...ПОПОВ...ЛОСЕВ...СИФОРОВ...КОТЕЛЬНИКОВ...   русские ученые подвижники

                           

На 1 страницу

         

Диаграмма Смита

  Анализ радио-
технических систем

Touchstone

MMICAD

MMICAD LAYOUT

  Microwave Office

 LIBRA

Aplac

Sonnet

HFSS 

ADS

Ptolemy

IE3D

FIDELITY

SERENADE

 MOMENTUM

XFDTD

Уравнения Максвелла  

Ряды Вольтерра  

  Метод моментов

  Динамический диапазон

  Мощность насыщения

Шумы 

Синтез СВЧ структур

Расчет микро-
полосковых антенн сотовых телефонов

 Расчет мощности поглощаемой в голове пользователя сотового телефона

 

 

APLAC

 Предисловие

 Программа APLAC разрабатывалась в Технологическом Университете Хельсинки с 1972 года. Главная цель APLAC состояла в том, чтобы дать пользователю полную свободу в решении задач проектирования без ограничений стандартных моделирующих устройств, типа SPICE [87]. Замечательный прогресс произошел в 1985, когда новая ориентация была принята в APLAC. Первые четыре версии APLAC были написаны  на БЕЙСИКЕ и на HP-BASIC и PASCAL. Возрастающая потребность в гибкой версии APLAC привела к инициативе  промышленности (Mobira, а сегодня Nokia) создать пятую версию APLAC на языке Cи. В результате исследовательский центр Nokia соединился к группе проектирования APLAC  в 1988. В это время особое внимание было в ориентации на язык Cи и к моделированию компонентов микрополосковой линии. Начиная с 1989 Технический Центр электронных исследований (электронных приборов) и Центр Интегральных схем Финляндии разделись в моделировании полупроводниковых приборов. В 1991году лаборатория  твердотельной микроэлектроники Университета штата Огайо работала над созданием статистической модели MOSFET [82], [83]. Шестая версия APLAC имеет лучшие алгоритмы сходимости для нелинейного анализа, управляемые с помощью меню, и язык описаний высокого уровня (ADL) используемого для параметрического моделирования. Кроме того, метод свертки был реализован, позволяющий использование частотно-зависимых компонентов в анализе переходных процессов нелинейных цепей. Седьмая версия APLAC имеет новые  методы для для анализа смесителей и варакторных схем с установившемся режиме, а также новый шумовой анализ для нелинейных цепей. Применяемые методы справедливы в  малосигнальном режиме, с идеальным и не-идеальным варактором, и для  анализа во временной области. APLAC - продолжается совершенствоваться, главное усилие находится в ускорении расчета характеристик и расширения типов моделей.

Ориентация на язык Cи выбрана, принимая во внимание потребности схемотехнического моделирования и по существу упрощает моделирование. Этот выбор дает преимущества в упрощеннии кодирования и удивительном облегчении модифицирования и внедрения новых алгоритмов и моделей, что важно для большого пакета программ во время непрерывной разработки. Например, можно сказать, что изменение в численном алгоритме интегрирования требует изменения только двух строчек программы, одну содержащую формулу интегрирования непосредственно и вторую включающую формулы ошибки отбрасывания для автоматического регулирования размера шага. Это открывает фиксированный способ для испытания эффективности различных алгоритмов. То же самое применяется также, например, к итеративным алгоритмам для решения нелинейных уравнений системы. Кроме того - и это очень важно - открываются новые перспективы в методах моделирования, разработке новых алгоритмов, которые никогда не могли быть осознаны, используя стандартные процедурные моделирующие устройства типа SPICE. Причина этого - то, что стандартное приближение трактует уравнения системы в целом без  конкретизации моделей, которые создали уравнения. Это неизбежно ограничивает алгоритм. Если ориентация  принята на  использование  индивидуальной итерации и стратегию интегрирования на уровне моделей, то это не позволит, чтобы, например, все МОП-транзисторы использовали одну стратегию и все BJTS другие, но также и так, чтобы отдельная составляющая  решает, какую стратегию выбрать, исследуя содержание и структуру схемы. Таким образом, например в анализе переходных процессов, некоторые МОП-транзисторы в конкретный момент времени в отдельных частях схемы могли бы использовать длинный временной шаг и простое интегрирование, в то время как МОП-транзисторы в другом месте могли использовать более короткий шаг и более простую формулу интегрирования [13].

Включение  новой модели в APLAC требует представления параметров модели и записи уравнений модели  на языке Cи. Код APLAC непосредственно остается нетронутым. Пользователь не должен беспокоиться относительно различных режимов анализа APLAC, не говоря уже о всех алгоритмах, которые в стандартном моделирующем устройств, имеет прямые описания в коде модели. Даже интерпретатор APLAC, читающий язык APLAC описаний высокого уровня (ADL), понимает синтаксис новой модели, с учетом ориентации предмета.

 

Общая информация

 APLAC - универсальная система для анализа нелинейных схем и электромагнитного FDTD моделирования. Она была первоначально создана профессором Мартти Валтоненом. В течение 1988-1998 APLAC был совместно разработан Лабораторией теории цепей Технологического Университета Хельсинки, Исследовательский центр Nokia. Корпорация Aplac присоединился к разработке в 1998.

Главные типы анализа - DC, AC, анализ линейного и нелинейного шума, переходного процесса, установившееся состояние генератора в условиях многосинального возбуждения, расчет управляемого конденсатора (варактора), малосигнальный смеситель, переходный процесс установившегося состояния, и тепловая обратная связь. APLAC может также использоваться совместно с прибором измерения характеристик IEEE-488. При анализе переходных процессов, APLAC использует свертку для правильного обращения компонентов с частотно-зависимыми характеристиками. Анализ Монте Карло доступен во всех основных режимах анализа, как и анализ чувствительности в DC и AC режимах. N-портовые Z, Y, и S параметры, также как H и шумовые параметры четырехполюсника могут использоваться в AC анализе. APLAC также включает непостоянную блочную систему для моделирования и проектирования аналоговых и цифровых систем связи, а также электромагнитное FDTD моделирующее устройство для решения трехмерных задач поля.

 Составляющие модели

В дополнение к известным моделям Spice, в Aplac включено большое число СВЧ компонентов (микрополосковых, полосковых и линий с подвешенной подложкой). Модели системы включают петлю фазовой синхронизации, модели, основанные на формулах и дискретно-разовые модели, используемые  в ВЧ проектировании. Параметры составляющих модели могут иметь любую функциональную зависимость от частоты, времени, температуры, или другого параметра. Пользователи могут создавать новые компоненты, определяя их статические и динамические (и возможно нелинейные) характеристики на языке интерпретатора APLAC. Модели Spice и модели Touchstone/MDS могут быть импортированы (в т.ч. узловая модель Spice). 

Введение исходных данных

APLAC читает на входе - узлы, ветви и параметры компонентов модели из текстового файла. Библиотеки моделей могут быть созданы и включены. Выражения написаны программным способом, функции пользователя могут быть определены, используя комплексную математику. При описании задачи используется текстовое описание как элементов схемы, так и цикл расчета.

Выход рассчитанных характеристик

Рассчитанные характеристики выводятся в одной из разверток Sweep, определяемой пользователем: как функции параметров схемы, от времени, частоты, или температуры. Результаты могут быть напечатаны или подготовлены в прямоугольном (включая трехмерный) графике, на полярных координатах, или на диаграмме Смита. Графический выход может быть выведен в формате .EPS , .HPGL , .CSDF -, и Мета файла, или во внутреннем графическом файле. Графические возможности включает систему реквизитов для последующего автоматического создания гистограмм (Монте-Карло) и преобразования Фурье, а также разрезание, копирование и вставка кривых и характеристик. 

Оптимизация

APLAC включает следующие методы оптимизации: полный перебор, генетический, градиентный, сопряженный градиент, минимакс, Nelder-Mead, случайный, моделируемый отжиг, настройка (физическая оптимизация) и выбор весовых коэффициентов. Любой параметр в задаче может использоваться как переменная, и любая целевая функция может быть задана пользователем как  функция.

--------------------------------------- ---------------------------------

 Язык программирования

APLAC может считаться схемным моделирующим устройством со своим языком программирования. В этом разделе мы вводим некоторые характеристики APLAC, которые подчеркивают использование его как языка программирования. Эти свойства полезны, когда Вы хотите решать сложные задачи схемотехнического моделирования.

