利用ADS设计VCO的实例

ARM中ADS环境下C语言和汇编语言混合编程及示例(转）lpc2000系列2009-11-18 09:50:51 阅读230 评论0 字号：大中小稍大规模的嵌入式程序设计中，大部分的代码都是用C来编写的，主要是因为C语言具有较强的结构性，便于人的理解，并且具有大量的库支持。

但对于一写硬件上的操作，很多地方还是要用到汇编语言，例如硬件系统的初始化中的CPU 状态的设定，中断的使能，主频的设定，RAM控制参数等。

另外在一些对性能非常敏感的代码块，基于汇编与机器码一一对应的关系，这时不能依靠C编译器的生成代码，而要手工编写汇编，从而达到优化的目的。

汇编语言是和CPU的指令集紧密相连的，作为涉及底层的嵌入式系统开发，熟练对应汇编语言的使用也是必须的。

这里主要讨论C和汇编的混合编程，包括相互之间的函数调用。

下面分四种情况来进行讨论，不涉及C++语言。

一、在C语言中内嵌汇编在C中内嵌的汇编指令包含大部分的ARM和Thumb指令，不过使用与单纯的汇编程序使用的指令略有不同，存在一些限制，主要有下面几个方面：a 不能直接向PC 寄存器赋值，程序跳转要使用B或者BL指令；b 在使用物理寄存器时，不要使用过于复杂的C表达式，避免物理寄存器冲突；c R12和R13可能被编译器用来存放中间编译结果，计算表达式值时可能把R0-R3、R12及R14用于子程序调用，因此避免直接使用这些物理寄存器；d 一般不要直接指定物理寄存器；e 让编译器进行分配内嵌汇编使用的标记是__asm或asm关键字，用法如下：__asm{instruction [; instruction]}或asm(instruction[; instruction])。

下面是一个例子来说明如何在C中内嵌汇编语言C语言文件.c procatlaw#include stdio.hvoid my_strcpy(const char src, char dest){char ch;__asm{loopldrb ch, [src], #1strb ch, [dest], #1cmp ch, #0bne loop }}int main(){char a=forget it and move on!;char b[64];my_strcpy(a, b);printf(original %s, a);printf(copyed %s, b);return 0;}在此例子中C语言和汇编之间的值传递是用C语言的指针来实现的，因为指针对应的是地址，所以汇编中也可以访问。

使用ADS1.2进行嵌入式软件开发(下)上期主要介绍了基于ARM的嵌入式系统软件开发中，怎样来对必要的C库函数进行移植和重定向，以及如何根据不同的目标存储器系统进行程序编译和连接设置。

本期介绍程序中的存储器分配和如何根据设置正确初始化系统。

放置堆栈和heapScatterloading机制提供了一种指定代码和静态数据布局的方法。

下面介绍如何放置应用程序的堆栈和heap。

* _user_initial_stackheap重定向应用程序的堆栈和heap是在C库函数初始化过程中建立起来的。

可以通过重定向对应的子程序来改变堆栈和heap的位置，在ADS的库函数中，即_user_initial_stackheap()函数。

_user_initial_stackheap()可以用C或汇编来实现，它必须返回如下参数：r0：heap基地址；r1：堆栈基地址；r2：heap长度限制值(需要的话)；r3：堆栈长度限制值。

当用户使用分散装载功能的时候，必须重调用_user_initial_stackheap()，否则连接器会报错：Error： L6218E： Undefined symbol Image$$ZI$$Limit (referred from sys_stackheap.o)*存储器模型ADS提供了两种实时存储器模型。

