Agilent  ADS (Advanced Design System) 功能概述

         ADS電子設(shè)計自動化（EDA軟件全稱為 Advanced Design System，是美國安捷倫（Agilent）公司所生產(chǎn)擁有的電子設(shè)計自動化軟件；ADS功能十分強(qiáng)大，包含時域電路仿真 (SPICE-like Simulation)、頻域電路仿真 (Harmonic Balance、Linear Analysis)、三維電磁仿真 (EM Simulation)、通信系統(tǒng)仿真(Communication System Simulation)和數(shù)字信號處理仿真設(shè)計（DSP）；支持射頻和系統(tǒng)設(shè)計工程師開發(fā)所有類型的 RF設(shè)計，從簡單到復(fù)雜，從離散的射頻/微波模塊到用于通信和航天/國防的集成MMIC，是當(dāng)今國內(nèi)各大學(xué)和研究所使用最多的微波/射頻電路和通信系統(tǒng)仿真軟件軟件。ADS軟件版本有ADS2005A、ADS2004A、ADS2003C、ADS2003A、ADS2002C和ADS2002A等。

        此外Agilent公司和多家半導(dǎo)體廠商合作建立ADS Design Kit 及 Model File 供設(shè)計人員使用。使用者可以利用Design Kit 及軟件仿真功能進(jìn)行通信系統(tǒng)的設(shè)計、規(guī)劃與評估，及MMIC/RFIC、模擬與數(shù)字電路設(shè)計。除上述仿真設(shè)計功能外，ADS軟件也提供輔助設(shè)計功能，如 Design Guide是以范例及指令方式示范電路或系統(tǒng)的設(shè)計流程，而Simulation Wizard是以步驟式界面進(jìn)行電路設(shè)計與分析。ADS還能提供與其他EDA軟件，如SPICE、Mentor Graphics的ModelSim、Cadence的NC-Verilog、Mathworks的Matlab等做協(xié)仿真（Co-Simulation），加上豐富的元件應(yīng)用模型Library及測量/驗證儀器間的連接功能，將能增加電路與系統(tǒng)設(shè)計的方便性、速度與精確性。

        下面來對ADS的仿真設(shè)計方法、ADS的輔助設(shè)計功能、以及ADS與其他EDA設(shè)計軟件和測量硬件的連接作個詳細(xì)的介紹。

        1．ADS的仿真設(shè)計方法
        ADS軟件可以提供電路設(shè)計者進(jìn)行模擬、射頻與微波等電路和通信系統(tǒng)設(shè)計，其提供的仿真分析方法大致可以分為：時域仿真、頻域仿真、系統(tǒng)仿真和電磁仿真；ADS仿真分析方法具體介紹如下：

        1.1 高頻SPICE分析和卷積分析（Convolution）
        高頻SPICE分析方法提供如SPICE仿真器般的瞬態(tài)分析，可分析線性與非線性電路的瞬態(tài)效應(yīng)。在SPICE仿真器中，無法直接使用的頻域分析模型，如微帶線帶狀線等，可于高頻SPICE仿真器中直接使用，因為在仿真時可于高頻SPICE仿真器會將頻域分析模型進(jìn)行拉式變換后進(jìn)行瞬態(tài)分析，而不需要使用者將該模型轉(zhuǎn)化為等效RLC電路。因此高頻SPICE除了可以做低頻電路的瞬態(tài)分析，也可以分析高頻電路的瞬態(tài)響應(yīng)。此外高頻SPICE也提供瞬態(tài)噪聲分析的功能，可以用來仿真電路的瞬態(tài)噪聲，如振蕩器或鎖相環(huán)的jitter。
卷積分析方法為架構(gòu)在SPICE高頻仿真器上的高級時域分析方法，藉由卷積分析可以更加準(zhǔn)確的用時域的方法分析于頻率相關(guān)的元件，如雨以S參數(shù)定義的元件、傳輸線、微帶線等。

        1.2 線性分析
線性分析為頻域的電路仿真分析方法，可以將線性或非線性的射頻與微波電路做線性分析。當(dāng)進(jìn)行線性分析時，軟件會先針對電路中每個元件計算所需的線性參數(shù)，如S、Z、Y和H參數(shù)、電路阻抗、噪聲、反射系數(shù)、穩(wěn)定系數(shù)、增益或損耗等（若為非線性元件則計算其工作點之線性參數(shù)），在進(jìn)行整個電路的分析、仿真。