Из-за того, что APLAC делает не вывод чего - либо по умолчанию, Вы должны задать отдельные команды чтобы вывести желаемые результаты. Текст может быть выведен на печать. Для графического выхода, делаются соответствующие формулировки в блоках Dysplay  и  блоке  Sweep ... EndSweep.

 Математические функции

Встроенные функции

APLAC имеет большое количество встроенных математических функций. Их использование совершается непосредствено. Например, чтобы напечатать величину функции cos (5), Вы можете использовать язык APLAC :

 PRINT REAL cos (5) LF

Внутри идентификатора PRINT REAL сообщает, что следует вещественное число, а LF обозначает перевод строки.

Если Вы хотите форматировать результат, например, точно определяя число показанных разрядов, Вы должны использовать идентификатор R (или отделяться FORMAT) вместо REAL. В этом случае Вы должны также использовать  формат,  подобный  используемому языком Cи функция printf (). Вы можете также определять DECIMALS, чтобы обозначить число десятичных дробей. В большинстве случаев, единственный идентификатор REAL  должен быть достаточен.

Различные форматы печати даны ниже для схемного файла netlist:

PRINT REAL   cos (5)   REAL  sin  (-5)   LF
PRINT R " cos = % 5 " cos (5) R " sin = % f "  sin (-5) LF
PRINT DECIMALS = 6 REAL   cos (5)   REAL   sin (-5) LF
PRINT FORMAT = " % 4. 1f "     REAL   cos (5)   REAL   sin (-5)   LF

 283. 662m 958. 924m
cos 0.28 sin 0.958924
283. 662185m 958. 924275m
0.3 1.0

Могут использоваться также большие сложные выражения вместо одной функции:

PRINT REAL   (cos (5) * atan (10) + 5 * 3.14)   LF

Заметьте, что, если Вы имеете пробелы внутри выражения (как в вышеупомянутом примере), Вы должны использовать круглые скобки вокруг него.

Комплексное число z = + jb может быть представлено в форме (a, b). Оно может также быть представлено в форме фазы величины, например, z /_ phio написан как (z ' phi). Круглые скобки указывают, что рассматривается комплексное число. Комплексная арифметика может также использоваться внутри выражений:

 

                   PRINT RI (1, 2) * (5, 2) LF

* Является эквивалентным

                PRINT RI (1, 2) * (5.385 ' 21.8) LF

где идентификатор RI задает, что выход должен быть напечатан в комплексном формате (реальная и мнимая части). Другие возможности - MA (модуль и фаза в градусах) и DB (величина в децибелах и фазе в градусах).

Функции, определяемые пользователем

Вы можете создавать ваши собственные функции, используя формулировку Function. Пусть Вы неоднократно нуждаетесь в функции f (x) = exp(x) sin (x). Тогда можно   определить новую функцию (здесь названную MyFunc):

                                       Function MyFunc(x) exp(x) * sin(x)

Пробелы могут свободно использоваться в формировании функции.

Вы можете печатать величину новой функции наряду с аргументом, например, при использовании блока For .. EndFor. Входной файл APLAC будет иметь вид

Function MyFunc(x) exp(x) * sin(x)
For i 0 10
Print REAL i BL REAL MyFunc(i) LF
EndFor

где BL означает пространство (незаполненный слой - подложка).

В результате на выходе APLAC появляется (заголовки исключены)

0.000 0.000
1.000 2.287
2.000 6.719
3.000 2.834
4.000 -41.320
5.000 -142.317
6.000 -112.724
7.000 720.473
8.000 2. 949К
9.000 3 339k
10.000 -11. 983К 

Переменные

В основном APLAC переменная x может быть объявлена

AplacVar x
или
AplacVar x = 5

В последнем случае переменная приравнена 5, в то время как в вышеупомянутом случае x дан (1) значение по умолчанию.
Вы можете использовать переменную, объявленную выше, например, чтобы рисовать кривую, которая представляет некоторую функцию. Предположим, что Вы хотите увидеть, на какую функцию f (x) = sin (exp (x)) походит. Тогда Вы можете использовать программу

AplacVar x
Sweep "Graph of Function sin(exp(x))"
+ LOOP 101 APLACVAR  x   LIN   0   3
+ Y " "       "  " -1 1
+ GRID
Show Y sin(exp(x)) 
EndSweep

В этом примере мы сформулировали, что график выводится, используя 101 точки. Идентификатор AplacVar сообщает, что мы хотим охватить переменную APLAC (в этом случае x). Идентификатор LIN сообщает, что мы сканируем  линейный диапазон значений, от 0 и до 3. Идентификатор Y имеет четыре параметра, первые два являются именем и единицами оси Y и последние два нижним и верхним пределами оси. В этом примере мы использовали пустые строки для названия и  параметров единиц. Идентификатор GRID создает сетку. .

Внутри блока Sweep ... EndSweep Вы можете использовать Display или (как в этом примере) Show, чтобы определить, что показать в символе. Идентификатор Y в Display ожидает один реальный параметр, который будет величиной оси Y в графике. Величина оси X принимается по умолчанию из Sweep.

Другая возможность создать переменную APLAC состоит в том, чтобы использовать фигурные скобки ({ }) вокруг переменной, где это появляется в первый раз. Таким образом, вышеупомянутый пример может также быть дан в форме

       Sweep "Graph of Function sin(exp(x))"

LOOP 101 APLACVAR x LIN 0 3
+ Y "" "" -1 1
+ GRID
Show Y sin(exp(x))
EndSweep

Нужно упомянуть, что графическое окно может также быть создано, используя идентификатор NW сопровождаемый целым числом. Таким образом, например, NW 1 дает, что охватывается одно окно, которое будет автонормировано. Пример выше мог походить на это также

Sweep "Graph of Function sin(exp(x))"
+ LOOP 101 APLACVAR x LIN 0 3
+ NW 1
Show Y sin(exp(x))
EndSweep

Формулировки препроцессора

#define

Вы можете определять псевдонимы для чисел, и другие величины с командой #define:

#define f0 945Meg
#define MODE PHASE

В этом случае каждое значение f0 позже во входном файл заменяется 945Meg и, аналогично, MODE (режим) заменен PHASE (ФАЗА). Будьте внимательным, чтобы не включить любые конечные пробелы в #define, чтобы избежать ошибок в выражениях.

* If def
Вместе #define вы можете использовать формулировки * ifdef ... * endif   и-или * ifdef ... * или ... * endif. Линии между этими формулировками могут быть включены или не включены, в зависимости от  формулировки #define  до * ifdef. Заметьте, что возможно превратить в комментарий отдельные линии одновременно без того, чтобы использовать стандартный комментарий, отмечая "$" или "*" в начале каждой линии. Вложенные #ifdef позволяются.

#include
С формулировкой #include Вы можете вставлять другой файл в соответствующей линии. Таким образом можно просто многократно использовать любой универсальный код, типа определения новых компонентов.
Например,   определения блоков, необходимых в PLL анализе могут быть найдены в  файле plldefs.i. Этот файл должен быть включен в начало каждого файла, где PLLS моделируются, используя формулировку:
#include plldefs.i

Если входной файл APLAC и файл формирования рисунка находится в отдельных каталогах, путь для включенного файла должен быть дан как

#include /users/martti/aplac/definitions/plldefs.i

где наклонная черта влево (\\) должна использоваться вместо наклонной черты вправо (/) в MS DOS /Windows системы, или путь должна быть найдена в системной переменной APLACDIR (см. раздел  ??).
-------------------------------------- ---------------------------------

Типы анализа

APLAC делает только некоторые типы анализа. Выполнив анализ Вы можете обратиться к функциям, потому что результаты анализа - обычно напряжение на данном узле или тока данной ветви (возможно на некотором отрезке времени или частоте).

 Анализ по постоянному току (DC)

DC анализ соответствует расчету, в котором Вы устанавливаете источники питания в некотором уровне и критерии DC напряжения и токи различных узлов и ветвей, использующих комбинированный прибор.
В APLAC источники напряжения В(вольт) используются во всех режимах анализа. Однако, параметры определяют те режимы, где В(вольт) активен. В режимах анализа, где В(вольт) неактивен, это - короткое замыкание (или сопротивление, если R дан В(вольт)). DC напряжение - устанавливается с параметром DC. Например, источник DC  5 V между узлом 1 и землей дан
V(вольт) Vin 1 0 DC = 5

 Команда анализа DC

Analys DC

После, который функция Vdc (Idc) является доступной, чтобы обратиться к DC напряжению (ток) (на данном узле (ветви).

< Рисунок >

Рисунок 25: схема делителя напряжения. Вершины обозначены 1 и 2 для netlist в входном файле APLAC.