缺省时为one-region，应用程序的堆栈和heap位于同一个存储器区块，使用的时候相向生长，当在heap区分配一块存储器空间时需要检查堆栈指针。

另一种情况是堆栈和heap使用两块独立的存储器区域。

对于速度特别快的RAM，可选择只用来作堆栈使用。

为了使用这种two-region模型，用户需要导入符号use_two_region_memory，heap使用需要检查heap的长度限制值。

对这两种模型来说，缺省情况下对堆栈的生长都不进行检查。

用户可以在程序编译时使用 -apcs/swst 编译器选项来进行软件堆栈检查。

基于ADS的功率放大器设计实例与仿真分析基于ADS（Advanced Design System）的功率放大器设计实例与仿真分析，可以从功率放大器的设计步骤、ADS的使用方法以及仿真分析结果等方面进行详细阐述。

以下是一个关于微带带通滤波器的功率放大器设计实例与仿真分析的论述。

第一步是设计微带带通滤波器，该滤波器会被用作后续功率放大器的输入端。

为了实现滤波器的设计，可以使用ADS中的电路设计工具。

首先，根据输入信号的频率要求和滤波器的通频带范围，可以设置滤波器的中心频率和带宽。

然后，可以选择合适的滤波器拓扑结构，如二阶椭圆滤波器或Butterworth滤波器等。

接下来，可以计算并选取滤波器所需的阻抗、电感和电容等元件数值。

最后，将设计好的滤波器电路进行布线，并进行仿真分析。

接下来是功率放大器的设计。

在滤波器的输出端，接入功率放大器电路。

首先，可以选择适当的功率放大器拓扑结构，如BJT放大器、MOSFET放大器或GaAsHEMT放大器等。

然后，根据输出信号要求和功率放大器的增益、线性度要求，可以计算并选取合适的偏置电流和工作电压等参数。

接下来，根据电路的参数和设计需求，可以进行功率放大器电路的分析和调整。

通过调整各个参数和拓扑结构，可以获得较好的功率放大器的设计效果。

在进行功率放大器的AD仿真时，将滤波器和功率放大器电路进行连接，并将输入信号的频率与幅度设置为所需的值。

可以通过修改电路参数，如管子的偏置点、交叉点的电阻等，来观察功率放大器在不同工作条件下的性能表现，并且可以分析功率放大器电路的输入输出特性、增益、功率效率等指标。

如果发现电路存在问题或者不满足设计需求，可以通过改变电路的参数、调整滤波器的结构等方式进行优化，再次进行仿真分析。

最后，根据仿真结果，可以对功率放大器进行性能评估和分析。

通过比较仿真结果与设计要求，可以判断设计的功率放大器是否满足预期的性能指标。

如果仿真结果不理想，可以进行参数调整、电路优化等方法来改善电路性能。

关于VCO的仿真设计随着科技的发展和应用范围的不断扩大，VCO（Voltage Controlled Oscillator）在通信系统、信号处理等领域中得到了广泛应用。

