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Advanced Design System (I)

Prácticas de Radioenlaces

Profesores: Almudena Suárez Rodríguez Álvaro Álvarez Vázquez

ADS (I) – Prácticas de Radioenlaces

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Indice

1 Introducción.............................................................................................................. 2

1.1 Tipos de esquemáticos...................................................................................... 2

1.2 Disposición de un esquemático de simulación................................................. 3

2 Tipos de Simulaciones............................................................................................ 11

2.1 Simulación de Parámetros S........................................................................... 11

2.1.1 Ejemplo de Simulación de Parámetros S................................................ 11

2.2 Simulación de Balance Armónico .................................................................. 17

2.2.1 Ejemplo de Simulación de Balance Armónico....................................... 17

2.3 Simulación de la Ganancia de Compresión.................................................... 22

2.3.1 Ejemplo de Simulación de la Ganancia de Compresión......................... 22

2.4 Simulación de Envolvente .............................................................................. 29

2.4.1 Ejemplo de Simulación de Envolvente................................................... 29

2.5 Simulación de Balance de Enlace de un Sistema de Radio frecuencia .......... 33

2.6 Otros análisis: ................................................................................................. 33

3 Anexos .................................................................................................................... 34

3.1 Anexo I: Datasheet del Amplificador HMMC-5023...................................... 34


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1 Introducción Arranque de la aplicación Nuevo proyecto

1.1 Tipos de esquemáticos Circuito: Para crear subredes/subsistemas para ser utilizadas en otros esquemáticos de simulación como parte del sistema

Simulación: Para ejecutar simulaciones sobre circuitos o sobre sistemas más complejos


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1.2 Disposición de un esquemático de simulación Selección de componentes

Marcando el componente en particular, y situándolo sobre el esquemático


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Unión de dos o más componentes: Vamos a y tiramos la línea entre los dos extremos de los componentes correspondientes

Nombrar los nodos: ir a , y luego poner el nombre en la línea correspondiente


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Editar las variables: En vez de valores concretos a veces es útil reunir todas las variables que participan en la simulación, que además así pueden ser posteriormente

optimizadas. Para ello clikamos en


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Realizar una simulación: Escoger tipo de simulación, llevarla al esquemático y fijar los parámetros


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Representación de los resultados: Corremos la simulación , y automáticamente ADS nos abre una venta de resultados.

Y podemos ir añadiendo gráficas de datos:


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Obteniendo los siguientes resultados

Que como se puede comprobar no son los que podríamos esperar inicialmente. Parace como si la fuente de tensión no funcionase correctamente. ¿A que puede ser debido?

Pista:


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Para obtener resultados reemplazamos la fuente V_AC por V_1Tone con los mismos parámetros:

Y simulando:


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Si lo que quisiéramos fuera obtener el espectro de la señal a través de la transformada de Fourier de la señal del transitorio, no tendríamos más que hacer uso de las funciones de ADS. En vez de añadir una variable, seleccionamos Advanced y escribimos la ecuación que queremos representar [ fs(Vout) ]


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2 Tipos de Simulaciones 2.1 Simulación de Parámetros S La simulación de Parámetros S permite obtener desde los parámetros S de una red, los parámetros de ruido lineal, transimpedancias, transadmitancias, y muchos de los resultados de los análisis AC del simulador. Se usa habitualmente con filtros, osciladores, y diseños de amplificadores.

2.1.1 Ejemplo de Simulación de Parámetros S Simulación de Parámetros S de un amplificador y filtro:

Creamos un esquemático con los siguientes componentes:

1) De la Librería de ADS : El Amplificador HMMC-5023


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2) De Filters-Bandpass un filtro de tipo Butterworth

En el cual fijamos los siguientes parámetros


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Ponemos las terminaciones de 50 ohms para la adaptación y medida de puertos (Simulation S-Param)

Y por último unimos todos los elementos, conectamos a tierra las terminaciones y metemos una caja de simulación de parámetros S


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Con los siguientes parámetros para simular


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Por último corremos la simulación y automáticamente nos abre ADS una ventana

de datos. Añado por ejemplo una gráfica de representación del parámetro S21


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Lo mismo podemos hacer añadiendo más gráficas a este cuadro, ecuaciones editables, o introduciendo nuevos cuadros por ejemplo de carta de Smith


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2.2 Simulación de Balance Armónico Permite obtener la respuesta en estado estacionario en el dominio de la frecuencia de sistemas, de forma que podemos analizar las distintas componentes frecuenciales generadas por las no linealidades de los sistemas. Se usa típicamente en mezcladores, osciladores, amplificadores de potencia, y diseño de transceptores.

