1. ADS仿真简介ADS是一款设计及仿真的软件，涉及电路、信号、电磁等多领域。不过，手机基带领域使用最多的，还是时域、频域的仿真。仿真的目的主要是寻找趋势、寻找理论最优、验证理论分析，要想通过仿真找到准确的设计参数比较困难。
ADS具体使用的资料，网上很多，这里只作大概介绍，如下图1-1所示
图1-1 原理图仿真界面介绍
时域仿真选取所信号源和对应的时域仿真器，频域仿真选取S参数仿真器，不需要扫频源，搭好原理图，点击开始仿真图标，即可开始仿真。
如果需要优化，加入OPTIM和GOAL控制器设置好需要优化的器件参数和优化目标，点击开始优化。
如果需要实时观看不同器件参数值的仿真结果，可以点击Tuning图标，选取调节的器件参数，开始实时调节观察结果。
2. USB开关匹配仿真与实测 目前公司使用的USB开关，导通电阻5.5Ω，导通电容7.5pF，会将USB信号波形滤得比较圆滑。高通平台可以通过修改USB眼图相关的寄存器让眼图PASS，但是MTK平台对眼图改善的办法很少，导致USB眼图测试时，容易压模板，从而FAIL。如下图2-1所示。
图2-1 USB近端眼图
上图波形在蓝色圈出来的地方压了模板，上升/下降沿不够陡峭，说明高频分量的插损S21太大，需要减小高频段的插损S21。
USB开关每个通路近似无源、线性的二端口网络，则S12=S21。此外，USB开关每个通路的结构近似对称，则S11=S22。以下为USB开关S参数仿真图。
由于没有USB开关的准确模型，只能自己根据USB开关的特性，建立一个近似的模型，以一个通路为例，如下图2-2所示。
图2-2 USB开关近似模型
对这个模型进行时域仿真、S参数仿真，结果如下。
图2-3 时域仿真
图2-4 S参数仿真
由上图可以看出，时域波形的上升沿较缓，S21/S12高频衰减大，S11/S22较为发散。
为了避免压模板的那个角，需要抬升S21/S12
的高频分量。如果增加外围匹配后，USB
通路结构上会不对称，则S11
≠S22
。但是，USB
开关导通电阻较小，忽略其损耗，仍可以看成无损耗二端口网络，则
，又有S12=S21
，则
。 根据以上分析可知，减小|S22|，可以增大|S21|。与此同时，|S11|跟着减小，|S12|跟着增大。因此只需要将S22调收敛，就可以抬升S21/S12高频分量，让时域波形更陡峭。
根据史密斯圆图可知，要收敛S22，需要先串电感再并电容，示意图如下。
图2-5 USB开关模型匹配电路
为了迅速找出最佳匹配电感电容值，可以使用ADS的目标优化功能，拖入下图的GOAL仿真控制器和OPTIM仿真控制器，设置1MHz~500MHz范围内，优化目标为|S22|<0.15，优化参数为L1、C4。如下图所示。
图2-6 ADS优化仿真控制器设置
优化结束后，L1=17.6nH，C4=8.1pF，匹配前后的时域仿真、S参数仿真如下图。（为了方便对比，匹配前的端口为1和2，匹配后的端口为3和4，端口1对应端口3，端口2对应端口4）
图2-7 匹配前后的上升沿
图2-8 匹配前后的S参数反射系数
图2-9 匹配前后的S参数传输系数
由上图可知：
1）匹配后的波形上升沿更陡峭。
2）匹配后的S参数反射系数更收敛，在583.3MHz以内有明显衰减。
3）匹配后的S参数传输系数在583.3MHz以内有明显抬升。
实际USB开关电路中，加入LC匹配，经过微调得到L=15nH，C=8.2pF，实测眼图如下图。
图2-10 匹配后的USB近端眼图
匹配后的USB眼图，上升沿末端有了一些抬升，只与模板的角有轻微的接触，眼图PASS。
3. USB开关匹配的优化 前面一节只进行了单端口的匹配，从S参数反射系数可以看出，收敛性还较差。为了达到更好的收敛性，可以进行双端口匹配。如下图所示。
图3-1 双端口匹配图
为了迅速找出最佳匹配电感电容值，使用ADS的目标优化功能，拖入下图的GOAL仿真控制器和OPTIM仿真控制器，设置1MHz~600MHz范围内，优化目标为|S55|<0.15、|S66|<0.15，优化参数为L3、L4、C11、C12。如下图所示。
图3-2 ADS优化仿真控制器设置
优化结束后，L3=16.1nH、C11=6.6pF、L4=16.2nH、C12=6.5pF，时域仿真、S参数仿真对比图如下。
图3-3上升沿对比
图3-4 S参数反射系数对比
图3-5 S参数传输系数对比
由上图可知：
1）双端口匹配的波形上升沿更陡峭。
2）双端口匹配的S参数反射系数更收敛，在700MHz以内衰减更大。
3）双端口匹配的S参数传输系数在700MHz以内抬升更大。
4. 总结1）一般单端口匹配可以让USB眼图PASS。
2）双端口匹配优于单端口匹配，若单端口匹配眼图FAIL，可以使用双端口匹配。
楼主
标题置顶
标题高亮