Простой но полный пример определения выходного напряжения делителя напряжения на  рис.   25 

V VIN 1 0 DC = 5
Res R1 1 2 1К
Res R2 2 0 2К

 Анализ DC 

PRINT REAL Vdc (2) LF

 Результат анализа будет 3.33.

AC анализ

AC анализ соответствует расчету, когда схема смещена в некоторой рабочей точке, и малосигнальный синусоидальный сигнал воздействует на входе. Отклик к этому сигналу затем измеряется в выходных узлах схемы. Существенные предметы - амплитуда и фаза отклика в отношении входного сигнала.

Причина для использования малой амплитуды в расчетах и измерении - то, что малый отклик сигнала требуется и, если схема нелинейна, и сигналы большие, гармоники входного сигнала возникают в схеме, которые, в свою очередь, заставляют результат отличается от результата, расчитанного AC анализом.

Однако, AC анализ отличается из фактического измерения, в котором схема является линеаризованной в рабочей точке прежде, чем отклик вычислен. Следовательно, входная амплитуда сигнала только линейно меняет выходную амплитуду сигнала. Следовательно, так как мы обычно хотим определять коэффициент выходных и входных сигналов (который зависит только от схемы), мы можем использовать 1 как входная амплитуда сигнала и 0 как входная фаза сигнала. Выходное напряжение затем дает непосредственно желательный коэффициент и разность фазы.

Источник напряжения для AC анализа отличается из DC источника только тем что используется идентификатор AC вместо идентификатора DC. Имея в виду вышеупомянутое, мы можем записывать AC источник как

Volt Vin 1 0 DC=5

AC анализ выполняется задавая предложение

Analyze DC

 где мы предположили, что входная частота сигнала  1 кГц. После анализа, функция Vac (Iac) доступна. Это - комплексное число, которое дает реальную и мнимую часть напряжения (тока) на данном узле и данной частоте.
Обычно мы хотим представлять результат AC анализа графически как функция частоты. Чтобы делать это, мы должны использовать Развертку. Простой пример должен вычислить частотную характеристику фильтра RC, показанного на рис.   26: 

Рис. 26: НЧ RC фильтр, включенный для подтверждения AC анализа.

 

Volt Vin 1 0 DC=5
Res R1 1 2 1k
Res R2 2 0 2k
Analyze DC
Print REAL Vdc(2)
Sweep "Расчет частотной характеристики фильтра RC "

+ LOOP 101 FREQ ЛОГАРИФМ 10 100Meg
+ NW 1
+ EPS = "tutorac.eps"

Show DB Vac (2)
EndSweep

Analyze AC

[ ABS_ERR rAbs ] [ DTEMP rTempd ] [ ERR rErr ]
[ ETMAXTEMP xTmax ] [ ETSCALE xAlpha ]
[ ( F | FREQ ) rFreq ]
[ GMAX rGmax ] [ GMIN rGmin ]
( [ GUESS sFile ] ) |
( [ LOAD_GUESS sLfile ] [ SAVE_GUESS sSfile ] )
[ ITER i ] [ MODEL_DAMP iM ]
[ NO_LOT | NO_MC | NO_STAT ]
[ RMAX rRmax ] [ RMIN rRmin ]
[ SOLVE ] [ SOURCE_DAMP iS ]
[ ( TEMP | TEMPK ) rTempk ] [ TEMPC rTempc ]
[ U rU ] [ WFREQ rWfreq ]
[ Z rZ ] [ ZEROPIVOT rPivot ]

 

Рис. 27: Схема для расчета частотной характеристики фильтра RC.

Volt Vin 1 0 AC=1
Res R1 1 2 1k
Cap C1 2 0 1n
Sweep "RC Filter Frequency Response"
+ LOOP 101 FREQ LOG 10 100Meg
+ NW 1
+ EPS="tutorac.eps"
Show DB Vac(2)
EndSweep

Рис. 28. Частотная характеристика фильтра RC.

 В этом примере число точек в графике 101, развертка логарифмическая (определена идентификатором LOG), начальная частота 10 Hz, и конечная частота 100 MHZ. Линия NW 1 в развертке определяет, что одно автоматически вычисленное окно должно быть открыто. EPS = "tutorac.eps" создает файл EncapsulatedPostScript, который используется в создании рис.   28.

Идентификатор DB внутри Display определяет, что комплексное число ожидается, и это будет показано как две характеристики: один для величины в децибелах и один для фазы в градусах. Другие подобные идентификаторы - MA и RI. Результат анализа показывается в рис.   27.
   
Если Вы хотите установить масштаб оси Y самостоятельно, Вы можете или использовать меню или точно определять идентификатор Y (вместо NW 1) во входном файл. Y берет четыре параметра, типа:

                                                                                                      + Y Mag dB -40 0

В этом случае Mag - название оси, dB - единицы на этой оси,  нижний и верхний предел для оси  -40 и 0, соответственно. Идентификатор Y - для левой оси Y. Для правой оси Y Вы можете использовать идентификатор Y2. Не путайте это с Y, точно установленным на Display, или Show (см. ниже).

 Если Вы заинтересованы только модулем, Вы должны изменить формулировку. Используйте  встроенные функции Мag или MagdB, чтобы вычислить величину или величину в децибелах . Кроме того, идентификатор DB (комплексного числа) должен быть изменен на Y, который ожидает вещественное число. 

Show Y MagdB(Vac(2))
Prepare RMAX=100G
         $ значение по умолчанию RMAX
. Analyze AC
                         $ здесь RMAX=100G и для AC и внутреннего
                                $ анализ DC
.                                
$ установки, которые влияют на смещение DC
. Analyze DC RMAX=1G
$ теперь RMAX=1G; анализ DC должен быть
                                      $ размещен перед следующем AC анализ

Analyze AC
                 $ теперь RMAX=1G во время последней модификации

 

Анализ переходных процессов

TRAN анализ соответствует расчету, когда на входе схемы стоят один или большее количество генераторов  сигнала (синусоидальные источники или преобразователи) и  используетсяосциллограф, чтобы показать формы сигнала напряжения в желательных узлах.
Источник напряжения может использоваться в TRAN анализе, задавая идентификатор TRAN и соответствующее выражение для формы сигнала. Внутренняя переменная t обычно используется как аргумент времени.
Наиболее общий случай - синусоидальный источник. Он может быть определен

#define Amp 5
#define f0 1k
#define p0 pi/4
Volt Vin 1 0
TRAN=Amp*cos(2*pi*f0*t + p0)
* Def Amp 5

где pi = pi - внутренняя постоянная APLAC. В этом случае мы использовали * Def, чтобы задать имя  усилителя Amp, с частотой f0 и фазой сигнала p0. Может быть полезно, если та же самая величина используется в отдельных местах, хотя мы могли написать взамен:

Volt Vin 1 0 TRAN=5*cos(2*pi*1k*t + pi/4) 

Команда анализа для TRAN анализа

Analyze TRAN TE=1m

где идентификатор TE сопровождается желательным конечным временем анализа. 

После анализа, функция Vtran (Itran) доступна. Это есть напряжение (ток)(в данном узле (ветви) в данном времени, которое могло быть напечатано с формулировкой Print. Однако, так как мы обычно хотим видеть форму сигнала, мы должны использовать Развертку Sweep  вместе с AC анализом.

Рис. 28: Однополупериодная схема выпрямителя, состоящая из диода и резистора нагрузки. Источник напряжения, используемый в анализе также показан.

Простой однополупериодный выпрямитель рис. 28 может анализироваться, используя входной файл

ВVolt Vin 1 0 TRAN=cos(2*pi*1k*t)
Diode D1 1 2
Res RL 2 0 1k
Sweep "Half-Wave Rectifier Analysis"

+ LOOP 101 TIME LIN 0 3m
+ Y "u" V -1 1
+ EPS="tutortr.eps"

Display Y "In" Vtran(1)
+ Y "Out" Vtran(2)
EndSweep

 
Рис. 30: Входные и выходные формы сигнала однополупериодного выпрямителя.

В этом примере мы изменяем время линейно от 0 до 3 MS. Мы используем Display  чтобы  дать имена для сигналов (In и Out). Иначе, формулировки Показывают, и Дисплей идентичен. Результат анализа показывается на рис.   29.

 

S параметры

Анализ S параметров - использование AC анализа, который соответствует непосредственному  использованию анализатора цепи.

