電路包絡(luò)仿真器

1、附錄C:電路包絡(luò)仿真器對調(diào)制的瞬態(tài)高頻信號，電路包絡(luò)仿真提供給設(shè)計者一個有效的方法去分析 放大器、混頻器、振蕩器和反饋環(huán)。這個仿真器能對當(dāng)前通信電路和子系統(tǒng)中復(fù) 雜的調(diào)制信號進(jìn)行有效的和精確的分析。這種仿真技術(shù)結(jié)合了時域和頻域方法的 優(yōu)點，克服了諧波平衡法仿真和 SPICE仿真器的限制。電路包絡(luò)仿真過程電路包絡(luò)仿真將諧波平衡法的元素和時域仿真技術(shù)結(jié)合在一起。 類似諧波平 衡法，電路包絡(luò)仿真描述了電路的非線性行為和信號包含的諧波成分。 然而，電 路包絡(luò)仿真在時域中得到擴(kuò)展，它不被局限在僅描述穩(wěn)態(tài)行為。電路包絡(luò)仿真有 效地描述了諧波平衡結(jié)果的時間變化級數(shù)。Nv(t)二 real C Vk(t)ej

2、 譏)k=0在電路包絡(luò)仿真中，輸入波形被描繪成帶有調(diào)制包絡(luò)的 RF載波，調(diào)制包絡(luò) 用時域狀態(tài)表示。輸入波形由載波項和時間變化項組成， 時間變化項描述了對載 波的調(diào)制。幅度、相位和頻率調(diào)制，或這些調(diào)制的聯(lián)合運用，不再要求信號被描繪成正 弦曲線的總和或是穩(wěn)態(tài)。這使得在實際中描繪數(shù)字調(diào)制(偽隨機(jī))輸入波形成為 可能。步長大小和停止時間在電路包絡(luò)仿真中，步長大小(時間步)和仿真的總時程(stop time)影響仿真的時間和需要的空間。這兩個參數(shù)都關(guān)系到仿真中點的個數(shù)。時間步也能影 響精度，如果時間步太大則不能對波形精確取樣。在一些電路包絡(luò)仿真中，全 部的時間間隔必須的包括一個或幾個完整的波周期以避免傅

3、立葉分析中的數(shù)學(xué) 誤差Modulation B A電路包絡(luò)法同SPICE法相比的一個優(yōu)點是時間步長由調(diào)制帶寬決定。在電 路包絡(luò)仿真中，帶寬相對較窄，一般只有幾兆赫茲，因此可以米用相對較大的時 間步長而不會增加取樣誤差。在SPICE中，時間步長依賴于RF載波頻率或它的諧波頻率，有些頻率非常高。因此，為了達(dá)到相對應(yīng)的精度，必須采用更多的時間步，這就大大增加了計 算時間和存儲容量的要求。仿真器理論在電路包絡(luò)仿真中，輸入信號按照時域中載波的調(diào)制被定義中。 時間步和仿 真中總的時間間隔也被定義。當(dāng)仿真運行時，輸出端和其它希望節(jié)點的頻譜在每個時間點被計算出來。這使得任意頻譜分量的幅度和相位都可得到，頻譜分

4、量是關(guān)于時間的函數(shù)。百01 iModillon jii1/fc'Mudulalion define in tho time domain 'Simulator com pules output spectn Jin at &ch timo pointCircuitCircuit Envelope OutputJArripiilud«£ PhriSP計算傅立葉系數(shù)在電路包絡(luò)仿真中，任一節(jié)點的電壓 V(t)由下式給出：Nv(t)二 real C Vk(t)ej kt)k=0其中，v(t)是電路中包括輸入端的任一節(jié)點電壓，傅立葉系數(shù) vk(t)可以隨時間變

