基于CMOS工艺5.2GHz Mixer的设计实例
东南大学射频与光电集成电路研究所
1．创建设计文件
1.1 在指定目录下新建Mixer_prj.
1.2 输入原理图.输入时,点重复的输入.
进行元件的选择,再进行参数设置.使用复制/粘贴,减少
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1.3 选择菜单View>Create/Edit Schematic Symbol生成Mixer的Symbol.
保存原理图并关闭.
1.4 新建一张原理图Mixer_diff,注意,Mixer是ADS保留的名字,不可以使用.在Library中选择Mixer_cell
完成下面的原理图.
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注意:Netlist Include在Data Item中,IncludePath是TSMC0.18um库的位置,根据实际情况进行修改
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2．Mixer的谐波仿真和增益仿真
2.1 LO_pwr不变
2.1.1 加入HB Simulation Controller,并设置.
注意:Freq[1]必须是一个功率最高的信号,因为LO_pwr一般都大于RF_pwr,我们选择Freq[1]=LO_freq=5.195GHz.
2.1.2 仿真.在数据显示窗口中加入List,显示互调频率.其中中频(IF)是5MHz,是由RF_freq-LO_freq得到.
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2.1.3 在数据显示窗口中加入vin与vout的频谱图dbm.在5MHz和5.2GHz处加入Marker,这样使用公式gain=m1-m2,我们可以得到混频器的增益.
2.1.4 使用mix()函数来得到单独频率分量的值.
2.1.5 使用Measure Equation来得到增益.加入两个等式:IF_pwr和conv_gain.
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2.1.6 仿真.加入List,观察它们的值.
和前面对比,我们发现着两个增益值不同,这是因为,两次的RF_pwr不同造成的.
2.2 扫描LO_pwr
2.2.1 观察conv_gain与LO_pwr的变化关系，找到最大增益的LO_pwr值.
你还可以改进电路来增大增益.例如用参数调谐的办法. 2.3 噪声系数与LO_pwr间的关系
2.3.1 在原理图修改HB Simulation Controller,并设置.
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2.3.2 保存原理图,仿真.在数据显示窗口中加入nf(2)(选Add Vs=>LO_pwr),观察它与
LO_pwr的关系.
由图可见,要达到最大增益和最小噪声系数所需的LO_pwr是不同的,采用什么数值需要根据设计要求在增益和噪声性能间折衷.
2.3.3 保存数据显示图,将原理图另存为Mixer_NL.dsn,下面我们将进行Mixer的非线性
仿真.
3．Mixer的1dB压缩点仿真
3.1 使用Gain Compression
3.1.1 在原理图中加入XDB Simulation Controller,并按如下设置,将HB Simulation
Controller变为无效,进行仿真设置.
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3.1.2 仿真结束后,在List中加入Inpwr和Outpwr,即可读出1dB压缩点.
3.2 使用其他方法测试Mixer的1dB压缩点
3.2.1 将XDB Simulation Controller删除,激活HB Simulation Controller,修改设置如下:
3.2.2 仿真.加入conv_gain与RF_pwr的关系图.
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与上面的数据稍有差别,增加仿真的点数可以增加精度,我们此时只仿真了71个点.
3.2.3 加入直线和IF_pwr与RF_pwr的关系图也可以读出1dB压缩点.
保存数据显示文件,将原理图另存为Mixer_TOI.dsn.下面我们将进行三阶互调点的测试仿真.
4．Mixer的三阶互调仿真
4.1 与LNA的TOI测试相同,我们首先加入新的信号源,设者Channel Spacing变量.
4.2 设置HB Simulation Controller,打开Krylov Solver可以减少仿真时间.
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直接输入OutVar=”RF_pwr”
加入OutVar=”RF_pwr”将RF_pwr作为一个输出变量.
4.3 加入内建Measurement Equation IP3out(Simulation-HB中),并设置.
4.4 仿真.在数据输出窗口中将lower_toi和upper_toi加入列表,我们可以看到三阶互调点处的输出功率.
4.5 加入Measurement Equation tone_1和tone_3
4.6 仿真,在数据显示窗口加入tone1,tone3随RF_pwr的变化曲线
图中,延长一阶互调量和三阶互调量的斜率为1:3的部分(近似为一条直线),交点处的RF_pwr即为输入三阶互调点,大约在-10dB左右.
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1，初值的选择：首先拿到有源器件模型后我都会在圆图上看看它的s参数 主要还是11和22 找个中心频率点通过ads自带的tools smith chat 将这点匹配到50om 这样我们就会得到一个匹配电路的初值。 通过这个方法很快的能找到一个比较好的初值 比有些人随便给了一组数然后去random优化要快并且合理。 2，目标的设置：目标设置不好就会出现不收敛等一些预期不到的结果，所以我建议优化剃度到一定结果后见好就收然后手动改变变量进行调试。
3，如何进行手动调试：有的电路变量很多在手动调节起来很麻烦，所以在进行手动调节前先进性一下sensitivity分析，将影响目标灵敏的变量找出来，然后再手动改变数值
最后我觉的变量的设置一定要精简 ，在优化过程中有些数值影响小的一定要定值，不要一直开着优化，这样能避免不收敛的问题
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