DC источники для схемы должны быть включены как обычно. Однако, в AC анализе, никакие явные AC источники не должны быть даны. Иначе, результаты могут быть ошибочны. Вместо этого, Вы должны определить схему как n-портовую, используя формулировку DefNPort. Например, в случае четырехполюсника, если узлы 1 и 0 выбраны, чтобы определить первый порт , второй порт и узлы 5 и 0 

DefNPort DUT 2 1 0 50 5 0 50 

где число 50 -  опорное полное сопротивление для первого порта и последние три числа  (5 0 50) вершины и полное сопротивление для второго порта.

Результаты возвращают функции S (n, m) для Snm. Заметьте, что S параметры, одноименные AC напряжения, являются комплексными числами.

S параметры обычно используются на СВЧ. В этих случаях эффект компоновки должен также часто быть принят во внимание. Следующий пример вычисляет S параметры полосковой линии T-резонатор, показанный в рис.   30. 

Рис. 30: Топология T-резонатора микрополосковой линии.

Для моделирования мы должны разделить топологию на четыре части как показано на  рис.   31.

Рис.31: Полосковая линия T-резонатор показывает использование встроенных компонентов APLAC. Четырехполюсник определен между узлами В и Out.

Соответствующий входной файл APLAC

#define Width 1.14mm $ milli(meter)
Msub Duroid ER=10.5 H=1.27mm T=0.018mm
+ RHO=0.75 RGH=1e-3mm TAND=0.001 COVER=1
Mlin Min In 2 W=Width L=50mm
Mlin Mout 3 Out W=Width L=50mm
Mloc Mtee 4 W=Width L=35mm
Mtee Tee 2 3 4
DefNPort MLine 2 In 0 50ohm Out 0 50ohm

Sweep "Microstrip T-Resonator"

+ LOOP 51 FREQ LIN 800Meg 900Meg
+ SMITH
+ BIG_SCREEN
+ EPS="tutors.eps"

Show RI S(2,1)
+ RI S(1,1) LINE=3
EndSweep 

Рис. 32: S11 и S22 T-резонатора полосковой линии .

Формулировка Msub определяет глобальные параметры для материала полосковой линии. Заметьте также, что составляющая, которая используется, чтобы моделировать неоднородность в топологии (здесь Mtee), должна быть дана в netlist только после составляющих.

Идентификатор Smith внутри команды Sweep сообщает, чтобы APLAC выводил  результаты на диаграмму Смита. Идентификатор BIG_SCREEN удаляет название кривой характеристики из символа, позволяя большую площадку для графика непосредственно.

S параметры можно вывести в таблицу, используя идентификатор RI. Новый тип линии ЛИНИЯ = 3 определена для S11, чтобы делать соответствующую диаграмму отличающуюся ясно от S21 также в черно-белом выходе. Результат анализа показывается в рис.   32.

 

Устойчивость

Устойчивость линейной схемы может быть вычислена из S параметров. Из-за того, что могут потребоваться сложные вычисления, APLAC обеспечили функции, которые помогают в определении устойчивости схемы на активных компонентах.

Рис. 33: Транзисторный усилитель.

Рассмотрим усилитель, показанный на рис.   33. Проверим, является ли схема безусловно устойчивой или нет. Это может быть выполнено, используя или функцию устойчивости S_u (это - самый современный и простой способ [25)] или функции устойчивости S_D и S_K - определитель S матрицы и коэффициент устойчивости. Схема безусловно устойчива, если S_u больший чем 1, или если S_D - меньше чем 1, и одновременно S_K больший чем 1 во всех частотах. Использование S_D вместе с S_K более сложно, чем просто S_u, но это упомянуто здесь только, потому что S_u еще не широко известен. 

Входной файл APLAC для расчета устойчивости

Model bjtmodel IS=0.89f BF=105
+ IKF=200m NF=1.01
+ ISE=54f NE=1.55
+ VAF=45 BR=13
+ IKR=20m NR=1.01
+ ISC=50f NC=2.12
+ VAR=5 RE=0.7
+ RC=2.2 RB=10
+ CJC=0.5p CJE=2p
+ VJC=0.60 VJE=0.60
+ MJC=0.51 MJE=0.36
+ TF=10p TR=1n
Cap C1 In 2 10n
Res R1 2 3 1.2k
Res R2 3 4 22k
Cap C2 3 4 10n
BJT Q1 4 2 0 MODEL=bjtmodel
Cap C3 4 Out 10n
Res R3 4 5 220
Cap C4 5 0 10n
Res R4 5 6 10
Volt Vcc 6 0 DC=5
DefNPort Amplifier 2 In 0 50ohm Out 0 50ohm
Sweep "Amplifier Stability Analysis"

+ LOOP 101 FREQ LOG 1k 1G
+ Y "" "" 0 2
+ Y2 "u" "" 0.9995 1.0005
+ GRID
+ EPS="tutorst.eps"

Display Y "D" S_D
+ Y "K" S_K LINE=2
+ Y "u" S_u MARKER=1
+ Y2 "u" S_u MARKER=2
EndSweep

Результат анализа показывается на рис.   34. Как может быть замечено, усилитель может быть неустойчив в частотах от 4 кГц до 14 кГц. Заметьте, что мы должны моделировать паразитные пассивные компоненты и топологии также как модуля транзистора, чтобы получить достоверные результаты особенно в высоких частотах.

 
Рис. 34: Характеристики устойчивости транзистора.

Мы могли изменять схему, данную выше, чтобы делать это безоговорочно устойчивый (например, 1.8 kohm сопротивление для R1 будет достаточен). Другая возможность состоит в том, чтобы определить источник и полные сопротивления нагрузки, которые гарантируют устойчивую работу. Это может быть выполнено рисунком источник и круги устойчивости нагрузки на диаграмме Смита.

Центр и радиус окружностей устойчивости на входной плоскости показываются по S_CS и S_RS, соответственно. Аналогично, окружности устойчивости нагрузки даны S_CL и S_RL. Мы изменяем развертку вышеупомянутого примера, чтобы рисовать окружности устойчивости [нагрузки] в частотной области, где неустойчивость может происходить:

Sweep "Load Stability Circles of an Amplifier"

+ LOOP 11   FREQ  LOG   3k   20k
+ SMITH
+ BIG_SCREEN
Show CIRCLE S_CL S_RL
EndSweep + BIG_SCREEN

Результаты показывают это, круги вне диаграммы Смита и поскольку | S11 | < 1, мы выводим, что усилитель устойчив со всеми пассивными нагрузками. 

Анализ установившегося состояния

В многих случаях, когда Вы моделируете нелинейную схему во временной области, Вы заинтересованы только в конечных величинах напряжений узла (установившегося состояния). То есть Вы выполняете анализ TRAN до тех пор, пока форма сигнала не устанавливается. Это может занять значительное количество времени. Отдельный анализ установившегося состояния (SS) может использоваться вместо анализа TRAN, чтобы достигнуть желательных результатов быстрее. В APLAC имеются шесть различных установившихся методов, а именно, гармонический баланс, установившийся малосигнальный, идеальный и не-идеальный варактор, установившийся анализ во временной области, и метод анализа шума в нелинейных цепях.

В отличие от TRAN анализа, SS анализ выполняется в частотной области. Эффект нелинейных компонентов принят во внимание с DFT (Дискретным преобразованием Фурье). Это означает, что все компоненты сигнала, которые существуют в SS анализе, должны быть периодическими. Они представлены фундаментальной частотной составляющей и конечным числом гармоник. Чем более искаженный сигнал, тем большее число гармоник необходимо учитывать в расчете.

Так как результат SS анализа - в основном спектр, SS анализ сравним с использованием анализатора спектра. Однако, если анализатор спектра обычно показывает только амплитудный спектр, SS анализ вычисляет также и фазовый спектр.

DC компонента всегда рассчитывается в SS анализе. Число гармоник помимо DC дано в готовящейся формулировке в начале входного файла. Если искажение сигналов слабо, малое число гармоник достаточно. Например, если четыре гармоники достаточны, мы записываем

Prepare TONE1=4

Гармонический анализ использует те же самые источники как и анализ TRAN, то есть идентификатор TRAN используется для источников напряжения и тока. В TRAN анализе, Вы можете рассчитать напряжения и токи через какое-то время, в то время как в SS анализе, моделирование выполняется итерационно, пока величины всех гармоник не были вычислены. К результатам затем обращаются функции To Spectrum, Vss или RmsSpectrum. Первые два возврат функций максимальные амплитуды гармоник; третьи возвраты RMS амплитуды. Соответствующие частотные индексы могут быть найдены из вектора HarmFreq (HarmIndex). Эти два вектора доступны всякий раз, когда SS анализ выполнился.