5、 化，代表了每個載波的任意的調(diào)制。由于每個時變頻譜Vk (t)都可看作是具有中心頻率fk的調(diào)制波，經(jīng)常把t作為 包絡(luò)”這個頻譜可以表述具有低音頻譜的瞬 態(tài)信號，例如對RF載波的數(shù)字調(diào)制包絡(luò)或是具有離散譜線的周期信號，像這種 對兩個RF的調(diào)諧需要進(jìn)行互調(diào)失真分析。在通常的諧波平衡仿真中，系數(shù)是復(fù)常數(shù)。當(dāng)電路包絡(luò)仿真運行時，仿真器 在時域中對載頻的調(diào)制包絡(luò)取樣，在間隔一個時程的每個時間點計算載頻和它的 諧波的離散譜。如果電路中含有頻率的混頻，在每個時間點上也需要計算互調(diào)項。電路包絡(luò)和載頻電路包絡(luò)仿真在所需的時間和空間上都有較咼的計算效率。 調(diào)制波直接在時 域中描述而不采用正弦曲線求和的形式。 取樣

6、率(時間步)由相對較窄的調(diào)制帶 寬決定而與RF信號頻率無關(guān)。I ；n p在諧波平衡仿真中，調(diào)制信號必須以正弦曲線和的形式表示，調(diào)制波形越復(fù) 雜，正弦曲線求和項就越多。因此，特別是當(dāng)必須考慮高次產(chǎn)物時，仿真所需的 存儲空間很容易超出可用空間。在SPICE中，信號必須以足夠快的速率抽樣使它能夠捕獲最高的頻率。因 為頻率非常高，需要很多短的時間步，因此在仿真中就需要很多的時間和很大的 空間。如果只對電路包絡(luò)感興趣，那么使用電路包絡(luò)仿真是一個比較好的選擇。在電路包絡(luò)仿真中，每個節(jié)點的電壓用具有時變傅立葉系數(shù)的離散譜表示。 用戶自定義一組譜頻率。每個譜頻率的幅度和相位都能隨時間變化。 在諧波平衡 法中，

7、代表諧波的信號不再局限于是一個常量。 每個譜頻率都能看作是一個頻譜在很多情況中，調(diào)制信號的帶寬與用戶自定義的譜頻率 （它和載波頻率相對 應(yīng)）相比較非常小。每個頻譜內(nèi)的帶限信號能獲得周期性的、 瞬態(tài)的或者是隨機(jī) 性的調(diào)諧。像SPICE這樣的時域仿真器在高頻情況下數(shù)字積分精度與在低頻或直流情 況下相比較，精度一般會惡化。例如，用標(biāo)準(zhǔn)的梯形二階積分法僅能計算在給定 頻率下流過電容器的電流，對1%的精度，需要10倍于載頻的抽樣率；對0.1% 的精度，需要大約32倍于載頻的抽樣率。對調(diào)制載波的應(yīng)用，最好的精度是在 載波頻度，而不是DC,這是因為載波頻段的信息比較集中。 對這些時域仿真器， 在DC段精度最

8、咼，在咼頻段精度減小。對包絡(luò)仿真器，對載波頻率周圍的每個 中心進(jìn)行多重積分。因此，每個載波都能取得最好的精度。由時域積分引起的減 少僅能影響每個載波周圍的外層調(diào)制頻率。 包絡(luò)時間步長必須設(shè)置的足夠小以維 持期望的包絡(luò)頻譜精度。但是，在非?？拷鼘嶋H載波處的精度與穩(wěn)態(tài)時的基本諧 波平衡仿真器的精度相同。電路包絡(luò)仿真器的另外一個優(yōu)點是每個載波的瞬時幅度，相位、輸入輸出信息隨時可用。因此，它可以在仿真器中產(chǎn)生有效的項目模型，如幅度，功率，相 位或者頻率檢測器等；或者方便地給使用者顯示期望的結(jié)果。毫無例外的，如果 過長時間和誤差引入計算則需要將時域波形轉(zhuǎn)換成包絡(luò)信息。這說明了電路包絡(luò)仿真器能夠從穩(wěn)態(tài)方式

