如何使用仿真工具提高滤波器的设计效率-与非网.pdfVIP

如何使用仿真工具提高滤波器的设计效率 作者: Anurag Bhargava, EEsof EDA 应用工程师 1. 引言 滤波器是任何射频、微波系统中不可分割的组成部分，设计人员即便已经拥有目前 可以用到的一些复杂的仿真工具，如果要有效而精确地设计滤波器有时仍是一个挑战，这 是由于在设计中使用的元器件的闭环表示公式导致了电路的仿真精度有限。接下来的问题 就是怎样才能精确地设计电路，使其在产品设计出来并交付生产之后不再需要进行任何新 的调整，进而降低设计迭代周期，节约大量的工时和成本。现在，利用电磁仿真技术，可 以简便地解决上述问题，这一技术现在已经或多或少地成为任何商用射频、微波仿真软件 的组成部分。本文介绍了使用电路和EM 仿真器仿真的两种滤波器，另外还比较了设计和 实际测得的结果。这里所描述的仿真流程是基于安捷伦的高级设计系统(ADS) EDA 软件 在设计和验证中的具体应用，但也适用于拥有电路和EM 仿真功能的任何其它软件。 2. 本文中设计和验证的滤波器 为了节约时间和工作量，这里举例的滤波器的初始电路设计是采用安捷伦 ADS 中提 供的无源电路设计指导完成的，中心频率为4500 MHz 和5350 MHz，带宽为225 MHz ， 当然用户也可以根据自己的方法设计这些滤波器。然后再把电路进行优化，对滤波器的性 能进行更细微的调整，以实现想要的结果。接着把电路设计转换成电路布板后进行电磁场 仿真(Momentum) 。 5350 MHz 滤波器的电路布板、示意图和EM 分析的电流分布如图1a-1c 所示。图2a- 2c 说明了4500 MHz 滤波器的电路布板、电流分布和生产出来的成品。第三节中介绍了在 设置EM 仿真时做网格剖分的一些指导。 3. 衬底和EM 设置细节 这两种滤波器都是在 25 mil 氧化铝衬底上设计的，制成电路的尺寸是 1 英寸 x1 英 寸，衬底的相对介电常数(Er)是 9.9，损耗正切(tanδ)为 7x10-4 。在做 EM 分析时每个波长 上的网格数量保持为25 个，同时要选择边缘网格剖分功能选项。从图 1a 中可以看出，第 一个和最后一个耦合段有 2.5mil 的间隔，边缘网格剖分功能沿着金属边缘建立由小型网 格组成的相对密集的网格剖分图案，因为大多数电流发生在切槽或金属边缘，这样就给这 种仿真方法提供了更高的精度。 1 图1a. 5350+/-112.5 MHz Zig-Zag 耦合线BPF 的电路布板 图1b. 5350+/-112.5 MHz Zig-Zag 耦合线BPF 示意图 2 图1c. 5350+/- 112.5 MHz BPF 在 5350 MHz 的电流表示图 4. EM 仿真 网格剖分分析指导 在精确设置 EM 仿真时，最重要的参数是网格剖分设置。为正确而精确地设置 EM 仿真，应遵循下面的分析指导。 • 通过使用频率的波长参数，可以近似得出线性函数，也称为屋顶基础函数。频率越 高，与电路结构相适应的波长也越多。每个波长上的网格数量是适应于每条波长的最 [1] 低网格数量。网格数量越多，表示的正弦曲线越好，仿真精度越高 。例如，如果使 用每个波长 30 个网格，正弦曲线和线性近似之间的最大偏差约为 1%。这些参数影响 着纵向电流。 • 频率越高，网格剖分中的网格数量越多(密度提高了) ，提高每个波长的最低网格数量 也会提高密度。一般来说，为实现最优密度，最好是提高每个波长上的网格数量，而 不是提高网格剖分的频率。网格剖分频率的最优值是将要仿真的最高频率。这可以避 免在衬底频率不够高时不得不重新计算衬底频率。 • 一般来说，在几何图形无穷大时使用的网格大小与每个波长的网格数量对应。但在包 括其它细节、边缘和用户定义的网格剖分设置时，可能会出现小于 λ/20 的网格，结果 每个波长的网格数量要