Если мы используем SS анализ, чтобы моделировать тот же самый пример, который был обеспечен вместе с TRAN анализом, мы получаем следующий входной файл для APLAC:

#define NHarm 4
#define f0 1k
Prepare TONE1=NHarm
Volt Vin 1 0 TRAN=cos(2*pi*f0*t)
Diode D1 1 2
Res RL 2 0 1k
Sweep "Half-Wave Rectifier Using SS Analysis"

+ SS FO=f0
+ NW 1
+ EPS="tutorss1.eps"
+ NW 1
+ TITLE="Half-Wave Rectifier Waveform"
+ EPS="tutorss3.eps"

Show WINDOW 0 SPECTRUM Mag(Spectrum(2))
+ WINDOW 1 WAVEFORM VWf(2)

EndSweep

 Число гармоник выбрано - четыре. Фундаментальная частота - частота синусоидального источника (f0 = 1КГц). Это должно быть дано, чтобы задать Sweep идентификатором f0. Идентификатор SS определяет, что должен быть выполнен SS анализ.

Внутри формулировки Show идентификатор SPECTRUM означает, что выходные величины будут векторы (в этом случае, имеющем размерность 5, т.е. DC и четыре гармоники). SPECTRUM имеет один аргумент, комплексный векторный Spectrum(2).

Если мы хотим видеть самую низкую и самую высокую компоненту спектра более ясно, мы не должны использовать автоматический пересчет (то есть NW 1) но взамен точно определять наши собственные шкалы. Это может быть выполнено, изменяя формулировку Sweep:

#define NHarm 4
#define f0 1k
Prepare TONE1=NHarm
Volt Vin 1 0 TRAN=cos(2*pi*f0*t)
Diode D1 1 2
Res RL 2 0 1k
Sweep "Half-Wave Rectifier Using SS Analysis"

+ SS FO=f0
+ NW 1
+ EPS="tutorss1.eps"
+ WINDOW 1
+ X "f" "Hz" -f0 (NHarm+1)*f0
+ Y "Mag" "V" 0 0.2
+ BIG_SCREEN
+ EPS="tutorss2.eps"

Show SPECTRUM Mag(Spectrum(2))
EndSweep

Рис. 35: выходной спектр однополупериодного выпрямителя.

Результат анализа в этом случае показывается на рис. 35. Заметьте, что самый простой способ пересчета окон состоит в том, чтобы использовать интерактивные меню, которые также открывают много других полезных функций.

 Форма сигнала

Так как мы знаем и амплитуду и фазовый спектр сигнала, мы можем также вычислить соответствующее представление во временной области этого периодического сигнала. Это может быть выполнено, задавая идентификатор WAVEFORM к Show (или Display) сопровождаемый вектор-функцией VWF (n1), который вычисляет форму волны напряжения области времени на узле n1 используя, по умолчанию, самую низкую спектральную частоту (WFFREQ), два периода (WFPERIODS), и 128 точек в периоде (WFPOINTS). Значения по умолчанию могут быть изменены, точно определяя функции WFFREQ, WFPERIODS, и-или WFPOINTS, чтобы выполнить команды Analyze, Prepare, SetAnalyzerParam, или Sweep. Заметьте что IWF (b1) рассчитывает форму волны тока через ветвь b1.

Рис. 36: выходная форма сигнала однополупериодного выпрямителя.

 Форма волны показывается на рис.   36 и должна быть сравнена с рис. 29. Ясно, формы волны не идентичны. Это происходит из-за малого числа гармоник, используемых в SS анализе. Если мы изменяем число гармоник от четырех до 32 и храним все остальное нетронутым, результат будет как показываться в рис.   37.

Рис. 37: выходная форма волны однополупериодного выпрямителя, когда 32 гармоники используются в анализе.

Цена, оплаченная за увеличиваемую точности - то, что моделирование занимает больше времени и памяти. Иногда недостаток памяти ограничивает число применимых гармоник.

 

Многосигнальное возбуждение

В  методе гармонического анализа - число гармоник находится между 0 и числом гармоник, соответствующем  частотному разрешению. Если задача включает частоты, которые расположены очень далеко друг от друга, число гармоник должно быть очень высок. Однако, память компьютера и позволенное время вычисления имеет верхний предел по числу гармоник.

Этот конфликт может быть преодолен (до некоторой степени), используя метод гармонического баланса.

Смеситель - типичный случай для метода гармонического баланса. Рассмотрим простой диодный смеситель в рис.   38, который состоит из диода и резонансного контура. Генератор состоит из источника смещения DC и двух последовательных источников ВЧ. Генератор и полные сопротивления нагрузки также показывается.

Рис. 38: Простой диодный смеситель.

Смеситель используется как преобразователь частоты вниз, который был выполнен подходящим выбором для величин C1 и L1. Входной файл APLAC имеет вид:

#define     Order 3
#define     f1     925Meg
#define     f2     970Meg
Prepare     TONE2=Order
Volt     Vlo     1  0     DC=1 SS=1,UdBm(10)
Volt     Vrf      1  2     SS=2,UdBm(1) R=50
Diode   D1      2 3
Cap     C1 3 0 40p
Ind       L1 3 0 500n
Res      RL 3 0 50
Sweep "Diode Mixer"

+ SS FC=[f1,f2]
+ X "f" "Hz" 0 3G
+ Y "P_out" "dBm" -80 0
+ GRID
+ BIG_SCREEN
+ EPS="tutord.eps"

Show SPECTRUM dBm(Mag(Spectrum(3)))
For i 0 Order*(Order+1)
Print INT i BL REAL HarmFreq[i] BL
+ REAL dBm(Mag(Spectrum(3)[i])) LF
EndFor
EndSweep

 В схеме мы имеем две входных частоты: локальная частота генератора 925 MHZ, и частота входа ВЧ 970 MHZ. Их уровни 10 dBm и 1 dBm, соответственно. Во входном файл они могли бы быть представлены, используя идентификатор TRAN, при выполнении и TRAN анализа и базового метода гармонического баланса, но показанный метод рекомендуется из-за лучшей точности. То есть мы используем идентификатор SS сопровождаемый двумя параметрами. Первый параметр определяет, который входной тон используется. Второй параметр определяет амплитуду (и возможную фазу, если комплексное число дано) соответствующего косинусоидального сигнала.

Формулировка Prepare

Prepare TONE2=Order

Состояния, что будет иметься DC составляющая и Order * (Order + 1) = 12 частот в анализе, величины который будет вычислен, автоматически используя процедуру, показанную в 1 таблице.

Таблица 1: частоты в векторе HarmFreq для обобщенного гармонического равновесия в случае двух входных тонов.

For-LOOP в нашем примере дает в этом частном случае

0 0.00         -125.32
1 925. 00M  -10.05
2 970. 00M -20.71
3 1. 85G -26.15
4 45. 00M -7.66
5 1. 90G -30.31
6 1. 94G -49.38
7 2. 77G -43.35
8 880. 00M -31.93
9 2. 82G -44.51
10 1. 01G -47.48
11 2. 87G -60.27
12 2. 91G -84.19

 Внутри блока Sweep ... EndSweep мы имеем, сравниваемый с базовым SS анализом, новый идентификатор FC, который сопровождается частотами возбуждения f1 и f2.

Выходной спектр показывается в рис. 39. Из печатных результатов (или символов) мы можем видеть, что потери на преобразование смесителя 1 - от -7.66о до 8.66 dB и развязка " LO, если " равна 10 - от -10.05 до 20.05 dB.

Рис. 39: Выходной спектр диодного смесителя.

 

Установившийся малосигнальный анализ

Малосигнальный анализ нелинейных цепей может использоваться для цепей с двумя сигналами возбуждения, если один существенно меньший, чем другой. Метод может использоваться, чтобы анализировать смесители также как неидеальные цепи варактора.

Метод может сравниваться со стандартным AC анализом, которому предшествует DC анализ, чтобы рассчитать рабочую точку. Затем схема линеаризируется в этой точке, и выполняется синусоидальный анализ фазовращателя. Рабочая точечная идея может быть расширена, выполняя гармонический анализ с единственным тоном для схемы, возбужденной только сильным сигналом LO (генератора). В результате нелинейные компоненты имеют периодическую форму волны как их " рабочая точка " и статические и динамические источники могут быть линеаризованы и трактуемые как неустановившиеся составляющие. Частотная характеристика изменяющейся во времени схемы вычислена при помощи свертки.