VCO是一种根据输入电压调整频率输出的电路器件，具有稳定性好、调节范围宽等优点。

在进行VCO的仿真设计时，需要考虑到电路参数的选择、电路拓扑结构的设计以及仿真结果的验证等方面。

本文将从这三个方面介绍VCO的仿真设计。

首先，需要选择合适的电路参数。

对于VCO来说，有两个非常重要的参数，即控制电流和共模电流，它们决定了VCO的工作频率和频率稳定性。

因此，在进行仿真设计时，需要根据实际需求来选择这两个参数的数值。

一般来说，较大的控制电流和较小的共模电流可以得到较大的频率范围和较小的频率漂移。

其次，需要设计合适的电路拓扑结构。

VCO的电路拓扑结构有很多种，常见的有Colpitts结构、Hartley结构和Clapp结构等。

这些结构在设计上各有优劣，可以根据实际应用来选择合适的结构。

例如，Colpitts结构适合在较低频率范围内工作，而Hartley结构则适合在较高频率范围内工作。

在进行仿真设计时，需要根据所选择的电路拓扑结构来建立相应的模型，并对其进行参数调整和优化。

最后，需要对仿真结果进行验证。

在进行VCO的仿真设计时，可以使用电路仿真软件进行电路模型的建立和仿真测试。

在仿真测试过程中，需要对各种输入电压条件下的输出频率进行记录和分析，以评估VCO的性能指标。

同时，还可以通过参数扫描和参数优化等方法，对VCO的性能进行进一步改善。

在验证结果时，可以与实际电路进行比较，以确保仿真结果的准确性和可靠性。

综上所述，VCO的仿真设计是一个复杂而又关键的过程，需要考虑到电路参数的选择、电路拓扑结构的设计以及仿真结果的验证等方面。

通过合理选择电路参数、设计合适的电路拓扑结构以及进行仿真结果的验证，可以得到性能较好的VCO电路，满足实际应用的需求。

在未来的研究中，可以进一步改进仿真设计方法，提高VCO的性能和稳定性。

一种宽调频高频LC VCO的设计压控振荡器可分为环路振荡器和LC振荡器。

环路振荡器易于集成，但其相位噪声性能比LC振荡器差。

为了使相位噪声满足通信标准的要求，这里对负阻LC压控振荡器进行了分析，利用安捷伦公司的ADS软件设计了一款性能优异的压控振荡器，并对其进行仿真验证。

1 电路原理及设计1.1 buffer的设计射极跟随器(又称射极输出器，简称射随器或跟随器)是一种共集(Comm ON Collector)接法的电路，如图l所示。

它从基极输入信号，从射极输出信号。

其输入阻抗高，对前级电路影响小，可作为多级放大器的第1级;输出阻抗低，带负载能力强，可作为多级放大器的输出级。

由于其上述2个特点，可以在多级放大器里用作缓冲级。

信号从发射极输出的放大器。

其特点为输入阻抗高，输出阻抗低，电压放大系数略低于1，带负载能力强，也可认为是一种电流放大器，常用于阻抗变换和级间隔离。

三极管按共集方式连接，即基极与发射极共地，基极输入，发射极输出，亦称为共集电极放大器。

动态电压放大倍数小于1且接近1，且输出电压与输入电压同相，但输出电阻低，具有电流放大作用，因此具有功率放大作用。

图2是对buffer隔离作用的仿真。

通过仿真发现：压控振荡器与外部电路相接时，外部电路阻抗的变化不会对压控振荡器的阻抗产生影响。

1.2 电路原理及设计仿真压控振荡器按构成原理可分为反馈型振荡器和负阻型振荡器2大类。

这里采用负阻型振荡器，其主要是由负阻器件和谐振回路组成的振荡器，利用负阻器件的负电阻效应与谐振回路中的损耗正电阻相抵消，维持谐振回路的稳定振荡。

图3为压控振荡器电路。

图3中VQ5，VQ6管的负跨导可以补偿振荡中的电路损耗，为振荡提供能量。

控制电压Vr控制变容二极管电容的变化，以达到控制振荡频率的目的。

VQ5和VQ6尺寸相同，交叉耦合，忽略沟道调制效应和体效应等二阶效应，可得到其等效电路，如图4所示。

由于Vce5=Vbe6，Vce6=Vbe5，在振荡平衡时，A、B两点的电压幅度对称相等，得Vce5=Vce6，则VQ5的集电极到发射极(即AM两端)的交流等效电导为：式中，gmVbe5前面加负号的原因为：此电流源增大时Vce5是减少的。

ADS设计压控振荡器VCO引言：在无线通信系统和射频电路中，压控振荡器(Voltage Controlled Oscillator, VCO)是一个关键的组件，常用来产生射频信号的频率。

在过去，VCO的设计主要采用传统的手工设计方法，这种方法存在效率低、耗时长、成本高等问题。

随着计算机软件的发展，先进设计软件(Advanced Design System, ADS)的使用，可以极大地提高VCO的设计过程的效率和精确度。

本文将使用ADS来设计一个压控振荡器，并介绍设计的步骤与方法。

1.设计规格：在进行VCO的设计之前，需要明确设计所需的规格和要求。

规格包括振荡频率范围、输出功率、频率调谐范围、相位噪声等。

以一个短波FM 调频收音机的压控振荡器为例，规格如下：-振荡频率范围：88MHz至108MHz-输出功率：10dBm-频率调谐范围：±30kHz2.基本设计步骤：a.选择合适的振荡电路拓扑在设计VCO时，需要选择适合应用的振荡电路拓扑。

