ADS学习笔记(二)---LC带通滤波器设计及仿真_关于自动优化设计的设置应用
箭穿万里 2023-03-07

要更好的找到符合自己设计需求的器件参数规格,通常要用到参数扫描、目标规格设定、自动优化的功能,本次以一个带通滤波器设计为例,


设计要求:

器件:3.3GHz-3.8GHz 带通滤波器

插损(IL):<0.5
回波损耗 (RL):<-15

阻带截止频率(Fs):3.2GHz, 3.9GHz

带宽(BW): 500MHz


A:我们先用系统自带的设计方式进行

第一步:建立模型(按图中步骤进行)


第二步:设置滤波器参数(如有出现问题,请看下页)

到这个步骤,有人会发现ADS message list有个警告,且在后面仿真时候会报错,为何?

原因:我们在建立电路图的时候,命名里面带有一些非法字符(我个人觉得是个bugJ),所以命名的时候,尽量用英文,数字,和下划线命名,可以避免出现这个问题

将原理图关闭,然后修改电路图名字即可解决这个warning(对比图一和图二)

之所以这么做,是为了给各位一个印象深刻的提醒J


第三步:设置仿真扫描参数范围及进行仿真

仿真结果如下:


有人会发现你的仿真图和我的不一样,尤其是红色虚线框区域,这是为什么呢?

原因:红色虚线框的参数是用A点和B 点作为基本数据然后计算得到的,A,B及M1,M2都是可以移动的,移动到需要的频点即可形成自己想要的频段参数图形。

对比图一和图二,可以发现移动A,B点,红色虚线框区域数图有变化

仿真结束,回到主工程界面,打开A或B区域中的schematic,我们可以看到里面的L1,L3,C2,C4都是不常用的数值,怎么办呢?

有两种方式,我们先介绍第一种方式:自动优化(第二种方式在另一篇介绍)


为了对比优化前后的差异,新建一个CELL电路,命名为“improve_1”. 将之前系统自动设计的电路复制到“improve_1”.里面

去掉”port”口,添加扫描控件,连线,设置扫描频率区间,如下图

添加变量控件,同时将L, C想要的取值区间设置好,同时将电路图里的L,C具体值用变量代替,比如将L1的数据L=414.811467 pH 修改成L1=L1nH(单位最好修改为常用值的单位)


依次设置好L,C变量初始值及取值区间,然后选中X=1.0,点击cut,将无效变量删除,然后点击“Apply”, “OK”按钮,至此完成变量参数设置,如下图

添加优化扫描方式控件,及优化目标控件

优化扫描方式控件参数设置

设置优化目标控件参数(一)

设置优化目标控件参数(二)

将需要显示的参数勾选,并“Apply”,然后点击“OK”,然后依照此方式,将其他“S21”,“S22”也设置一下,至此“GOAL”控件参数设置完成

我们修改一下设置区间,再次仿真。

从仿真结果来看,并没有达到我们的目标,为什么呢?

我在网上找了一个带通滤波器LC计算软件,计算结果如下,从下图可以看到L,C的数值比较小于常用的数据,

在我们设定的L,C取值范围内,可能达不到我们想要的参数的滤波器

B:我们用计算后的电路方式进行验证

既然是这个原因,那么我们试一下一阶的是否可以?通过图一可以知道是可以用“一阶”的架构图的,那么我们采用图一的type2架构(串联L,C)试一下,但我们不用他的值,我们仍然用自动优化方式进行设计仿真,图二为新建电路图“improve_2”,如下:


图一

图二


从下图仿真结果来看,基本上接近或满足我们的需求。

但是这里会有其他的问题,比如实际在PCB板子上的时候是否会满足需求,比如过渡带噪声抑制效果没有多阶的好等等

自动匹配的一些控件,及参数设置方法介绍至此结束。

从这个范例中,我们会发现在设计滤波器的时候,我们需要考虑的转换成实际应用产品的因素还是很多的。当然如果仅仅做课题研究还是足够的。


如果没有EDA软件,我们只能通过手工计算,然后贴片L,C一个一个地去验证,将消耗我们大量的时间和精力,可能我们刚搞出来一代,别人早已量产占领了市场,甚至已经搞出第三代了,这也是EDA软件带给我们的强大的便利性,也是为什么我们会被禁用高端EDA的原因。


本次分享留了一个坑,供大家思考验证:在我们将ADS自动设计的L,C电路中(不是滤波器MOD形式的仿真),如果仿真结果因为设置L,C区间的因素并不理想,那么是否我们可以将区间设置为ADS自动设计的L,C区间来达到满足我们的仿真需求呢?有兴趣的可以试一下哈


本文制作参考书籍:《ADS射频电路设计与仿真学习笔记》 卢益锋

参考应用网站:https://www.21ic.com/tools/filter/201003/54229.htm


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