关键信息一览:
电容sp仿真:(https://bbs.eetop.cn/thread-906541-1-1.html)
一个接gnd!的port,sp仿真
cap=
在这里插入图片描述

一、S参数
(参考:http://www.eetop.cn/rf/6944409.html)
S参数即散射系数,是建立在入射微波与反射微波关系基础上的网络参数,可用入射波与反射波的比率来计算输入阻抗、频率响应、隔离度等指标,另外矢量网络分析仪(VNA)可以直接测量出S参数。
以双端口网络为例,入射波为ax,反射波为bx,其中x代表端口号,假设待测网络为线性网络,可以采用叠加法。在这里插入图片描述
对于双端口网络,有四个有意义的比率,表示为Sij,其中i表示反射端口,j表示入射端口,假设一次只刺激一个端口,则其他端口的入射波为0。
Eq1: S11=b1/a1, when a2=0 表示端口1的复阻抗
Eq2: S21=b2/a1, when a2=0 表示传输特性,端口1为输入,端口2为输出
Eq3: S12=b1/a2, when a1=0 表示传输特性,端口2为输入,端口1为输出
Eq4: S22=b2/a2, when a1=0 表示端口2的复阻抗

如果对于单向器件来说,比如放大器(端口1为输入,端口2为输出)则
S11表示输入阻抗
S21表示频率响应
S12表示反向隔离
S22表示输出阻抗

可以将S参数框架扩展到任意数量的端口,有意义的参数数量为2N,其中N表示端口数量,许多集成电路由于震荡和共模抑制能力增强而具有差分输入和输出,需要对S参数框架进行进一步地扩展,以支持差分端口。
对于差分端口,必须区分共模波和差模波,两种模式具有相同的入射振幅,但差模输入波具有180度的相依,而共模入射波具有相同的相位
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二、S参数与Z参数、Y参数的关系
(参考1:https://blog.csdn.net/qq_26528669/article/details/95627619;
参考2: https://www.docin.com/p-714657793.html)
分布参数:
当器件尺寸可以和波长比拟时,器件不能被当成一个点来处理,这是,电阻可能具有电感的特性、电容可能具有电阻的特性、电感可能具有电容的特性、传输线可能具有电感的特性等等,这就是分布参数器件。分布参数电路系统需要用偏微分方程来描述,变量有时间和空间位置。

Z参数/Y参数:
多端口网络常用阻抗矩阵【Z】或导纳矩阵【Y】来描述端口特性。
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为什么要使用S参数?
上述Z参数或Y参数定义是基于电压电流的概念,所以需要测量在端口开路或短路情况下的电压或电流情况,而在微波频率下,开路/短路情况下不再适合测量电压/电流,原因有二:
1、电压电流很难测量
2、短路开路容易引起网络不稳定
所以,在微波波段,采用“波”的概念,用散射参数S参数来描述一个网络的端口特性

一般情况下,Z参数和Y参数应用于低频线性网络模型中,且这两个模型建立时需要对被观测网络进行开路或短路处理,而在射频情况下很难保证绝对的开路或短路,另外开路或短路处理会引入驻波,可能会使电路振荡或击穿。高频情况下,信号波的功率值测量比较容易。
S参数的获取不需要对模块终端进行开路或短路处理,只需要将端口匹配值Z0。不会引入较大的驻波,不会产生震荡;测量的是入射波和反射波的功率,而不是电压或电流。

S参数建模
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高频输入小信号可看作入射波;
由于模块阻抗不匹配,存在反射波;
部分信号通过模块,在另一端产生传输波

由于,
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所以,S参数重定义的归一化电压波为
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正向情况的S参数
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反向情况的S参数
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S参数的物理意义
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S11是端口2匹配情况下,端口1的反射系数(正向反射系数,反映输入端的匹配情况)
S21是端口2匹配情况下,端口1到端口2的传输系数(正向功率传输系数,反映增益或衰减)
S12是端口1匹配情况下,端口2到端口1的传输系数(反向功率传输函数,反映隔离度)
S22是端口1匹配情况下,端口2的反射系数(反向反射系数,反映输出端的匹配情况)

模块的S参数一般需要测量不同频率点出的值;
S参数一般为复数;
S参数一般用对数形式表示

S参数反射部分的相关关系
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具体关于S11、反射系数、回损RL、驻波比VSWR之间的换算关系可以参考:https://blog.csdn.net/Old_Street/article/details/109058192
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S参数传输部分的相关关系
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综上,
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Z参数-S参数-Y参数-A参数的转换计算器:
http://www.elecfans.com/tools/z-s-y-a-params.html
(更全)http://www.dwenzhao.cn/cal/rf/vswrrloss.html

三、SP仿真得到电感/变压器的L/Q/K值
(参考1:http://bbs.eetop.cn/thread-861930-1-1.html
参考2: https://www.newsmth.net/nForum/#!article/Microwave_RFTech/26636?p=1
参考3:https://bbs.eetop.cn/thread-471703-1-1.html)
参考2中对电感Cadence仿真的电路搭建以及公式选择讨论十分热烈,主要讨论热点是:
对于单端电感、差分电感、PI电感、变压器仿真电路是采用什么测试电路结构,即port和地的连接方式,不同的测试电路会对应不同的表达式。
我认为其中有两个问题需要考虑清楚:
1、port的作用,它相当于对什么的模拟
2、单端口网络与二端口网络的Z参数之间的转换关系