Гармонический баланс с двумя сигналами возбуждения может использоваться, чтобы анализировать те же самые цепи как малосигнальный анализ. Рис.   40 показывает частоты и анализа методом гармонического баланса с малым сигналом в случае N = 4. На рис.   40, SS_SS и HB обозначают установившееся и гармоническое равновесие с малым сигналом с двумя сигналами возбуждения, соответственно.

Рис.40: Гармонические частоты в малосигнальном анализе и анализе методом гармонического баланса.

 Число частот в установившемся анализе с малым сигналом

(1)

Когда тот же самый анализ выполняется,  используя гармонический баланс с двумя сигналами возбуждения, число частот

Рис. 41 показывает S_(SS_SS) и S_(HB) как функции N. В смесителях выходной сигнал выделяется IF фильтром, оставляя только разность LO и частот RF, то есть частот w _(c ) - w _(s ). Рис.  40 показывает, что эта частота включена в малосигнальный анализ, так что предложенный метод может использоваться для смесителей. В случае цепей варактора, частотная w _(c ) наиболее важна. Обычно частоты сигнала w _(s ) - самая маленькая частота, и более высшие частоты фильтрованы. Снова, анализ с малым сигналом может использоваться. Если не имеется никакого фильтрования, большее количество гармоник необходимо.

Преимущество использования малосигнального установившегося анализа по сравнению с гармоническим балансом с двумя сигналами возбуждения - состоит в том, что анализ выполняется в двух шагах. Это означает, что две меньших матрицы должны быть вычислены, в то время как в гармоническом балансе одна большая матрица вычисляется. По этой причине малосигнальный анализ всегда быстрее, чем расчет гармонического баланса при многосигнальном возбуждении. Другое преимущество - характеристики сходимости. Предложение - то, что во время нахождения баланса иногда сходимость не достигается чаще, чем в односигнальном гармоническом балансе (первый шаг анализа с малым сигналом). Второй шаг анализа с малым сигналом линеен, и он не может закончиться неудачно.

Рис. 41: Число гармонических частот в малом сигнале и анализе методом гармонического баланса.

Рассмотрим моделирование того же самого примера, как предыдущий. Топология схемы показывается в рис.   38, и входной файл для этого примера:

#define Order 3
#define f1 925Meg
#define f2 970Meg
Prepare SS_SMALL_SIGNAL=Order
Volt Vlo 1 0 DC=1 SS=1, UdBm(10)
Volt Vrf 1 2 SS=2, UdBm(1) R=50
Diode D1 2 3
Cap C1 3 0 40p
Ind L1 3 0 500n
Res RL 3 0 50
Sweep "Diode Mixer"

+ SS FC = [f1, f2]
+ X "f" "Hz" 0 3G
+ Y "P_out" "dBm" -80 0
+ GRID
+ BIG_SCREEN
+ EPS="tutssss.eps"

Show SPECTRUM dBm(Mag(Spectrum(3)))
For i 0 Order*(Order+1)
Print INT i BL REAL HarmFreq[i] BL
+ REAL dBm(Mag(Spectrum(3)[i])) LF
EndFor
EndSweep

 Результаты моделирования показываются на рис.   42.

Рис. 42: выходной спектр диодного смесителя.

 

Анализ cистем

Имеются три основных способа моделирования системы в APLAC:

· Вы можете определять ваши собственные компоненты системы, использующие возможность моделирования APLAC Интерпретатора. Например, моделирование кольца ФАП ( PLL) .

· Если Вы проектируете приемник, Вы можете быть заинтересованы в блоках, описанных формулами. Это может использоваться, чтобы определить коэффициент усиления, точки пересечения и точка сжатия, и моделировать такие общие размеры приемника как RF-чувствительность и избирательность по соседнему каналу.

· Более общие моделирования системы во временной области могут быть сделаны, используя дискретно-разностное моделирующее устройство системы. При использовании этого моделирующего устройства Вы можете изучать формы сигнала и-или спектры в любой из узлов вашей блок-схемы.

Электромагнитный анализ

Трехмерное электромагнитное моделирование в APLAC было реализовано, используя метод FDTD (метод конечных разностей во временной области), который способен решать уравнения Максвелла во временной области. Из-за непостоянного приближения FDTD он может решать большой класс электромагнитных задач типа расчета диаграммы направленности различных антенн, вычисление электромагнитного волнового взаимодействия на биологические ткани, характеристика СВЧ приборов, волноводных структур, резонаторов , а также для исследования ЭMC (Электромагнитная совместимость).

 

Модели APLAC

 Базовые модели

· Ассиметричная соединенная структура линии, определенная электрическими параметрами (Aclin)
· Емкость с паразитной индуктивностью, сопротивлением и проводимостью (CAP)
· Циркулятор (Circulator)
· Связанные линии передачи (Clin)
· Коаксиальная линия (Coax)
· Olta e/cu ent-управляющийся источник напряжения / тока (CSOURCE)
· Независимый источник тока (Curr)
· Конденсатор бесконечной величины (DCBLOCK)
· Катушка индуктивности бесконечной величины (DCFEED)
· Гиратор (Gyrator)
· Идеальный трансформатор (IdealTransformer)
· Индуктивность с паразитной емкостью, сопротивлением и проводимостью (Ind)
· Взаимная индуктивность (Muc)
· Общая многослойная структура (MultiLayerStruct)
· Источник шумового тока или напряжения (NoiseSource)
· N-порт с явными Y параметрами (NPORT)
· N-порт с измеряемым (вычисленным) Z, Y, H или S параметрами (NPORT)
· Линейный операционный усилитель (OpAmp)
· Анализируемый  генератор (OscVar, OscGoal)
· Контактные площадки
· Произвольная печатная площадка топологии платы с одним или большим количеством отдельных под-площадок (PCBSTRUCT)
· Сопротивление с паразитной емкостью, индуктивностью и проводимостью (Res)
· Плоский проводник (Лента)
· Прямоугольная катушка индуктивности (Корка)
· Переключают в анализ управляемого конденсатора (ScSwitch)
· Идеальное короткое замыкание и амперметр ()
· Спиральная катушка индуктивности (Spind)
· Рациональная передаточная функция в частотной области, которая может также использоваться во временной области (TF)
. Линия передачи TEM-волн (TLINE)
· Диспергирующая линия передачи TEM-волн (TLINEDISP)
· Независимый источник напряжения с или без внутреннего сопротивления (В)((вольт))
· Круглый проводной (Провод)
· Идеальный частотно-зависимый блок полного сопротивления (Zblock)

 

Модели микрополосковой линии

· Компланарный волновод с или без земляной плоскости (Cpw)
· Ассиметричные связанные  полосковые линии (Maclin)
· Срезанный поворот микрополосковой линии и оптимально срезанный поворот (Mbend)
· Изгиб полосковой линии, имеющий произвольный угол между 0 и 180° (Mbend)
· Симметричные соединенные линии полосковой линии (Mclin)
· Пересечение симметричной полосковой линии (Mcros)
· Разрыв полосковой линии (Mgap)
· Гребенчатый конденсатор на полосковой линии (Micap)
· Ответвитель Ланже на полосковой линии (Mlange)
· Произвольная топология микрополосковой линии (Mlayout)
· Микрополосковая линия (Mlin)
· Полосковая линия с разомкнутым концом (Mloc)
· Короткозамкнутая полосковая линия (Mlsc)
· 4-портовый направленный ответвитель Ланже в многослойной подложке (MLSLANGE)
· Прямоугольная катушка индуктивности на микрополосковой линии (Mrind)
· Микрополосковый радиальный шлейф (Mrstub)
· Узкий поперечный разрыв в микрополосковой линии (Mslit)
· Катушка индуктивности спирали полосковой линии (Mspind)
· Инвертированная микрополосковая линия (Msslin)
· Скачок ширины микрополосковой линии (Mstep)
· Формирование подложки микрополосковой линии (Msub)
· Сужающаяся микрополосковая линия (Mtaper)
· Тройник микрополосковой линии (Mtee)
· Тонкопленочный конденсатор в микрополосковой линии(Mtfc)
· Микрополосковый тонкопленочный резистор (Mtfr)
· Металлическая перемычка между слоями ( Via)

 

Полосковые модели

· полосковая структура, связанная по широкой стороне (Sbclin)
· Полосковый изгиб, имеющий произвольный угол между 0 и 180 градусами (Sbend)
· Связанные по краю симметричные полосковые линии (Sclin)
· Выбирают полосковый (Slin)
· Полосковый с открытым(разомкнутым) концом (Sloc)
· Короткозамкнутый полосковый (Slsc)
· Прямоугольная полосковая катушка индуктивности (Srind)
· Подложка полосковой линии (Ssub)

