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发表于
2007-11-16 15:56:13
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5. 简单的匹配电路设计举例
略
6.
微波电路的计算机辅助设计技术及常用的CAD软件
自20世纪70年代以来,微波电路CAD技术已经取得了很大的进步。一方面是各CAD软件厂商推出了很多通用和专用的微波电路CAD软件产品,包括电原理图输入和微波电路的图形输入、电路的仿真和优化、容差分析、版图生成及输出、与测试仪器接口等功能,并有许许多多的电路模型库、元件库、半导体器件的线性模型库和非线性模型库等可供选择,应该可以说是功能强大、使用方便、应有尽有。而另一方面,微波电路CAD软件也已被广泛应用于各种微波电路的设计,并成为微波工程师必须掌握的设计工具。
6.1 常用的微波电路CAD软件
微波电路的CAD软件大致可以分成下面几类:
① 线性/非线性微波电路仿真软件;
② 2.5D平面电路电磁场仿真软件;
③ 3D电磁场仿真软件;
④ 系统仿真软件;
⑤ 专用电路的设计软件。
⑥ 排版软件
| | | | | | | | | Serenade | | | | | | | | | | Eagleware | | | | OPTOTEK | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | CST | | | | Ansoft | | | | | | | | PROTEL | | | | |
6.2 微波电路计算计辅助设计-简介
微波电路计算计辅助设计(CAD)技术是电子设计自动化(EDA)技术的一个分支,用于射频及微波电路的计算机仿真和优化设计。
6.2.1 微波电路CAD的特点及主要内容
与其它电子EDA技术相比,微波电路CAD软件具有以下几个特点:
①
必须有精确的传输线模型和各种器件模型;
②
有时必须采用电磁场仿真等数值仿真工具;
③
一般都具有S参数分析的功能。
在微波电路CAD技术中,各种传输线及其不均匀区模型、元件之间的寄生耦合模型以及微波有源器件的非线性模型等,在技术上的难度都非常大。
微波电路CAD包括线性微波电路的S参数计算、直流分析、线性/非线性噪声分析、非线性电路的瞬态分析、非线性电路的谐波分析(功率压缩、交调和谐波特性等)、优化设计、容差分析、2.5D及3D电磁场仿真、布线和版图设计等,甚至还可以包括微波器件的建模和参数提取以及计算机辅助测试。
6.2.2 常用的分析方法
线性电路:采用等效电路模型和S参数矩阵级联计算。
非线性电路:Spice、谐波平衡法、包络仿真法等。
电磁场仿真:常采用矩量法和有限元法等数值计算方法。
6.2.3 优化
给定电路的网络拓扑结构、各个元件的初始值,以及电路的设计指标的目标参数,CAD软件将自动改变各元件值,直到满足要求。
CAD软件通常都具有的,也是最常用的优化方法是随机优化和梯度法。当然,一些软件还提供了其它的优化方法供选择。
6.2.4 设计步骤
微波电路CAD设计的步骤可大致总结如下:
①
根据技术性能指标的要求,选择半导体器件。
②
对于不需要半导体器件的微波无源电路,根据技术性能指标的要求,选择网络拓扑结构。
③
根据所选器件的具体参数,设计匹配电路的拓扑结构。
④
确定(或计算)电路中各个元件的初始值。
⑤
根据技术性能指标的要求,设置优化目标(或参数)。
⑥
根据经验或试验性地选择若干优化变量(或元件)。
⑦
选择优化方法,并进行优化。
⑧
进行容差分析。
⑨
进行版图的设计并输出版图。
⑩
进行性能指标的复核,进行版图的检查,并提出结构设计的要求。
6.2.5 几点经验和建议
①
必须保证器件选择、匹配电路或网络拓扑设计的正确性。
②
电路中各元件初始值的选择应尽量准确。这将有利于优化计算的快速收敛,并保证优化设计能够达到全局最优点,而不是局部的极小(或极大)点。
③
对于存在多个优化目标参数的一般情况,应根据实际的需要,分出主次或考虑折衷,并进行加权。
④
关于优化变量(或元件)的选择,一方面可以根据自己的经验,另一方面也可以先选择其中几个进行试探。特别是当元件(或变量)较多时,一般不主张都选择为优化变量。
⑤
对于优化方法的选择,通常是先随机法,后梯度法,这样将有助于使设计达到全局最优。
⑥
在电路设计的过程中,必须要考虑元件标称值的因素。另外对于分布参数电路,电路参数的取值必须要符合相应的工艺要求。
6.3 设计举例
6.3.1 例1: 2GHz低噪声放大器的设计
频率范围:1.95~2.05GHz;
管子型号:AT-41411,为微波双极晶体管
CAD软件:ADS
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详细图示见附件文档中介绍
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