我来按照我的理解稍微总结一下(不对的地方,肯请指正):
在用ADS的Momentum进行仿真的时候,默认使用的是2端口网络,而根据博主totowo的说法,在仿真不同电感时候仿真电路不同(具体可详见👆参考1),这里先假设totowo的分类没有问题,下面讨论一下在ADS的Momentum仿真不同连接形式的电感时,根据该软件平台通过二端口网络得到的Z参数,如何得到Zind,也就是解决上面我所列的第2个问题:
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另外上面链接中有提到一个观点:对于差分电感带抽头,方法为
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我对于上面这个观点这两个公式的理解如下:
如果两个输入为A和B,若将他们看作一个共模信号和一个差模信号的组合,则共模为(A+B)/2,差模型号为(B-A)/2。
根据上面这个小知识点,可以推导出Sdiff
Sdiff=(b2-b1)/2a1,又有a2=-a1,则
Sdiff=(S11+S22-S12-S21)/2
在利用Sdiff求解差分输入阻抗时候要2
Zdiff=Z0
(1+Sdiff)/(1-Sdiff)*2

另外目前来看,我比较赞同totowo的port连接方法
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四、varactor的C
变容二极管是非线性电容器,并随其两端的幅度(波形)而变化,这就是进行AM-FM转换的原因。 对于振荡频率,重要的是“平均有效”电容,而不是小信号电容。 您可以在变容二极管上以大约谐振频率施加正弦或方波,然后运行PSS,然后运行PAC以获得有效电容。 通常,较大的电压幅度会导致较小的有效电容。

五、ADS Momentum对电感求解
(参考:http://www.edatop.com/mwrf/248939.html)
我对这里的差分电感的计算方式存疑

六、关于Z参数/Y参数对Q的表达式的关系
(参考:http://www.edatop.com/mwrf/248628.html)
看到有人说:
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为什么有Z矩阵不好?看到有人说
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为什么一段接交流地,就用Y矩阵更符合实际呢?也有看到有人这样询问
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我觉得这个问题的验证可以从两方面同时着手:
1、对Z参数和Y参数的理论理解
2、具体单路仿真,对比结果

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电感仿真1–差分电感:
工艺-tmsc65
电感类型-带中间抽头的平面螺旋差分电感
仿真-sp仿真(port一栏,如果是2个port就分别按照顺序选择)
在这里插入图片描述
计算表达式-
方法一–Z参数(适用于1port,在2port的情况下输出不了值)

Zind=zpm('sp 1 1)
Q_Z=imag(Zind)/real(Zind)
L_Z=imag(Zind)/(real(Zind)*real(Zind)+imag(Zind)*imag(Zind))/(2*pi*xval(Zind))
Rs_Z=real(Zind)
Rp_Z=Rs_Z*(1+Q_Z*Q_Z)

方法二–Y参数(推荐)

Zind=1/ypm('sp 1 1)

1、2port+接地
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在这里插入图片描述
对比结果显示,仿真并不准确
2、2port
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在这里插入图片描述
对比结果显示,仿真准确
3、1port+接地
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在这里插入图片描述
对比结果显示,仿真不准确
4、1port
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在这里插入图片描述
对比结果显示,仿真准确
综上,对于差分类型的电感仿真,仿真电路可以选择1port和2port,采用Y参数

电感仿真2–单端电感:
1、2port+接地
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对比结果显示,仿真准确
2、2port
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对比结果显示,仿真不准确
3、1port+接地
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对比结果显示,仿真准确
4、1port
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对比结果显示,仿真不准确
综上,对于单端类型的电感仿真,仿真电路可以选择1port+接地和2port+接地,采用Y参数

针对Z参数在有些情况下仿真出问题的思考(以上面对单端电感的仿真为例):
1、2port+接地

以Z参数为主导算出的结果在这里插入图片描述
Z11与1/Y11的对比
(我的猜想:电感的电流不突变,Z11的分母为电流,Y11的分母为电压。另外这里实则测的是电感正端与地之间的反馈,不能反映电感的性质,但为什么Y参数就可以反应呢?没太想通!!!)
2、2port
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Z参数输出不出来,因为没有接地,没有电流,而Z参数的分母为电流
3、1port接地
在这里插入图片描述
仿真结果显示,此时Z参数输出正常
4、1port
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仿真结果显示,此时Z参数输出正常
综上,在1port和1port+接地的情况下可以正常使用Z参数,但对于2port和2port+接地的情况,则建议使用Y参数

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电容仿真:
工艺tsmc65
电容mom_rf
计算表达式-
方法一–Z参数(适用于1port,在2port的情况下输出不了值)

Zcap=zpm('sp 1 1)
Q_Z=imag(Zind)/real(Zind)
L_Z=imag(Zind)/(real(Zind)*real(Zind)+imag(Zind)*imag(Zind))/(2*pi*xval(Zind))
Rs_Z=real(Zind)
Rp_Z=Rs_Z*(1+Q_Z*Q_Z)

方法二–Y参数(推荐)

Zind=1/ypm('sp 1 1)

1、2port+接地
在这里插入图片描述
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对比结果显示,Y参数仿真准确,Z参数输出不正确
2、2port
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在这里插入图片描述
对比结果显示,Y参数输出正确,但不适合此单端电容的仿真,而Z参数不能正确输出
3、1port+接地
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
对比结果显示,此时Y参数和Z参数均仿真准确
4、1port
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在这里插入图片描述
对比结果显示,Y参数和Z参数均可以正确输出,但不适合仿真此单端电容
综上,对于单端电容的仿真,可采用2port+接地和1port+接地的电路形式,同时推荐使用Y参数主导的计算公式(Z参数只适合在1port情况下使用)

2021年9月2日更新
tsmc65工艺中的带中间抽头的对称螺旋电感的仿真(spiral_sym_mu_z)
通过find功能找到一个符合要求的电感,性能如下
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下面想在cadence中搭建电路进行仿真,对照结果,以确定仿真电路的正误
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两种方式搭建的电路仿真结果相同
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其中,可以与系统提供的性能参数匹配
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