常见的振荡电路拓扑包括Colpitts振荡器、Hartley振荡器、Clapp振荡器等。

选择适合的振荡电路拓扑可以满足设计规格并降低设计复杂度。

b.选择合适的振荡器元件和参数根据规格要求，选择合适的元件，如电容、电感和晶体管等。

同时，确定振荡器的参数，如电感值、电容值、稳压电源等。

这些参数的选择与规格要求和电路拓扑有关。

c.设计反馈网络振荡器的稳定性要求设计一个合适的反馈网络。

反馈网络可以提供适当的相移和放大来使振荡器产生振荡。

反馈电容和电感的选择要根据设计规格和稳定性要求进行。

d.电压控制和频率调谐电路设计VCO的特点是其输出频率可以通过调整输入电压来实现调谐。

设计电压控制和频率调谐电路，以实现规定的频率调谐范围和线性度。

3.ADS模拟仿真设计将以上设计步骤导入ADS软件中进行模拟仿真设计。

ADS提供了丰富的电路设计小工具和分析工具，可以进行电路拓扑优化、参数调整、稳定性分析、相位噪声分析等多种分析。

附录B ：谐波平衡仿真器大信号AC 和S-参数仿真中的谐波平衡法谐波平衡法是一种频域分析方法，用在对非线性电路和系统的失真进行仿真。

这种方法假设输入激励由相关的稳态正弦信号组成。

因此，结果能被表达成稳态正弦信号和的形式，它包括除谐波和混合项之外的输入频率。

0()()k Njw t k k v t real v e ==∑k v 是k*ω频率处的复振幅和相位。

电路仿真器把非线性微分方程变换为频域中的一组非线性代数方程。

*((()))((()))*()()k k k k k m k j F q v t F f v t V H j I ωωω++=()k F 表示傅立叶变换中的th k 项频谱分量。

谐波平衡仿真器必须同时求解出非线性代数方程中的所有k v 值。

必须求解的非线性方程的个数按N 的因子的形式增加，N 与标准时域模拟器有关。

这意味着谐波平衡法中矩阵的大小和存储容量随着N 的变大增加很快。

为了在时域中对非线性器件求值，仍然需要采用傅立叶逆变换将k v 变换为()v t ,在这之前应先对非线性 q()和f()函数求值。

这表示标准的SPICE-类型、非线性电流和载荷波形在每个迭代点被变换到频域，在频域方程中用到它们的谱值。

很多谐波平衡仿真器用到New-Raphson 方法，派生物（非线性电阻和电容）必须在时域中计算并且需要被变换到频域。

时域求解中应用谐波平衡法的主要优点是对线性器件的任意频响比较容易迅速地模拟。

它不再需要集总参数元件的近似值。

时域卷积被比较容易的频域相乘代替，这对RF 、微波和毫米波频率来说特别重要，它们经常需要用频域数据描述其特性。

谐波平衡法的另一个优点是能直接提供稳态结果，而不必要等到瞬态信号的结束。

对高Q 值电路这是费时的等待。

输入激励的频率ω可以被任意扩展并且是不对称的，但是谐波平衡法仍然能比较快速的得到结果。

复杂性和求解成本不会增加，这是因为低频调谐（长时期）和高频调谐（非常小的时间步）共同存在。

实验一：压控振荡器VCO的设计实验目的：1、了解压控振荡器VCO的原理和设计方法2、学习使用ADS软件进行VCO的设计，优化和仿真。

实验内容：1、了解振荡器的主要技术指标。

2、使用ADS软件设计一个VCO，并对其参数进行优化、仿真。

3、观察不同的参数对VCO工作的影响。

实验步骤：一、偏置电路的设计1、建立工程文件Oscillator，命名为yakong。

建立一个原理图窗口，命名为pz。

2、在原理图窗口打开Component library，选择采用HP 公司生产的AT41411 硅双极管[12]，在probe components 中选择L_Probe，在Sources－Time Domain中选择V_DC，在lumped components中选择R。

