原创 仿真一般原则

电路仿真，无论在ADS还是spectreRF/spectre中，某种类型电路（譬如mixer、LNA、VCO等）原本该选择什么类型仿真（譬如Tran、PSS、HB、Env等）就先选择那种类型仿真，得到想要的结果（譬如噪声、频谱、增益、S参数等）。
但是，一种情况，遇到仿真时间过长（譬如几天，以致无法容忍）的时候，不妨尝试另一种仿真类型，譬如Tran仿真消耗时间太长，那么可以考虑Env，PSS仿真时间过长也以考虑Env。当然，这种情况下，还应该考虑仅仿真所需数据，不需要观察输出的数据点应当在仿真之初就设置不要，譬如PSP和PAC的噪声仿真差异。
另外一种情况，当常规类型仿真无法收敛的时候，不妨尝试另一种仿真类型，譬如PSS在信号源是数字调制的电路中或者输入信号源是周期的但输出却杂乱无章的电路中，PSS或失效或效率低下，此时，选择Env可能奏效，最坏情况下再选择Tran（最多牺牲时间）也应该满足要求。
注意每种类型仿真都有其适应的条件（譬如PSS的周期性和近似线性、Env的频谱占有率高但是空隙大），满足这个条件，则仿真高效率运行；不满足，即便满负荷运行完毕，也得不到想要观察的数据。
仿真只是一个工具，在熟练应用工具的基础上，不沉溺于工具本身，但是也不强调工具无用论。电路、系统理论掌握是基础、是根本，工具起到辅助作用。适当的了解工具运行原理，知其所以然，会使其用起来更为得心应手，无论仿真中遇到什么问题都能果断推测源头所在，而不是盲目改电路或者改仿真设置。
我以为，工具应用的最高境界，就是看完一个电路，能估计出某种合适的仿真需要花费多久时间，最为致效。这就需要知道电路中计算方程的数量、计算机本身硬件开销、仿真算法的重复次数以致满足收敛误差。通常不需要了解这么多。

spectreRF Summary
1. Noise Figure
QPSS and QPnoise：当输入出现两个大的干扰信号的时候，用此分析来决定NF；
PSS and Pnoise：当输入没有干扰信号存在的时候，用此分析来决定NF；
PSS and PSP：即可奏效；
SP：即可奏效；
2. Harmonics
PSS：单纯的基于输入的点频来输出频谱成分（区别于输入扫描），即可以单一输入频率，又可以多个输入频率（在信号源中设置即可），都将产生指定数量的谐波成分，分析各次谐波、交调结果。
3. P1dB
Swept PSS：即可奏效；
4. IP3
同样是计算IP3，但是不同模块、不同电路，使用方法不同。譬如mixer中输入信号靠得非常近（920MHz与921MHz），那么使用swept PSS和PAC分析将非常快速，只在指定频率点处计算。而计算LNA的IP3可以只用swept PSS。
同时注意，在swept PSS和PAC中第二个fundamental frequency是在PAC设置中指定的，原电路图中仅设置了rf source的source type为dc，且选中第二个频率（但不设置具体值）。而在纯的swept PSS分析计算IP3中，原电路图的rf source设置了两个频率及其功率值。

5. Gain
PSS：在频谱成分中，可以选择绘出某点相比于某点的增益频谱；
PSS and PXF：要注意PXF设置中，sweep type类型不同，则Frequency sweep range也不同。譬如选择relative，则频率扫描范围是叠加在PSS的分析频谱基础上的；如果是选择asbsolute，则就是扫描频谱输出本身。
6. PSRR
PSS and PXF：选择电压源作为输入即可。

7. VSWR
SP：即可奏效；

8. Phase Noise, Jitter
Periodic Steady State and Phase Noise with PSS and Pnoise

Measuring Jitter with PSS and Pnoise Jitter Analysis



ADS中
HB分析
HB是仿真非线性电路和系统的失真的一个频域分析技术。它通常是仿真模拟、射频和微波难题的一个可选择的方法，源于这些领域本质上是在频域操作。在高频电路和系统仿真中，谐波平衡提供了几个传统的时域瞬态分析没有的优点。HB仿真获得频域的电压和电流，直接计算电路的电压或者电流的稳态频谱。而在许多实际情况中，将瞬态分析进行频域综合来得到频谱，是禁止的。许多线性模型在频域其高频特性表现最好。
HB仿真可以分析电路的多声测试，展现交调的频率转换效应。这个包括谐波之间的频率转换。不仅是电路本身产生谐波，而且每一个信号源或者激励也能产生谐波或小信号边带。激励可以包括12非谐波的相关源。
Small-Signal Mode Description
当Small-signal mode选项被选中，仿真器使用输入的频率值或者频率范围来实现一个大信号仿真。然后，它采纳结果数据并且在所有的原先的大信号频率点加减小信号频率点处执行一个小信号混频器的仿真。本质上，仿真器把预先计算的大信号工作点附近电路线性化了。
所有大信号引起的时变非线性都被仿真了。但是，是以小信号不改变这些非线性为假设的。例如，对于小信号输入的幅值，混频器将表现出完美的线性；但是，所有的频率转换点还会被计算。如果执行一个扫描分析，那么大信号分析仅被执行一次，紧接着是所要求数量的小信号分析。
对于混频器分析，有如下的假设和限制：
假设RF信号的幅值足够小，以至于它们产生的谐波分量可以被忽略；
假设RF信号功率水平相比于LO信号的功率水平小很多，因此LO信号源被当作最高信号水平。基于这个原因，我们不建议设置RF和LO信号源在同一个功率水平。
Transient Assisted Harmonic Balance：
对于谐波平衡仿真，初始情况的估计是需要的。对于高度非线性和包含尖锐边缘波形的电路（如分频器），一个瞬态仿真经常提供一个好的起始估计，作为谐波平衡的起始点。