2.2.1 Ejemplo de Simulación de Balance Armónico Realizaremos la simulación rebalance armónico para un mezclador, para lo que utilizaremos los siguientes componentes:

a) 2 P_1Tone (Sources-Frequency Domain), uno para emular la entrada de RF, y otro para el del OL

b) 1 Terminacion de 50 ohms para la salida del mezclador

c) Un mezclador MixerIMT2 (System-Data Models), con los siguientes parámetros:


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Donde dbl1.imt es: ! DBL1.IMT

! @(#) $Source: /cvs/sr/src/geminiui/templates/dbl1.imt,v $ $Revision: 1.3 $ $Date: 2000/05/25 17:51:32 $

! Intermodulation table for double balanced mixer #1

! Signal Level (dBm) LO Level (dBm)

-10 7

! M x LO ( Horizontal ) N x Signal (Vertical )

!\ 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

!

99 26 35 39 50 41 53 49 51 45 65 55 75 65 85 99

24 0 35 13 40 24 45 28 49 35 55 45 65 55 99

73 73 74 70 71 64 69 64 69 65 75 75 85 99

67 64 69 50 77 47 74 44 74 45 75 55 99

86 90 86 88 88 85 86 85 90 85 85 99

90 80 90 71 90 68 90 65 88 65 99

90 90 90 90 90 90 90 90 90 99

90 90 90 90 90 87 90 90 99

99 95 99 95 99 95 99 99

90 95 90 95 90 99 99

99 99 99 99 99 99

90 99 99 99 99

99 99 99 99

99 99 99

99 99

99


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What is intermodulation table?

An intermodulation (IM) table collects the information of the IM products (also called

"spurs") at the output port of the mixer to evaluate its performance. In the present case, we

restrict our attention to the amplitude of the spurs. For single frequency CW tone input, the

frequencies of the spurs obey the formula below:

fspur = m X f IN + n X fLO

where m and n are integers that refer to the harmonic orders of the input and LO signals.

fspur, fIN and fLO are the frequency of the spurs, input signal and LO signal respectively. For

down-conversion applications, fIN can be replaced by fRF representing the input radio

frequency. Intermediate frequency (IF), fIF, replaces fIN the in the equation if the mixer is

used in up-conversion applications. An intermodulation table (IMT) file collects the

information about the amplitude of the intermodulation products and put them

systematically in the data table so that CAE software can access them easily. Fig. 1 shows an

example IMT file for a double-balanced mixer. ¡¡

Figure 1. Example IMT data file. According to this example, the input signal power level is -

10dBm and LO level is 7dBm. The LO order increases horizontally; the input signal

order increases vertically. Notice that the value of the 1x1 intermodulation

product, i.e. IF (for down-conversion) or RF (for up-conversion), is 0, which

means the values in the table are in dBc, compared to the IF/RF power level.


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Y por ultimo incluimos la caja de simulación (HB Simulation de Simulation-HB):

Nombramos el nodo de salida (en este caso VIF), con lo que finalmente nos queda:


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Y tras correr la simulación , en la hoja de datos representamos la señal de salida VIF

De esta manera podemos obtener los niveles de todos los productos de intermodulación hasta orden 8 que se generan en el mezclador.


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2.3 Simulación de la Ganancia de Compresión Esta herramienta permite obtener el punto de compresión de un sistema a partir del cual la curva de potencia se desvía de su comportamiento lineal. Se usa típicamente en los amplificadores de potencia y mezcladores.