3、设置两个GOAL和一个OPTIM以及一个DC。

4、连好电路图1如下图所示，设置电路节点，设置好电路元件参数（如下），然后进行仿真，结果如下：由此得出后面原理图所用数据R1=385.406，R2=620.792图1二、可变电容VC特性曲线测试1、新建一个电路原理图窗口，命名为kbdr。

2、设置一个Term，一个S-PARAMETE，一个PARAMETER SWEEP，一个V AR，在Component library选择型号为MV1404的变容管。

3、修改电源的属性，修改S参数的属性，修改PARAMETER SWEEP的属性，设置V AR中的参数。

4、连好电路图（如下图2所示），然后仿真，在Date Display中按要求设置输出方式，结果如下图2所示。

图2三、瞬态仿真电路图1、在新原理图窗口，命名为stfz。

2、调出元器件连接电路图如下图3所示，设置Transient Simulation 仿真器仿真从0 到30nsec ，max tim estep=0.01nsec，其他元器件参数如下图，设置一个Transient ，添加V out节点。

3、然后仿真优化，由于VCO的振荡频率由变容二极管所在的谐振网络的谐振频率决定，经计算得到当变容二极管的电容为8.25pF时，谐振频率为1.8GHz，查看图2由VC曲线可以看到实验设计对应的二极管直流偏置电压大概3.5-4.0V之间，这里我们取Vdc=3.65V，如下图3所示。

VCO的设计
一、电路原理
射频锁相环（RFPLL）电路是由一个VCO、一个锁相器和其它支持元
件组成的电路，它能够将一个输入信号的频率改变为另外一个不同的输出
信号频率。

VCO是其中最重要的元件，它是一种可调节输出频率的振荡器，能够根据控制信号的增加或减少，而改变输出频率。

而锁相器则是用来检
测VCO的输出信号，和内部或外部的一个参考信号之间的相差，然后将这
个差值作为VCO的控制输入，使VCO的输出信号与参考信号之间保持在一
定的相位。

二、硬件设计
使用ADS软件，我们首先用ADS中的组件设计器对VCO进行硬件设计，组件设计器可以设计出一个基于给定的VCO技术参数，能够满足设计要求
的VCO硬件结构，包括VCO中使用的所有元件类型，元件值以及其连接方
式等。

接下来，我们使用ADS的子向量表示器（Subvector Representation）工具，要求VCO的硬件无功能变化，然后精确的测量VCO输出的频率与控
制电压的变化，以对VCO的性能进行验证。

最后，我们使用ADS的网络分析器，分析VCO中使用的元件的特性及
网络的运行状况，确保VCO的功耗、噪声、选择性能和相位杂散等指标均
能满足设计要求。

三、仿真设计
利用ADS中的仿真设计工具，我们可以对VCO设计模型进行详细的仿真。

ADS设计VCO范例（资料不错）应⽤ADS 设计VCO1.VCO 振荡器的基本知识和相关指标1.1振荡器的分类：微波振荡器按器件来分可以分为：双极晶体管振荡器；场效应管振荡器；微波⼆极管(踢效应管、雪崩管等)振荡器。