        1.3 諧波平衡分析( Harmonic Balance)
        諧波平衡分析提供頻域、穩(wěn)態(tài)、大信號的電路分析仿真方法，可以用來分析具有多頻輸入信號的非線性電路，得到非線性的電路響應(yīng)，如噪聲、功率壓縮點、諧波失真等。與時域的SPICE仿真分析相比較，諧波平衡對于非線性的電路分析，可以提供一個比較快速有效的分析方法。
諧波平衡分析方法的出現(xiàn)填補(bǔ)了SPICE的瞬態(tài)響應(yīng)分析與線性S參數(shù)分析對具有多頻輸入信號的非線性電路仿真上的不足。尤其在現(xiàn)今的高頻通信系統(tǒng)中，大多包含了混頻電路結(jié)構(gòu)，使得諧波平衡分析方法的使用更加頻繁，也越趨重要。
另外針對高度非線性電路，如鎖相環(huán)中的分頻器，ADS也提供了瞬態(tài)輔助諧波平衡(Transient Assistant HB)的仿真方法，在電路分析時先執(zhí)行瞬態(tài)分析，并將此瞬態(tài)分析的結(jié)果作為諧波平衡分析時的初始條件進(jìn)行電路仿真，藉由此種方法可以有效地解決在高度非線性的電路分析時會發(fā)生的不收斂情況。

        1.4 電路包絡(luò)分析（Circuit Envelope）
        電路包絡(luò)分析包含了時域與頻域的分析方法，可以使用于包含調(diào)頻信號的電路或通信系統(tǒng)中。電路包絡(luò)分析借鑒了SPICE與諧波平衡兩種仿真方法的優(yōu)點，將較低頻的調(diào)頻信號用時域SPICE仿真方法來分析，而較高頻的載波信號則以頻域的諧波平衡仿真方法進(jìn)行分析

        1.5 射頻系統(tǒng)分析
        射頻系統(tǒng)分析方法提供使用者模擬評估系統(tǒng)特性，其中系統(tǒng)的電路模型除可以使用行為級模型外，也可以使用元件電路模型進(jìn)行習(xí)用響應(yīng)驗證。射頻系統(tǒng)仿真分析包含了上述的線性分析、諧波平衡分析和電路包絡(luò)分析，分別用來驗證射頻系統(tǒng)的無源元件與線性化系統(tǒng)模型特性、非線性系統(tǒng)模型特性、具有數(shù)字調(diào)頻信號的系統(tǒng)特性。

        1.6 拖勒密分析（Ptolemy）
        拖勒密分析方法具有可以仿真同時具有數(shù)字信號與模擬、高頻信號的混合模式系統(tǒng)能力。ADS中分別提供了數(shù)字元件模型（如FIR濾波器、IIR濾波器，AND邏輯門、OR邏輯門等）、通信系統(tǒng)元件模型（如QAM調(diào)頻解調(diào)器、Raised Cosine濾波器等）及模擬高頻元件模型（如IQ編碼器、切比雪夫濾波器、混頻器等）可供使用。

        1.7 電磁仿真分析(Momentum)
        ADS軟件提供了一個2.5D的平面電磁仿真分析功能——Momentum（ADS2005A版本Momentum已經(jīng)升級為3D電磁仿真器），可以用來仿真微帶線、帶狀線、共面波導(dǎo)等的電磁特性，天線的輻射特性，以及電路板上的寄生、耦合效應(yīng)。所分析的S參數(shù)結(jié)果可直接使用于些波平衡和電路包絡(luò)等電路分析中，進(jìn)行電路設(shè)計與驗證。在Momentum電磁分析中提供兩種分析模式：Momentum微波模式即Momentum和Momentum射頻模式即Momentum RF；使用者可以根據(jù)電路的工作頻段和尺寸判斷、選擇使用。

        2．ADS的設(shè)計輔助功能
        ADS軟件除了上述的仿真分析功能外，還包含其他設(shè)計輔助功能以增加使用者使用上的方便性與提高電路設(shè)計效率。ADS所提供的輔助設(shè)計功能簡介如下：

        2.1 設(shè)計指南（Design Guide）
        設(shè)計指南是藉由范例與指令的說明示范電路設(shè)計的設(shè)計流程，使用者可以經(jīng)由這些范例與指令，學(xué)習(xí)如何利用ADS軟件高效地進(jìn)行電路設(shè)計。
        目前ADS所提供的設(shè)計指南包括：WLAN設(shè)計指南、Bluetooth設(shè)計指南、CDMA2000設(shè)計指南、RF System設(shè)計指南、Mixer設(shè)計指南、Oscillator設(shè)計指南、Passive Circuits設(shè)計指南、Phased Locked Loop設(shè)計指南、Amplifier設(shè)計指南、Filter設(shè)計指南等。除了使用ADS軟件自帶的設(shè)計指南外，使用者也可以通過軟件中的DesignGuide Developer Studio建立自己的設(shè)計指南。

        2.2 仿真向?qū)В⊿imulation Wizard）
        仿真向?qū)峁﹕tep-by-step的設(shè)定界面供設(shè)計人員進(jìn)行電路分析與設(shè)計，使用者可以藉由圖形化界面設(shè)定所需驗證的電路響應(yīng)。
ADS提供的仿真向?qū)Оǎ涸匦裕―evice Characterization）、放大器（Amplifier）、混頻器（Mixer）和線性電路（Linear Circuit）。