2.3.1 Ejemplo de Simulación de la Ganancia de Compresión Para este ejemplo consideraremos los siguientes elementos

a) Amplifier2 (System Amps-Mixers) con los siguientes parámetros


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b) SoP1_Tone (Sources-Frequency Domain)

Donde Pin y frecuencia serán dos variables de valor


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c) Cogeremos una caja de simulación de Gain Compression (Simulation-XDB)

Para poder tener en cuenta las no linealidades incluiremos un análisis de balance armónico (Simulation-HB), a la vez que para poder realizar el barrido en Pin y asi obtener la grafica de Pout, usaremos un Sweep Plan (Simulation-HB)

El esquemático final será el siguiente:


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A continuación simulamos el esquematico, y al desplegar la hoja de datos, representamos:

1) El espectro de salida en el punto 1dB de compresión

dBm(HB1.HB.Vout)

2) Los niveles del tono fundamental y sus armónicos (hasta orden 5), para el barrido de potencia de entrada que hemos respresentado

dBm(HB2.HB.Vout)

3) Obtenemos por medio de ecuaciones los valores de la ganancia, y la

representación lineal de la misma

Gain=dBm(HB2.HB.Vout[1])-HB2.HB.Pin

Linear=Gain[0]+HB2.HB.Pin

Y a partir de ellos representamos la potencia de salida real

dBm(HB2.HB.Vout[::,1])


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y la ideal (linear)


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Y por ultimo una tabla con los valores de la potencia de salida real, la ideal y la diferencia entre ambas, que nos permitira saber el P1dB de salida


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Y para comprobar si estos valores son los correctos, podemos representar en otra tabla los valores de inpwr y outpwr, que nos dan directamente el valor de la potencia de entrada y el de la salida en el P1dB


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2.4 Simulación de Envolvente La simulación de envolvente permite realizar un análisis combinado en el dominio de la frecuencia y el tiempo, para el rápido análisis de señales digitales moduladas en RF. Se usa normalmente con mezcladores, osciladores, amplificadores de potencia, transceptores (transmisor/receptor) y sistemas de enganche de fase (como PLLs)

2.4.1 Ejemplo de Simulación de Envolvente Para la simulación de envolvente, vamos a realizar un ejemplo sencillo, que nos va a permitir comprender el funcionamiento de esta herramienta. El esquemático en cuestión estará compuesto de:

a) Generador de datos: En un primer momento utilizaremos una fuente de señal pulsada, VtPulse (Sources-Time Domain)

b) Tono de radiofrecuencia: P_1Tone (Sources-Frequency Domain)


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En vez de 200 MHz, resulta mejor definir una variable “frecuencia”, que fijaremos a 200 MHz

c) Mezclador, Mixer2 (System-Amps & Mixers)

d) Una terminación de 50 ohms (Simulation- Sparams)


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e) Una caja de simulación de envolvente:

Con lo finalmente se obtiene:


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Y al simular, representamos tanto Vout como el espectro de la portadora en dBms, como la magnitud de la portadora en el dominio del tiempo

Como se puede comprobar el ancho de banda equivalente paso bajo de la señal de RF, depende del step temporal del analisis (1 ns 1 GHz), asi como la anchura del lóbulo principal del ancho de banda de los pulsos de la señal digital generada.


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2.5 Simulación de Balance de Enlace de un Sistema de Radio frecuencia

Usando esta herramienta de simulación, se pueden determinar las características lineales y no lineales de un sistema de RF que comprende una cascada de componentes y redes de dos puertos (lineales ó no lineales). El sistema puede incluir incluso sistemas de control automático de ganancia, que permiten fijar niveles constantes en determinados puntos de la cadena.

Para ver un ejemplo de esta simulación, recurriremos a los ejemplos de ADS (Examples/Tutorial/SimModels_prj RF_sys1.dsn)

2.6 Otros análisis: • Análisis de DC

• Optimización, sintonizado, y parametrización estadística

• Transitorio

• Análisis de AC


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3 Anexos 3.1 Anexo I: Datasheet del Amplificador HMMC-5023

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