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S'参数应用一例:混合IC电路的仿真与实现

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jz0095|  楼主 | 2013-12-12 10:25 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
本帖最后由 jz0095 于 2013-12-12 10:40 编辑

为了增加大家对S’的认识和对相关讨论内容深度有个适当的评估,这里晒一下我87年前后搞过的一个电路:混合集成电路VHF宽带中功率推挽放大模块。

看点:1.用50欧测量系统测量元件参数,实现75欧系统结果,其中需用S’参数转换;2.构建电路矩阵及参数转换;3.仿真与实现的对比。

电路图:

这是一个13个节点的电路,输入输出为非平衡75欧接口,内部由Balun(平衡-非平衡转换器)转换成平衡电路。
.
仿真前期工作:
1.用NA(50欧网络分析仪)测量频带内每个元器件点频下的标准S参数或者不定组态S参数(Sind)并建立参数文件(元件建模);2.将每个元器件的S参数转换成对应的2x2、3x3或4x4的不定组态y子矩阵,yind;3.建立一个13x13的总y参数矩阵,该矩阵是总电路的不定导纳矩阵;4.将yind子矩阵的参数按照元件所处节点标号位置填入总电路矩阵;5.设定参考点(第13节点),并将总电路13x13不定导纳矩阵转换成12x12的组态导纳矩阵;6.将y矩阵转换成其他参数矩阵,进行参数、性能“耦合”;7.取输入、输出端口节点,将第6步12x12矩阵整理为2x2矩阵;8.将第7步矩阵转换成2x2标准S参数矩阵(50欧系统,S50);9.将S50通过S’参数转换成75欧的S参数,即S75,用以评估75欧系统下模块的性能。
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仿真程序:当时没听说、更没有商用仿真软件,只能用Fortran77自编模块化应用程序。仿真可以是人工调整参数,也可以是自动的优化调整参数。两种程序我都编过,此仿真是人工的。
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仿真:每个点频都需代入该频点下的电路参数;进行扫频仿真,得到全频带性能;调整元件参数,直到仿真满足要求。
.
仿真与实现结果对比如下:

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实测结果如下:

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测量系统是50欧的,因此,对75欧匹配的端口阻抗不在50欧阻抗圆图的中心。
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了解了S’,等于开阔了思路窗口,可以灵活处理更多的问题。此设计虽然步骤较多,对S’的应用还是比较单一的。其他更复杂的S’应用就不说了。

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沙发
路过打酱油。。| | 2013-12-12 10:35 | 只看该作者
左右乘个对角阵而已....

还是说说那“电位器”吧,这比较好奇。

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板凳
jz0095|  楼主 | 2013-12-12 10:44 | 只看该作者
哪个电位器,是可变等效源的吗?如果是,那是仿真的一个等效思路,有助对原理和仿真步骤的理解。

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地板
jz0095|  楼主 | 2013-12-12 10:53 | 只看该作者
路过打酱油。。 发表于 2013-12-12 10:35
左右乘个对角阵而已....

还是说说那“电位器”吧,这比较好奇。

关注点不同。我的重点和工作量是在构建电路矩阵及实现、测量上。

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5
路过打酱油。。| | 2013-12-12 10:53 | 只看该作者
jz0095 发表于 2013-12-12 10:44
哪个电位器,是可变等效源的吗?如果是,那是仿真的一个等效思路,有助对原理和仿真步骤的理解。 ...

这么快就忘了?

就是那什么“电位器”。既然是电位器(即可变电阻),那就得变,我的疑问是

如何变,包括自变量(who)和关系(R(.))。也就是谁令它变了,如何变?。表为

   R(who)?

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6
路过打酱油。。| | 2013-12-12 10:56 | 只看该作者
jz0095 发表于 2013-12-12 10:53
关注点不同。我的重点和工作量是在构建电路矩阵及实现、测量上。

事实只有一个,与关注点无关。不能说关注点变了,事实也变了。

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jz0095|  楼主 | 2013-12-12 11:20 | 只看该作者
本帖最后由 jz0095 于 2013-12-12 12:28 编辑

电位器对应于R01(不用细说了吧),是自变量,仿真中改参数不就得了?R01改变导致了S'对应公式中对应参数的改变,导致结果改变。在此过程中,网络的元件参数始终没有改变。

其中,S是网络的标准S参数,没有改变;r 是端口阻抗对R0的反射系数,即用反射系数表达的端口阻抗(50欧置端下,各r=0,S'恢复到S),r1是变量,由R01控制。


实际电路,手工也能变,把它视为等效源的元件就行了,你刚上完戴维南等效源的课,这就是应用。

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8
路过打酱油。。| | 2013-12-12 11:48 | 只看该作者
jz0095 发表于 2013-12-12 11:20
电位器对应于R01(不用细说了吧),是自变量,仿真中改参数不就得了?R01改变导致了S'对应公式中对应参数的 ...

