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仿真准吗? [复制链接]

 

 

 

 

 

仿真准吗?

 

我最常被问到的问题就是仿真准吗?大部分的工程师会说,如果没有准确的器件模型,仿真就不会准。

我通常会同意这样的说法。但会加上自己的看法,我的经验里面,仿真是可以是准确的。

电路设计仿真有一个至理名言:垃圾进垃圾出 (Garbage In, Garbage Out)。电路是由许多器件和线路组合而成。的确,如果器件的模型不准确,就别想有一个准确的电路仿真结果。

所以,仿真要准,必须先要有准确的器件模型。

 

 

 

 

 

哪里有准确的元件模型呢?

 

我们说过模拟要准,必须先要有准确的元件模型。但是哪里有准确的元件模型呢?我们常用的电阻、电容、电感难道有不准的疑虑吗?

是的,的确如此。我们在中学时期学习基础电路用的电阻、电容、电感都是理想值,无论电路的应用频率,元件值都不会改变。但是,射频电路的应用频率到了几百MHz,甚至几个GHz以上,元件会产生寄生效应,不再是单纯的电阻、电容、或电感,而是电阻、电容、或电感的总和,而且元件的特性会随着频率改变。在射频应用领域,通常我们用S参数模型来描述射频元件的特性。

那么如何能够得到准确的元件模型呢?最好的方法就是直接测量,例如是德科技的网络分析仪PNA就能直接量出元件的S参数。有些元件大厂甚至会把所有元件的S参数模型建成数据库,让工程师容易取用,例如在村田或TDK官网就能下载ADS的元件数据库。

除了理想元件和S参数模型,元件模型还有许多种类别,例如spice模型等等。准确模型的基础是准确的测量,建议一定要用准确的测试仪器。

 

 

跑完模拟以后,怎么知道仿真的结果准不准呢?

 

跑完模拟以后,怎么知道仿真的结果准不准呢?

最常见的回答是,仿真的结果要跟另一个软件的仿真结果一致才行。

这样的说法很直觉,但有风险。

另一个软件的仿真结果,可能是不同人在不同条件下得到的答案,很难比较。纵使相同人利用相同电脑来仿真相同的电路,也可能因为不同软件的设定方式不同,而有不同的仿真结果。

 

最好的方式是比对仿真结果和实际电路的测量结果,分析两者的差异,适当修正仿真设定或测量方法,让仿真结果和测量结果一致,这样就能说仿真准确了。

 

高频电路设计一定要用到电磁仿真

 

电磁仿真是高频电路设计领域中,一定要会用到的仿真方法,主要是用数学方法算出一个物理结构 (例如天线、连接器、射频模块、射频PCB等) 的高频特性,也就是这个物理结构或元件的模型,最常使用的是s参数模型。有了s参数模型,再加上电路中的电感、电容、和电阻等元件,就能在电路仿真软件中完成射频电路的仿真。

 

电磁仿真通常需要用到工作站等级的电脑、还要配备大量的内存。仿真的时间依据结构的大小和复杂性,从几分钟到几个小时、甚至几天、几个星期都有可能。最重要的是,要有一套电磁仿真软件。如果电磁模拟用量比较大,例如超复杂结构,可能还需要买更多套电磁仿真软件和计算机,甚至会用到多核电脑、平行处理计算机或加速卡等。


以是德科技为例,EMPro是最通用的3D电磁仿真软件,ADS是最著名的电路仿真软件。除了EMPro以外,还有Momentum、RFPro、CILD、Coilsys、Via Designer、SIPro、PIPro、PEPro等电磁仿真软件。

跑完电磁仿真,然后呢?

 

上回我们谈过电磁仿真得到的S参数就是电路器件(结构)的模型。

 

很多学RF的研究生在学校的时候,都会跑一两个电磁仿真,分析S11(输入反射系数)和 S21(正向传输系数)。修完课,加上一篇论文,也许就能得到硕士学位,可以毕业去找一份射频研发工程师的工作。但是,只会电磁仿真够吗?或者说,跑完电磁仿真,然后呢?

 

通常射频器件是要被放到PCB板上,加上电阻、电容、和电感等器件,成为一个最终产品需要的电路。所以,射频研发工程师是要将电磁仿真得到的S参数,加上电阻、电容、和电感等器件模型,还有PCB板的特性,放到电路仿真软件中(例如是德科技的ADS),仿真出整个电路的特性。

 

电磁仿真和器件共仿得到电路的特性的目的是要做射频匹配,将射频电路匹配到预期的设计指标。ADS小秘诀上有两个有用的文檔:Efficient Impedance Matching with ADS(ADS的高效阻抗匹配)Find Out Optimal Values of a Matching Network with Optimization(通过优化找出匹配网络的最佳值。)。建议大家去下载参阅。

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电磁仿真是电腦版的网络分析仪

 

谈电磁仿真,要先从高频电路测试说起。


在高频电路研发的过程中,最常使用到的仪表是网络分析仪。这里所说的网络不是电腦网络,而是在有电腦网络之前很早就用到的名词,指的就是高频电路。


网络分析仪的量测结果叫做 s参数。如果待测的高频电路匹配很好,输入端口的信号就能完全传递进入这个电路,网络分析仪在输入端口上量到的反射信号就会非常小。反之,如果待测电路匹配不良,输入端口的信号不能顺利传进这个电路,网络分析仪就会在输入端口量到比较大的反射信号。s参数就是记录待测电路各个端口输出和输入的讯号大小。
电磁仿真其实就像是在电腦环境中的网络分析仪,电磁仿真所要分析的电路结构 (或称为器件) 就是现实环境中的待测电路,而仿真结果就是s参数。


电磁仿真得到的s参数如果能和网络分析仪的量测到的s参数一致,这个s参数就会是一个准确的器件模型了。

 

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仿真只能提供理论的参考,作为真实实物的一个对照而已

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不能一味的相信它   做方案论证可以 实践还需多做验证  详情 回复 发表于 2021-10-24 10:05

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仿真就是参考

简单电路仿真一下可以完全照搬

负载电路,确实与器件模型关系很大

比如,楼主的文中,电磁仿真得到的S参数就是电路器件(结构)的模型而已

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有太多参数为带入 还有很多没有与实材料对齐  所以出来的仿真数据还得验证一下  详情 回复 发表于 2021-10-24 10:07

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annysky2012 发表于 2021-10-24 09:40 仿真只能提供理论的参考,作为真实实物的一个对照而已

不能一味的相信它   做方案论证可以 实践还需多做验证

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qwqwqw2088 发表于 2021-10-24 09:51 仿真就是参考 简单电路仿真一下可以完全照搬 负载电路,确实与器件模型关系很大 比如,楼主的文中 ...

有太多参数为带入 还有很多没有与实材料对齐  所以出来的仿真数据还得验证一下

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