 Модели подложки полосковой линии

· Симметричная соединенная приостановленная пара полосковой линии подложки (Ssclin)
· Выбирают приостановленную линию полосковой линии подложки (Sslin)
· Приостановил полосковое формирование рисунка подложки (Sssub)

 

Нелинейные модели

· Механический емкостный акселерометр (Акселерометр)
· модель биполярного транзистора Гуммеля-Пуна с распределенной базовой областью (BJT)
· Модель четырехполюсника основанная на измерении - черный ящик (BlackBox)
· Математическая модель МОП-транзистора (BSIM)
· Модель -плоскостного диода с pn-переходом(DIOD)
· Dmos (DMOS)
· R -, L -, C -, и М. - динамический элемент (DynElem)
· Hbt (HBT)
· Igbt (IGBT)
· Полевой транзистор с p-n-переходом (плоскостной полевой транзистор) (ПОЛЕВОЙ ТРАНЗИСТОР С P-N-ПЕРЕХОДОМ)
· Переход Джозефсона (JJ)
· Полевой транзистор с затвором на основе барьера Шотки
· МОП-транзистор (MOSFET)
· Операционный усилитель (OpAmp)
· КОНТАКТНО - ДИОДНАЯ модель (PinDiode)
· Кратный olta e/cu ent-управляющийся полиномиальный источник тока / напряжения (POST)
 Кратный управляемый напряжением переключатель с паразитной емкостью (переключатель)
· Трансформатор, включая гистерезис и насыщение (Тороид)
· Модель транзистора биполярного прибора Ebers-Молл (Преобразователь)
· Кратные olta e/cu ent-управляющиеся источники тока / напряжения (VCCS, CCCS, VCVS, CCVS)· 
Кратный olta e/cu ent-управляющийся заряд / флюс (VCCS, CCCS, VCVS, CCVS)

 

Блочные модели

 

· Баттервортовский или Чебышевский BP -, БН-, HP, и LP -фильтры
· Петля фазовой синхронизации (PLL)
· Нелинейный усилитель (XAMPLIFIER)
· Амплитудный модулятор (XAMPLMODULATOR)
· Смеситель (XMIXER)
· Генератор (XOSCILLATOR)
· Summer (XSUMMER)
· Управляемый напряжением генератор (XVCO)

 Имитационные модели PLL

· Делитель частоты
· Комбинация AC и-или скачка напряжения (InputSignal)
· Линейная модель для фазового детектора (PhaseDetector)
· Блок, вычисляющий разность двух сигналов
· Блок, вычисляющий сумму двух сигналов
· Блок линейной модели для генератора, управляемого напряжением (VCO) 

 

Формульные имитационные модели системы

· Усилитель (Amplifier)
· Антенна (Antenna)
· Чебышевский фильтр (ChebFil)
· (Дуплексер) с дуплексным фильтром
· Cхема " Если " (IF_CIRCUIT)
· Вентиль (ISOLATOR)
· Смеситель (MIXER)
· Генератор (OSCILLATOR)
· Делитель мощности (PowerDivider)
· Фильтр, определенный S параметрами (четырехполюсник)

 

Дискретные имитационные модели системы

· Адаптивный фильтр (AdaptiveFilter)
· Аналого-цифровой преобразователь (ADC)
· Логическая четырех-разрядная смесительная схема (смесительная схема)
· Усилитель (Усилитель)
· Амплитудный модулятор (AmplModulator)

· Аттенюатор (Аттенюатор)

· Элемент, имеющий люфт нелинейности (Люфт)
· Нелинейный элемент для полосовых сигналов через / @ и / PM преобразование (BandpassNonLin)
· Измеритель " частоты передачи ошибочных битов " (BERMETER)
· Полосовой фильтр Бесселя (BesselBP)
· Режекторный фильтр Бесселя (BesselBS)
· ВЧ фильтр Бесселя (BesselHP)
· НЧ фильтр Бесселя (BesselLP)
· Произвольный битовый генератор (BitGenerator)
· Полосовой баттервортовский фильтр (ButterworthBP)
· Режекторный баттервортовский фильтр (ButterworthBS)

· ВЧ баттервортовский фильтр (ButterworthHP)

· НЧ баттервортовский фильтр (ButterworthLP)

· Эллиптический полосовой фильтр (CauerBP)

· Эллиптический фильтр bandstop (CauerBS)

· Эллиптический фильтр highpass (CauerHP)

· Эллиптический фильтр lowpass (CauerLP)

· Чебышевский полосовой фильтр (ChebyshevBP)

· Режекторный Чебышевский фильтр (ChebyshevBS)

· ВЧ Чебышевский фильтр (ChebyshevHP)

· НЧ Чебышевский фильтр (ChebyshevLP)

· Источник меток времени

· Блок, извлекающий комплексную оболочку полосового сигнала (ComplexEnvelope)

· Устройство сжатия динамического диапазона (компрессор)

· Блок, вычисляющий корреляцию двух сигналов (коррелятор)

· Логика счетчик (Счетчик)

· Цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП)

· Решающий прибор (Решение)

· Задерживающее звено (Задержка, Delay2)

· Схема демультиплексора (Демультиплексор)

· D триггер(ждущий мультивибратор) (DFLIP_FLOP)

· Дифференциальный усилитель (DiffAmp)

· Дифференциатор (дифференциатор)

· Смеситель с преобразованием вниз (Downconverter)

· Идеальная дифференциально составленная программа PSK модулятора (DPSKMODULATOR)

· Дифференциальный сдвиг по фазе на 90° перемещается(изменяется) кодер манипуляции (DQPSKENCODER)

· Двойной модуль prescaler (DualNDivider)

· Шумовой источник с четным распределением (EvenNoise)

· Расширитель напряжения (расширитель)

· Экспоненциальный источник

· Управляемый напряжением источник напряжения с определяемой пользователем формулой (Формула)

· Частотный преобразователь для полосовых сигналов (FreqConverter)

· Частотомер (FreqCounter)

· Идеальный частотный демодулятор (FreqDemodulator)

· Делитель частоты (FreqDivider)

· Фильтр разработал использование частоты, производящей выбор (FreqSamplingFil)

· НЧ Гауссов фильтр lowpass (GaussianLP)

· Шумовой источник с Гауссианом (GaussianNoise)

· Фазосдвигающее устройство на 90° (HilbertTransformer)

· Обратный Чебышевский полосовой фильтр (ICHEBYSHEVBP)

· Обратный Чебышевский режекторный фильтр (ICHEBYSHEVBS)

· Обратный Чебышевский ВЧ фильтр (ICHEBYSHEVHP)

· Обратный Чебышевский НЧ фильтр (ICHEBYSHEVLP)

· ЕЛЬ фильтрует с данным импульсным откликом (ImpulseResponse)

· Интегратор (Интегратор)

· JK триггер (JKFLIP_FLOP)

· Блок, рассчитывающий изображение по Лапласу (LaplaceTransform)

· Усилитель ограничитель

· Согласованный фильтр, выполненный фильтром ЕЛИ (MatchedFilter)

· Фильтр медианы (MedianFilter)

· Ждущий мультивибратор

· Моделируют для канала мультипути (Мультипуть)

· Схема мультиплексора (Мультиплексор)

· Логическая схема И-НЕ (И-НЕ)

· Логическая схема ИЛИ-НЕ (Ни)
· Логическая схема НЕ (Нет)
· Заданная пользователем мощность входного сигнала (NthPower)
· Генератор с выбираемой формой сигнала (Осциллятор)
· Идеальный демодулятор фазы (PhaseDemodulator)
· Линейная модель для детектора фазы (PhaseDetector)
· Идеальный модулятор фазы (PhaseModulator)
· Фазосдвигающее устройство (PhaseShifter)
· Фильтруют с единственным полюсом в начале (Полюс)
· Нелинейный прибор, определенный полиномом
· Элемент, оценивающий распределение вероятности и плотность распределения произвольного сигнала (Вероятность)

· Parallel-in/serial-out сдвиговый регистр (PSSHIFTREGISTER)
· Импульсный исходный (Импульс)
· Элемент, производящий произвольную или предопределенную колебанию (PulseJitter)
· Аналоговый импульсный модулятор (PulseModulator)
· Кусочные линейные характеристики ввода -вывода напряжения (PWL)
· Модулятор амплитуды квадратуры (QAMODULATOR)
· импульсный модулятор (Шифратор)
· Поднятый косинус lowpass фильтр (RaisedCosineLP)