噢,原来这么玩的...

能否这么理解,“振荡器”前坐着个人,眼睛看着示波器(输出),用手不断地调节那个“电位器”啊?

那若不调(即所有的器件参数都不变),增益变否?

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9
shalixi| | 2013-12-12 11:55 | 只看该作者
我也关注一下。

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路过打酱油。。 2013-12-12 12:01 回复TA
买票了吗? 
10
Lgz2006| | 2013-12-12 12:04 | 只看该作者
人家那个电位器是dVL/dIL,人家那个也不讲增益的叫RN

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路过打酱油。。 2013-12-12 12:31 回复TA
嘘,安静!自己搬个板凳后面坐着.... 
11
jz0095|  楼主 | 2013-12-12 12:40 | 只看该作者
对前面公式中r的解释作了修改:r 是端口阻抗对R0的反射系数,即用反射系数表达的端口阻抗。

能否这么理解,“振荡器”前坐着个人,眼睛看着示波器(输出),用手不断地调节那个“电位器”啊?

那若不调(即所有的器件参数都不变),增益变否?
若不调,增益就不变。
振荡器的R01物理模型是电感反电势对回路谐振电流增长形成阻碍的等效电阻re,是自动变化的,不用、也难以人工控制。起振中电流的增长是必然的,re的存在和对增益的影响也是必然的。这个自动变化和手调电位器的原理是相同的。

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12
路过打酱油。。| | 2013-12-12 12:47 | 只看该作者
本帖最后由 路过打酱油。。 于 2013-12-12 12:48 编辑
jz0095 发表于 2013-12-12 12:40
对前面公式中r的解释作了修改:r 是端口阻抗对R0的反射系数,即用反射系数表达的端口阻抗。

若不调,增益就不变 ...

若不调,增益就不变

就要这句,够了,结案!

不好意思,麻烦你了,再见!

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13
jz0095|  楼主 | 2013-12-12 13:15 | 只看该作者
“若不调,增益就不变”

就要这句,够了,结案!
同意!!
每一步长,增益都是线性的;动态的增益变化是由多个步长线性增益形成的。因此,本振荡器仿真是线性仿真的结论成立,理论上线性振荡的稳态不需非线性的介入成立。

声明:我以前对线性增益可变的描述不准确,应该是,动态增益的变化是由各个不同的线性增益构成的,而线性增益是不变的、“直线”的。

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14
xukun977| | 2013-12-12 17:47 | 只看该作者
不错的话题,但老抽不会参与讨论了,因为老抽对射频的理解仅仅局限与教科书,没有实战经验,现在好不容易找到个叙述逻辑漏洞,真可谓华丽转身,完美谢幕,见好就收。

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15
jz0095|  楼主 | 2013-12-12 19:56 | 只看该作者
不管怎么说,是我疏忽了。我以前说过,振荡器线性增益的改变如同“缝纫机扎出的曲线是由一段段直线构成的”,后来疏忽了细节,只关注了总体的动态曲线,短路了一段段直线。

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batiafu| | 2016-10-6 12:50 | 只看该作者
看不懂

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17
jz0095|  楼主 | 2016-10-6 14:36 | 只看该作者

你指首帖的电路设计看不懂,还是后面的对话内容看不懂?

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18
xukun977| | 2016-10-7 15:44 | 只看该作者
这个不叫混合的,模拟加些简单的数字门而构成的电路,叫模拟数字电路。由模拟电路+DSP构成的电路才叫混合信号电路。

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19
xukun977| | 2016-10-7 16:10 | 只看该作者
87年铁定是有spice仿真软件的!在197X年时,国内就盛行按照spice功能描述,自行在用fortran在PC上编写程序了,尤其是电子类高校中。

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jz0095|  楼主 | 2016-10-7 21:13 | 只看该作者
xukun977 发表于 2016-10-7 15:44
这个不叫混合的,模拟加些简单的数字门而构成的电路,叫模拟数字电路。由模拟电路+DSP构成的电路才叫混合信 ...

这个英文叫 Hybrid Circuit,翻译 “混合电路”,是厚薄膜混合集成电路,是工艺属性。你说的是 mixed ...,是信号属性。

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