|
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。
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。
| 
提升卡
变色卡
千斤顶