Circuit Envelope Simulation
包络仿真在分析数字调制信号电路中时高度有效的，因为瞬态仿真仅仅发生在载波和它的谐波附近。此外，在频谱空的地方，它不进行计算。
对于一个给定的复杂的信号，假定频谱大部分是空的，那么它远快于HB；
它并不牺牲信号的复杂性，不像时变HB或者shooting method的准确性；
它把模拟和射频的物理性能添加到DSP系统中，可以实时联合仿真；
然而，包络仿真也有限制：


spectreRF中
PSS分析
PSS直接计算电路的周期稳态响应。SpectreRF使用了一种叫做shooting method [kundert 90]的技术来实现PSS分析。这是一种时域方法，它通过有效的寻找一个直接导致稳态的初始情况来实现仿真分析。
Shooting method有可能在大问题上变得相当慢，这是由于代表电路的计算方程的矩阵以 增长，导致计算过于复杂，因此这种算法对于大电路分析是不切实际的。SpectreRF仿真使用了新特性，可以消除随着问题规模增长导致的计算时间超线性在增长[telichevesky 95]。
PSS分析有如下假设：
一个是周期性；另一个是线性。
PSS分析假设在shooting间隔期间，所有激励是周期的，并且电路支持T周期响应，这里的T是PSS分析中指定的周期。如果电路是由多个周期激励所驱动，那么频率必需相当或者协同周期的，而且T必须是这些周期的最小倍数。当T过长时，仿真效率相比于激励源的周期会下降。
在罕见的情况下，有周期激励的电路产生子谐波，这个如果设置周期为子谐波，那么PSS就可处理。另外的情况，周期驱动的电路响应却很混乱，譬如delta-sigma调制。这种情况下，使用瞬态分析好于PSS分析。
仿真下的电路，shooting间隔期间的初始和最终点的关系应该是近似线性的。起始和终点关系的越非线性，PSS需要的反复数量就越多，这将使得PSS分析时间过长。如果这个关系足够非线性，那么PSS分析可能不收敛。

Envelope Following Analysis
包络分析允许RF设计者有效地、准确地预测通信系统中的RF电路包络瞬态响应。例如，预测混频器的频谱再生。
典型地，这些调制方案很难仿真，因为他们被调制在一个时钟周期远小于设计者感兴趣的时间间隔上。经典的瞬态仿真过于浪费。新的仿真，诸如PSS和QPSS可能不工作，很大程度上是因为调制信号既不是周期的也不是准周期的。
时钟信号在不同应用种叫法不同。对于混频器，叫做LO；对于detector，叫做载波；对于开关电容滤波器，叫做时钟。时钟信号通常是电路中变化最快的信号、因其最多的非线性。
包络分析减少了仿真时间，而且通过利用电路行为在给定高频率时钟周期处是相似于但不相等于前一个和下一个周期轮回的特性，没有牺牲准确率。特别地，高频率时钟的包络可以通过准确计算偶然的周期（准确捕捉快速的瞬态行为）来跟踪。变化较慢的调制信号由缓变曲线准确跟踪。结果，通过结合缓慢曲线（分段多项式）和偶然时钟周期的整合，就可以获得电路响应的频谱。
一般而言，包络分析不适合有多重基频的电路。这些电路，可以用PSS分析。但是，当这些基频相当的话，就可以使用包络分析。这种情况下，使用所有基频的最大公约数作为时钟频率。这一点类似于PSS分析中计算beat频率。分析效率也类似于PSS分析。在时钟周期的每一个综合，可能需要许多快的周期。快周期的数量越大，分析效率就越低。
第二种情况，包络分析对于多基频电路也是适用的，就是两个靠得很近的频率进行下变频，也会产生慢变化的调制包络，其频率阶数远低于输入频率。这种情况下，选择任何一个快速变化的信号作为时钟，使用包络分析来追踪调制包络。然而，通常选择引起最大非线性的信号。
包络仿真产生两种类型的输出文件：
一种是电压比电流（td）文件；另一种是时钟基频的每一个谐波的amplitude/phase比时间（fd）文件。
Td文件包含时域真是波形。它们类似于瞬态分析产生的波形。区别在于包络分析中一个时钟周期的整合发生得非常慢。因此，通常会在整合的时钟周期之间看见大的缺口。
信号随时间变化的Fourier变换：Fd文件就包含了时变Fourier系数 （复数），一直到M阶谐波。最感兴趣的谐波大概是第一个。第一个谐波的实部和虚部被称作in-phase和quadrature，也既I和Q信号。