9、開始。 它可以在所有載波，LO,RF, 和直流波形處在穩(wěn)態(tài)值的情況下進(jìn)行仿真。 正如絕大數(shù)的時域仿真器一樣，使用 者沒有必要等電路達(dá)到穩(wěn)態(tài)。因此，仿真器能夠一起隨時間變化的調(diào)制包絡(luò)來進(jìn) 行仿真，而沒必要去等待瞬態(tài)信號的消失。但是它不會跟具有局限性的諧波平衡 器來共同仿真這些瞬態(tài)信號。RF、LO，甚至直流源都可以在t = 0時刻開始，從 而所有突發(fā)的信號都可以被檢測到。由于時域與頻域技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用，包絡(luò)仿真 器具有時域和頻域仿真器的絕大多數(shù)優(yōu)點。時域輸出在電路包絡(luò)仿真器中，離散的隨時間變化的載波頻普及其諧波，在間隔一個時程的每個時間點被仿真。如果電路包含的頻率中混有互調(diào)項則也可以在每個時 間點被

10、計算出來。仿真器中每個時間點的幅度和相位數(shù)據(jù)就被讀入到數(shù)據(jù)集中。 這些結(jié)果，對電路的輸出和其它任何期望的節(jié)點來說，在時域中表現(xiàn)為幅度，相位，I/O和諧波的時間函數(shù)。Amplitude 8Time快速傅立葉變換輸出拿所有頻譜分量的仿真數(shù)據(jù)中幅度和相位的傅立葉變換來說，頻譜分量周圍的頻域結(jié)果也能被描述。傅立葉變換是用來把仿真結(jié)果中的幅度和相位時間信號轉(zhuǎn) 換為頻域信號。這就可以使仿真器有可能對諸如頻譜再生， 相鄰信道功率，互調(diào) 失真和相位噪聲進(jìn)行檢測。Time電路包絡(luò)仿真技術(shù)電路包絡(luò)仿真通過將時域和諧波平衡技術(shù)結(jié)合在一起提高了HP EEsof'電路仿真的能力，它在檢測瞬態(tài)行為和數(shù)字調(diào)制信號響

11、應(yīng)方面特別有用。在頻域中，S參數(shù)分析說明了線性效果，諧波平衡仿真說明了非線性效果。 兩種方法都說明了穩(wěn)態(tài)行為。電路包絡(luò)仿真將諧波平衡法擴(kuò)展到時域。 它允許設(shè) 計者檢測時變的輸出頻譜和包括諧波的瞬態(tài)行為。在時域中，SPICE對集總參數(shù)元件是有效的，卷積仿真器對分布參數(shù)元件和集總參數(shù)元件都有效。電路包絡(luò)仿真通過允許對分布參數(shù)元件的分析和減小對時間、 空間的需求擴(kuò)展了這些分析方 法。FrequencyS-para metersHarmonicBalanceCircuitEnvelopeTimeSPICE(RF-Trans ientConvolutionAdvancing Cnpitbilities作

12、為一種仿真工具，電路包絡(luò)仿真具有許多其它工具所具有的功能。類似其 它工具，電路包絡(luò)仿真重復(fù)和增加了其它仿真器的功能， 但是不能完全替代它們， 也不具有其它仿真工具的全部功能。電路包絡(luò)仿真能做諧波平衡能做的同樣仿真。然而，對非調(diào)制信號 諧波平衡法更加有效。電路包絡(luò)仿真能做SPICE能做的大部分仿真。然而，對任意回路電 路，大的邏輯和模擬電路，SPICE更加有效。電路包絡(luò)仿真有較廣泛的應(yīng)用范圍。在分析瞬態(tài)和調(diào)制的高頻性信號當(dāng)中非 常有用。它在電路當(dāng)中有很廣的應(yīng)用范圍。放大器 放大器啟動的瞬態(tài)包含有諧波成分， 能被作為時間的函數(shù)進(jìn)行分析， 它是對 脈沖數(shù)字調(diào)制 RF 信號的響應(yīng)。頻譜再生和鄰近信道功率也能被研究。只有當(dāng)用電路包絡(luò)仿真的時候， 在時域中才能對諧波進(jìn)行分析。 在時域中用 SPICE或諧波平衡仿真的時候不能對諧波進(jìn)行分析?；祛l器混頻器的非線性特性按照三階截距（TOI,IP3）和更高階截距的方法能被快速有效的刻畫出來。用余弦調(diào)制的方法將單一頻譜的 RF 輸入分成兩個間距為 2 倍調(diào)制頻