFIC或RF/IF 子系統時，由于存在大量的諧波和交調成分，Harmonic Balance Simulation 必不可少。

         5. Large-Signal S-parameter Simulation ( Simulation-LSSP )
         Simulation-LSSP 是Harmonic Balance Simulation 的一種，不同的是前者執行大信號S-parameter 分析，因此在設計功放時十分有用。后者，一般只用于小信號S-parameter分析。

         6. Simulation-XDB
         Simulation-XDB用于尋找用戶自定義的增益壓縮點，它將理想的線性功率曲線與實際的功率曲線的偏離點相比較。使用Simulation-XDB，在設計射頻器件時可以很方便的找出1dB ,3dB 壓縮點。

         7. Circuit Envelope Simulation
         電路包絡仿真器是近年來通信系統的一項標志性技術。其特點是: 對于任何類型的高頻調制信號，均可分解為時域和頻域兩部分進行處理。在時域上，對相對低頻的調制信息進行直接采樣處理，而對相對高頻的載波成分，則采用類似的Harmonic Balance Simulation 的方法，在頻域進行處理。這樣的結合使仿真起的效率和速度都得到一個質的飛躍。因此，Circuit Envelope Simulation 是目前進行數模混合仿真和數字微波系統高頻最有效率的工具之一。
Circuit Envelope Simulation 多用在涉及調制解調以及混合調制信號的電路和系統中。在通信中，如CDMA,GSM,QPSK,QAM 等，在雷達中，如LFM 波，非線性調頻波，脈沖編碼等均可用Circuit Envelope Simulation 進行仿真。

         8. Transient Simulation
         瞬態仿真器是傳統的SPICE 軟件的代表。SPICE 軟件可以說是所有電路仿真軟件的鼻祖。其采用最原始的算法，即直接在時域對電流，電壓列節點方程，采用“一刀切”的方式，能夠對所有的模擬，數字電路進行仿真。但是對于高頻信號很難用SPICE 進行仿真,因為根椐Nyquist 采樣定理，仿真時直接采樣，軟件必須能夠對射頻載波進行至少2倍頻率以上的采樣和處理，才能夠準確，真實地反映系統的實際情況，即時域上的相位，幅度信息，以及頻域上的頻率特性等。以處理一個8GHz 的射頻載波為例，要分析1 秒鐘的信號，CPU 至少要處理2.4× 1010 點的數據，因此，在很多情況下，很難用TransientSimulation 對高頻系統仿真。一般用于頻率不高的場合。

         以上是對ADS主要仿真器的功能描述。由于每個仿真器只能完成特定指標的仿真，因此在仿真完整電路時，就比須調用多個仿真器才能完成所有指標的仿真。電路在仿真時，一次只能執行一個仿真器的仿真，在執行此仿真時，別的仿真器應處于非激活狀態。其中，對于微波/射頻電路和系統設計，最常用的是 S-parameter Simulation, Circuit Envelope Simulation和Harmonic Balance Simulation等。

         下表列出了使用ADS仿真工具設計常用的微波/射頻電路設計所要用到的仿真器。