        2.3 仿真與結(jié)果顯示模板（Simulation & Data Display Template）
        為了增加仿真分析的方便性，ADS軟件提供了仿真模板功能，讓使用者可以將經(jīng)常重復(fù)使用的仿真設(shè)定（如仿真控制器、電壓電流源、變量參數(shù)設(shè)定等）制定成一個模板，直接使用，避免了重復(fù)設(shè)定所需的時間和步驟。結(jié)果顯示模板也具有相同的功能，使用者可以將經(jīng)常使用的繪圖或列表格式制作成模板以減少重復(fù)設(shè)定所需的時間。除了使用者自行建立外，ADS軟件也提供了標(biāo)準(zhǔn)的仿真與結(jié)果顯示模板可供使用。

        2.3 電子筆記本（Electronic Notebook）
        電子筆記本可以讓使用者將所設(shè)計電路與仿真結(jié)果，加入文字?jǐn)⑹觯瞥梢环菥W(wǎng)頁式的報告。由電子筆記本所制成的報告，不需執(zhí)行ADS軟件即可以在瀏覽器上瀏覽。

        3．ADS與其他EDA軟件和測試設(shè)備間的連接
        由于現(xiàn)今復(fù)雜龐大的的電路設(shè)計，每個電子設(shè)計自動化軟件在整個系統(tǒng)設(shè)計中均扮演著螺絲釘?shù)慕巧�，因此軟件與軟件之間、軟件與硬件之間、軟件與元件廠商之間的溝通與連接也成為設(shè)計中不容忽視的一環(huán)。ADS軟件與其他設(shè)計驗證軟件、硬件的連接簡介如下：


        3.1 SPICE電路轉(zhuǎn)換器（SPICE Netlist Translator）
        SPICE電路轉(zhuǎn)換器可以將由Cadence、Spectre、PSPICE、HSPICE及Berkeley SPICE所產(chǎn)生的電路圖轉(zhuǎn)換成ADS使用的格式進(jìn)行仿真分析、另外也可以將由ADS產(chǎn)生的電路轉(zhuǎn)出成SPICE格式的電路，做布局與電路結(jié)構(gòu)檢查（LVS，Layout Versus Schematic Checking）與布局寄生抽�。↙ayout Parasitic Extraction）等驗證。

        3.2 電路與布局文件格式轉(zhuǎn)換器（IFF Schematic and Layout Translator）
        電路與布局格式轉(zhuǎn)換器提供使用者與其他EDA軟件連接溝通的橋梁，藉由此轉(zhuǎn)換器可以將不同EDA軟件所產(chǎn)生的文件，轉(zhuǎn)換成ADS可以使用的文件格式。

        3.3 布局轉(zhuǎn)換器（Artwork Translator）
        布局式轉(zhuǎn)換器提供使用者將由其他CAD或EDA軟件所產(chǎn)生的布局文件導(dǎo)入ADS軟件編輯使用，可以轉(zhuǎn)換的格式包括IDES、GDSII、DXF、與Gerber等格式。

        3.4 SPICE模型產(chǎn)生器（SPICE Model Generator）
        SPICE模型產(chǎn)生器可以將由頻域分析得到的或是由測量儀器得到的S參數(shù)轉(zhuǎn)換為SPICE可以使用的格式，以彌補(bǔ)SPICE仿真軟件無法使用測量或仿真所得到的S參數(shù)資料的不足。

        3.5 設(shè)計工具箱（Design Kit）
        對于IC設(shè)計來說，EDA軟件除了需要提供準(zhǔn)確快速的仿真方法外，與半導(dǎo)體廠商的元件模型間的連接更是不可或缺的，設(shè)計工具箱便是扮演了ADS軟件與廠商元件模型間溝通的重要角色。ADS軟件可以藉由設(shè)計工具箱將半導(dǎo)體廠商的元件模型讀入，供使用者進(jìn)行電路的設(shè)計、仿真與分析。

        3.6 儀器伺服器
        儀器伺服器提供了ADS軟件與測量儀器連接的功能，使用者可以通過儀器伺服器將網(wǎng)絡(luò)分析儀測量得到的資料或SnP格式的文件導(dǎo)入ADS軟件中進(jìn)行仿真分析，也可以將軟件仿真所得的結(jié)果輸出到儀器（如信號發(fā)生器），作為待測元件的測試信號。

        4．結(jié)論
        隨著電路結(jié)構(gòu)的日趨復(fù)雜和工作頻率的提高，在電路與系統(tǒng)設(shè)計的流程中，EDA軟件已經(jīng)成為不可缺少的重要工具。EDA軟件所提供的仿真分析方法的速度、準(zhǔn)確與方便性便顯得十分重要，此外該軟件與其他EDA軟件以及測量儀器間的連接，也是現(xiàn)在的龐大設(shè)計流程所必須具備的功能之一。

        Agilent公司推出的ADS軟件以其強(qiáng)大的功能成為現(xiàn)今國內(nèi)各大學(xué)和研究所使用最多的軟件之一。