Проведение нелинейного шумового анализа

Примеры анализа можно найти в директории examples/RFIC/MixerDiffmode_prj. Его проведение осуществляется на основании следующих базовых шагов:

1. Выбрать источник мощности Component Palette List>Sources-Freg Domain>P_1 Tone и поместить его на входе устройства, отредактировав параметры.

2. Выбрать источник шума опцией Sources_Noises и, разместив в нужном месте, отредактировать параметры.

3. Выбрать порт командой Component Palette List>Simulation-S Param>Term и разместить на выходе схемы, скорректировав, если необходимо сопротивление.

4. Из меню Component Palette List выбрать любой из контроллеров анализа: Simulation-HB, Simulation-LSSP или Simulation-XDB.

5. Выбрать характер изменения частоты:

• Для фиксированной частотной точки ввести значение частоты.

• Для анализа в диапазоне частот установить её в начальное (Start), конечное (Stop) значения и шаг изменения (Step-Size), закон изменения.

6. Выбрать пункт Noise(1) и редактировать параметры следующим образом:

• В поле Input Frequency ввести значение частоты для границы полосы частот, для которой оценивается шум.

• В поле Noise output port ввести номер выходного (Term) порта, для которого будут определяться шумовые параметры. В поле Noise input port ввести номер порта, к которому подключен источник шума.

7. Выбрать пункт Noise(2) и установить дополнительные параметры. Например, в поле Nodes for noise parameter calculation определяют узлы, для которых проводится шумовой анализ.

8. Запустить проект на решение (Simulate> Simulate). Выходные данные будут идентифицироваться именем “… HB.NOISE”.

Назначение опций установки параметров моделирования методом гармонического баланса ( Simulation-hb)

Freq –установка базисных частот анализа:

• Maximum order – максимальное значение порядка интермодуляционных компонент.

• Frequency – базисные частоты анализа (частоты входных сигналов).

• Order – максимальный номер гармоники каждой из базисных частот, учитываемых при анализе.

• Select – редактирование значений базисных частот и их порядков.

• Sweep – установка параметров, изменяемых в ходе анализа ( мощность, частота) и ссылок на Sweep – планы.

• Params – установка статуса выводимой информации и параметров точности и сходимости.

• Budget – вывод токов и напряжений на входе и выходе активного прибора в процессе моделирования.

• Levels – см. выше.

• FFT

• Oversample – установка параметра, определяющего количество временных отсчетов в преобразовании Фурье. Увеличение этого параметра повышает точность расчета, особенно, когда используется прямой метод ГБ, а не метод Крылова.

• More – для установки нового количества отсчетов.

• Convergence

• Max iterations – максимальное количество итераций, достигнув которого решение методом ГБ заканчивается.

• Restart – не использовать результаты предыдущего решения в качестве начальных условий нового анализа.

• Output solution

• Output solution at all steps – сохранять результаты, получаемые на шагах анализа для улучшения сходимости при более детальном анализе в других точках.

• Small-Sig – для эффективного анализа параметрических устройств.

• Use all small-signal frequencies – расчет проводится для всех частот малых сигналов в обоих полосах (верхней и нижней). При умолчании метод ГБ требует больше памяти и времени анализа, но и обеспечивает более высокую точность расчета.

• Merge small – and large-signal frequencies – при выборе этой опции базисные частоты сохраняются в данных. По умолчанию будут выводиться только малосигнальные частоты верхней и нижней полос в смесителе или генераторе.

• Noise (1) – установки для шумового анализа. Для редактирования параметров этой опции нужно выбрать пункт Nonlinear Noise, открыв диалоговое окно:

• Noise frequency – выбор частот, для которых проводится анализ шумов.

• Sweep Type – см. выше.

• Input Frequency – этот параметр устанавливает, какая входная частота, смешиваясь с шумовой частотой, представляет интерес (например, в смесителях). Для смесителей это, обычно, частота гетеродина. Причем шумовой анализ проводится в единичной полосе.

• Noise input port – номер входного порта, куда подключается источник шума. Обычно – это ВЧ - вход смесителя и Num = 1.

• Noise output port – номер выходного порта (Term - компоненты), где определяется шум. Обычно, в смесителях – это выход по промежуточной частоте и Num = 2.

• Include FM noise (osc. only) – используется для определения фазовых шумов в генераторах.

• Noise (2) – для установки параметров шумового анализа выбрать опцию Nonlinear Noise и установить следующие параметры:

• Nodes for noise parameter calculation – выбор имен узлов, в которых определяются шумы. Уменьшая их число возрастает скорость расчета.

• Edit Select – выбор и редактирование имен узлов.

• Noise contributors – выбор элементов, вклады которых при шумовом анализе надо учесть.

• Dynamic range to display – установка границы ниже суммарного шума. Все вклады ниже этой границы будут выводиться.

• Include port noise – включение источника шума от входного порта.

• Calculate noisy two-port parameters – устанавливаются номера портов четырехполюсника, для которых проводится шумовой анализ (использовать только при моделировании S-параметров). Можно определить следующие параметры:

NFmin – минимальное значение шума, когда входной источник имеет оптимальное сопротивление (дБ).

Sopt – оптимальные значения коэффициентов отражения от портов, дающие минимум коэффициента шума.

Rn – Эффективное шумовое сопротивление (Ом).

• Use all small-signal frequencies – проведение анализа для всех малосигнальных частот в обоих полосах. Может потребоваться большой объем оперативной памяти.

• Bandwidth – установка ширины полосы определения спектральной плотности шума (обычно – 1 Гц).

Osc – для реализации анализа генераторов .

• Krylov

• Use Krylov Solver – подключение алгоритма подпространств Крылова к методу ГБ для эффективного решения задач большой размерности (например, моделирования ВЧ – интегральных схем, ВЧ - систем).

• Memory reduction – установка симулятору использовать спектральное уплотнение, чтобы уменьшить объем используемой памяти, но это приведет к увеличению времени анализа (примерно, вдвое).

• Packing threshold – эта опция становится доступной при выборе предыдущей и устанавливает границу спектрального уплотнения (по умолчанию – 1e-8). Меньшее значение (например, 1e-10) будет требовать больше памяти и должно привести к улучшению сходимости.

Для управления сходимостью GMRES –алгоритма (Linear Stage Convergence) в методе Крылова используются следующие опции:

GMRES restart – количество GMRES векторов, сохраняемых в памяти, используемых для повторного запуска.

Tight tolerance – параметр допуска, используемый для окончания GMRES – алгоритма.

Loose tolerance – параметр допуска, используемый для начала GMRES - алгоритма.

Iterations before loose tolerance – количество GMRES – итераций, требуемых для достижения предыдущего параметра.

Для создания лучших начальных условий сходимости (поле Initial relaxation stage) используются опции:

• Use relaxation stage – установка для симулятора использовать начальное приближение, получаемое путем плавного изменения амплитуд входных источников, что приводит к некоторому увеличению времени анализа.

• Window size – определяет количество гармоник, которые необходимо учитывать в релаксационном процессе предыдущего пункта. По умолчанию – 8. Рекомендуется увеличивать этот параметр при анализе существенно нелинейных режимов.