ADS基本操作之DC仿真_专栏

ADS(Advanced Design System)即高级设计系统，它具有丰富的模板支持和准确高效的仿真能力，受到了广泛电路设计工作者的支持。尤其在微波射频领域，ADS平台具有从时域到频域电磁仿真的全套仿真技术，从原理图搭建，到最终版图的设计与仿真，设计人员不用在中途切换设计软件，因此ADS极大地方便了众多电路设计人员，称为众多EDA软件的佼佼者。
然而，国内对于ADS的教程少之又少，使用手册也是全英文书写，无形增加了初学者的学习门槛。本系列文章记录了ADS的一些基本操作，将会不定时持续更新，以供大家一起交流学习，共同进步。文章中若有错误的地方，欢迎大家批评指正！
对于三极管等有源器件，其直流静态工作点的设置尤为重要。在设计相关电路之前，必须确定其静态工作点，这是电路能够正常工作的首要前提。ADS也提供了相关的直流仿真模板，设计人员能够借助这些模板进行直流仿真，观察相关的直流工作特性。本文以功率放大器的设计为例，为大家介绍ADS中直流仿真的相关操作。关于本文的内容，之前的文章ADS射频功率放大器设计之功率放大器的介绍和直流特性分析中也提到过，大家可以自行查阅参考。

一、DC仿真模板的插入与负载线的绘制

本文使用的晶体管为Cree的CGH40010F，根据文章ADS射频功率放大器设计之功率放大器的介绍和直流特性分析，添加DC模板后，加入晶体管模型，完整的仿真电路如图所示。

晶体管输入输出特性的仿真结果如图所示：

接下来添加输出直流负载线，在此之前，我们先简单介绍一下输出直流负载线的概念。如图所示，这是一个BJT的共射级放大电路。

输出直流负载线表征了晶体管的直流输出特性，反映了晶体管的输出电压Vce与输出电流Ic之间的变化关系，可以用如下关系式表示。

将负载线和输入输出特性曲线画在同一坐标系，就能够很清楚地分析出晶体管的直流工作特性，如图所示。

对于一个确定的电路，比如上图的共射级放大电路，我们确定晶体管截止状态对应在输入输出特性曲线上的点(Vcc,0)以及饱和状态对应的点(0,Vcc/Rc)，这两个点确定的直线就是输出负载线。我们可以通过改变Rc的值来满足我们对电路直流特性的需求，反过来，我们可以根据需要的直流特性先确定负载线，然后再设计相应的电路。

在ADS中，已经有相应的模板来帮助我们确定输出负载线，我们只需要确定负载线上的两个点，系统就可以自动帮我们生成输出负载线。

如图，我们首先确定晶体管截止状态所对应图中的位置m1，根据手册中的数据，我们设置VCC=28V，因此m1对应的VDS=28V，然后确定另一个点m2。

则负载线可以通过两点之间确定的直线方程来确定，在仿真结果页面加入eqn控件，如图所示：

在eqn控件中，我们可以输入关系式，将我们需要的参数与仿真结果中已知的参数联系起来，首先双击eqn控件，在eqn控件中输入：

k=(m1-m2)/(indep(m1)-indep(m2))

如图所示：

通过这个式子确定负载线的斜率，用同样的方法可以确定负载线的截距：

接着确定负载线方程：

对于共射级（共源极）电路来说，电阻Rc/Rd可以通过负载线的斜率确定：

最终加入了四个eqn控件：

接着，我们双击输入输出特性曲线的plot窗口，向输入输出特性曲线中加入负载线：

在窗口中的下拉菜单中选择Equations，然后选择load_line，将其加入plot，如图：

将load_line参数加入plot后，负载线就出来了，如图：

改变m1和m2的位置，负载线也会随之变化。如果我们想要查看Rd的值，可以通过加入list控件实现，如图：

同样双击list组件，选择Equations，加入Rd变量即可，最终结果如图：

二、在电路中观察各节点的状态

在进行电路设计时，我们需要实时观察电路中各个节点的电流、电压等参量，以确定电路此时的工作状态。在ADS里进行电路设计时，我们也可以实时地对各节点的状态进行观察。

在ADS的原理图界面，我们在工具栏上点击鼠标右键，勾选DC Annotation，如图：

接着我们会发现，我们的工具栏上多出来几个按键，我们点击第一个，可以看到原理图中的每一根导线上面都显示出了电压值，如图：

但是，所有的值都是扫描参数的初始值，怎么让所有的信息都能显示呢，我们可以点击选项卡中的Simulate->Simulate Settings，在弹出的对话框中选择DC Annotation Options，修改Device Operating Point为Detailed以及Number of DC Solutions to Save选项为All，如图：

然后点击Simulate，等待仿真完成。然后我们点击工具栏中的Select DC Annotation Solution，在这里可以选择所有的状态，查看对应状态的电压电流，如图：

我们也可以点击工具栏的第三个Device Operating Point查看每一个器件的详细状态，这里不再赘述。