· RC highpass фильтр (RCHP)

· RC lowpass фильтр (RCLP)

· Генератор, читающий выходной сигнал из картотеки (ReadFile)

· Выпрямитель (Выпрямитель)

· Схема " производящая выбор и хранение " (SampleHold)
· Вызов Schmitt (Schmitt)
· Измеритель отношения сигнал / шум (SNRMETER)
· Анализатор спектра (SpectrumAnalyzer)
· Serial-in/parallel-out сдвиговый регистр (SPSHIFTREGISTER)
· Блок, сохраняющий форму сигнала в файле (StoreFile)
· Summer сигналов (Summer)
· Прибор, вычисляющий среднее число времени сигнала и мощности (TimeAverage)
· Индикатор для "перехода от низкого к высокому " или высокого к низкому перемещению логического сигнала (TrigPulse)
· Фильтр, определенный S параметрами (Четырехполюсник)
· Upconverting смеситель (Преобразователь с повышением частоты)
· Управляемый напряжением усилитель (VCA)
· Управляемый напряжением генератор (VCO)

· Источник напряжения (Напряжение)

· Генератор формы сигнала полосы модулирующих частот (Форма волны)

· Lowpass фильтр разработанный с использованием функции окна (WindowLP)

· Проводят параллель генератор бита (WordGenerator)

· Блокируют трансформаторную подстанцию логическое слово к десятичному числу (WordIndicator)

· Логическая схема " исключающий или " (Xor)

· Фильтр, имеющий единственный ноль в начале (Ноль)

· Блок, определенный z-трансформацией (ZTRANSFORM)

 

 

 

Электромагнитные модели

· Диэлектрик и проводящий эллипсоид (Эллипсоид)

· Подплощадки, определенные индексированной информацией материала (EmbedIndexRegion)

· Сосредоточенный конденсатор (EMCAP)

· Сосредоточенная катушка индуктивности (EMIND)

· Сосредоточенный резистор (EMRES)

· Совершенно проведение металлического бокса(скафандра) (MBOX)

· Бесконечно тонкий, идеально проводящая металлическая площадка ( )

· Диэлектрик и проводящий слог (Слог)

· Провод с радиусом и удельным сопротивлением (ThinWire)

· Треугольник, идеально проводящая площадка (Треугольник)

 

VCCS, CCCS, VCVS и CCVS (фактически VCCS единственный, потому что все другие компоненты получены из этого при помощи Gyrator) [28] - компоненты клавиши для создания новых моделей пользователя.

Параметры моделей различных компонентов могут иметь любую функциональную зависимость от частоты, времени, температуры или любого другого параметра. Пользователь может создать новые компоненты, определяя нелинейные статические и динамические характеристики. Макро модели могут также использоваться. Модели пользователя написаны на языке описаний APLAC(ADL).

Развертка

Кратный ряд параметра и параллельные линейные, логарифмические и табличные развертки с различными масштабами могут быть автоматически выполнены для любого числа параметров схемы, времени, частоты, и температуры. При помощи характеристик модели APLAC, например, могут легко быть описаны температурные эффекты и зависимости характеристик от мощности.

 

Язык описаний APLAC(ADL)

Исходные данные читаются из текстового файла, содержащего узлы, ветви и параметры моделей компонентов, и прикладного формирования рисунка. Входной файл может быть написан, используя любой текстовый редактор или подходящую схематическую программу сбора данных (типа NASSE или Mentor/MAPLAC, используемого корпорацией Nokia) что автоматически генерирует netlist из схемы или блок-схемы. Библиотека моделей также как определяемые пользователем новые модели может быть создана и включена. ADL понимает все нормальные стандартные функции. Математические выражения написаны программа-подобным способом, и новые параметрические функции могут быть определены. ADL допускает реальные и комплексные скаляры, векторную и матричную арифметику.

Линии языка ADL пользователя отображает непосредственно

обращения к функции C (конструкторы или математические программы) использование инверсии полирует систему обозначений, являющуюся таким образом эффективный и непостоянный.

 

 

Выходные данные

Результаты расчета представляют собой функции параметров схемы в зависимости от времени, частоты или температуры, подобные результатам измерения или анализа. Результаты анализа могут быть напряжениями и токами, Z, Y, H, и S параметрами, а также коэффициент устоячивости, максимальный номинальный и устойчивый коэффициент усиления, окружности равной мощности на диаграмме Смита, искажения гармонического сигнала и спектральных составляющих, форма сигнала генератора, коэффициент шума, шумовая температура, окружности равного коэффициента шума на диаграмме Смита, коэффициенты отражения при которых достигается минимальный коэффициент шума, шумовые комплексные проводимости, чувствительности DC и AC. Кроме того, большое количество функций, характеризующих PLL базируются на формулах или дискретный-разовые системы доступны. Также функции, дающие электромагнитные поля, мощности и диаграммы направленности могут рассчитываться. Результаты могут быть напечатаны или подготовлен на прямоугольном или полярные координаты, или на диаграмме Смита, в т.ч 3-мерные графики. Также возможно переназначить графический выход к файлы HPGL -, CSDF -, или Мета или к внутренней графическому формату для последующего просмотра и обработки. Графика включает непостоянную систему обработки инструментальных средств одноименное автоматическое создание гистограмм (Монте-Карло) и Преобразований Фурье также как (раз)резания, копирования, и вставки характеристик и вращения 3-мерных графиков. 

Оптимизация

APLAC 7.2 включает десять различных методов оптимизации: градиентный, сопряженный градиент, минимакс, Nelder-Mead, случайного поиска, полный перебор, моделируемый ......, генетическая оптимизация, настройка (физическая оптимизация), и метод взвешенного поиска (центровка проекта) [14], [15], [76], [90], [91], [106]. Любой параметр в задаче проекта может использоваться как переменная, и любая определяемая пользователем функция может действовать как цель. Таким образом, комбинационное комбинированное время и частотная оптимизация также возможно. E-ряд величины могут использоваться в моделируемом отжиге, генетическом, произвольном, полном переборе, и физических оптимизации. 

Краткое описание

 

Типы анализа

APLAC способен выполнять DC, AC, шумовой анализ, расчет переходного процесса, генератора, установившееся состояние гармоники мультитона [126], [39], установившийся малый сигнал, идеальный и не-идеальный варактор, и установившиеся исследования во временной области, и характеристики, использующие IEEE-488 шину. Также, большой шум сигнала может быть вычислен, используя установившийся малый сигнал и анализ переходных процессов. Анализ переходных процессов трактует правильно, через свертку [108] компонентов, определенных в соответствии с частотно-зависимыми характеристиками. Анализ методом Монте Карло доступен во всех основных режимах анализа, и анализе чувствительности в DC и AC режимах. N-портовые Z, Y, и S параметры, также как четырехполюсный H параметры доступны в AC анализе. Сходящееся электрическое и тепловое моделирование доступно через электротермические составляющие модели. Кроме того APLAC включает непостоянную систему блоков уровня системы для моделирования и проектирования аналоговых и цифровых систем связи. 

Анализ системы

Имеются три основных способа выполнить моделирования системы в APLAC:

· Вы можете определять ваши собственные компоненты системы, использующие возможность моделирования APLAC Интерпретатора. Например, линейные PLL моделирования просты, чтобы выполнить этим способом.

· Особенно, если Вы проектируете приемник, Вы можете быть заинтересованы на моделях систем основанные на формулах. Они могут применяться, чтобы определить такие добротности как коэффициент усиления, точки пересечения и точка сжатия, и моделировать такие общие параметры приемника как ВЧ-чувствительность и избирательность по соседнему каналу.

· Более общие моделирования системы во временной области могут быть сделаны, используя дискретное моделирующее устройство системы . При использовании этого моделирующего устройства Вы можете изучать формы сигнала и-или спектры в любом из узлов вашей блок-схемы.

 

Электромагнитный анализ

Трехмерное электромагнитное моделирование в APLAC выполняется, используя FDTD (метод конечных разностей во временной области), который выполняет решение уравнений Максвелла во временной области. Из-за непостоянного приближения FDTD он может выполнить широкий спектр электромагнитных задач типа решения диаграммы направленности различных антенн, вычисление электромагнитного волнового / биологического взаимодействия ткани, характеристики СВЧ приборов, волноводных структур, и резонаторов, а также исследования ЭMC (Электромагнитная совместимость).

 

 

Если Вы хотите получить полное описание программы на русском языке, пошлите e-mail по адресу kurushin@mail.ru.
© 2000 СВЧ проектирование
Последняя модификация: сентября 26, 2002