按照调谐⽅式分可以分为：机械调谐振荡器；偏置调谐振荡器；变容管调谐振荡器；YIG 调谐振荡器；数字调谐振荡器；光调谐振荡器。

1.2 振荡器的主要指标：①振荡器的稳定度：这⾥⾯包括：频率准确度、频率稳定度、长期稳定度、短期稳定度和初始漂移。

频率准确度是指振荡器实际⼯作频率与标称频率之间的偏差。

有绝对频率准确度和相对频率准确度两种⽅法表⽰。

绝对频率准确度：)(0Hz f f f -=?其中f －实际⼯作频率；0f －标称频率。

相对频率准确度式绝对频率准确度与标称频率准确度的⽐值，计算公式为：)(000Hz f f f f f -=? ②频率稳定度：频率稳定度是指在规定的时间间隔内，频率准确度变化的最⼤值，也有两种表⽰⽅法：绝对频率稳定度和相对频率稳定度。

频率稳定度还可以分为长期频率稳定度、短期频率稳定度和瞬间频率稳定度。

③调频噪⾳和相位噪⾳：在振荡器电路中，由于存在各种不确定因素的影响，使振荡频率和振荡幅度随机起伏。

振荡频率的随机起伏称为瞬间频率稳定度，频率的瞬间变化将产⽣调频噪⾳、相位噪⾳和相位抖动。

振荡幅度的随机欺负将引起调幅噪⾳。

⼀次，振荡器在没有外加调制时，输出的频率不仅含振荡频率f 0，在f 0附近还包含有许多旁频，连续分布在f 0两边。

如下图所⽰，纵坐标是功率，f 0处是载波，两边是噪⾳功率，包括调频噪⾳功率和调幅噪⾳功率。

图1正弦信号的噪声边带频谱图2 相位噪声的定义如图2所⽰，（单边带）相位噪声通常⽤在相对于载波某⼀频偏处，相对于载波电平的归⼀化1Hz带宽的功率谱密度表⽰（dBc/Hz）。

1.3振荡器的物理模型下图所⽰的是振荡器的物理模型，主要由谐振⽹络、晶体管和输⼊⽹络这三部分组成。

本次PLL 仿真的目的是用ADS 计算环路参数值并估计锁定时间和相噪水平。

其中所选取的锁相环芯片为 ADF4350要求该芯片输出1GHz 的点频。

该芯片的 一些参数如下：1） 输出频率范围为 137.5MHz 至4400MHz 其中VCO 的压控输出范围为2200MHz 至4400MHz 具有可编程的1/2/4/8/16 分频输出。

2） 输入频率范围为10至105MHz 最大鉴相频率为32MHz 3） 在外接电阻为5.1K 的情况下，电荷泵输出的最大电流为 5mA4） VCO 的压控增益为 33MHz/V 归一化相噪水平为-213dBc/Hz ，在输出为2.2GHz 的情况下，其相噪水平分别为：-89dBc/Hz@10KHz -114dBc/Hz@100KH z另外我们取参考输入为25MHz 鉴相频率也为25MHz 我们选择VCO 俞出直 接分频模式，即VCO 俞出4GHz 则N=4000/25=16（X 晶振的相噪水平为:-113dBc/Hz@1KHz,-121dBc/Hz@10KHz,-128dBc/Hz@100KHz 我 们选取三阶无 源滤波结构，环路带宽设置为 20KHz 相位裕度为45° -50 °。

，PLL 环路滤波的仿真首先我们先用ADS 仿真环路参数。

利用ADS 自带的PLL 仿真模块，按照以上■RT." * IA-二>F1 EH 忌p-j ■-Spitiiesiaer Fr^qutncy-«3& usiTg -a-C haige Pu rrp with 除翅帰4 兀恠-tpMiL -CSE J ssp -E tr-j ■:W M W I KNS ：■手.臥曲 科叵电viii, ■…..a“• 幻£厂尸5：「h 岸IT :R EIZ R X aicci e" OF" M .要求设置好之后就得到了图一的仿真原理5严炸亠二0丄T■r”■耳 1L.…匚任 匚—七 _■ - .> jir 3 trCiliy'ir图一 PLL 的ADS 仿真原理图其中以上模块包括了 PLL 的闭环特性、参数设置区、PLL 的开环特性、 环路滤波器部分以及仿真所需要的仿真器和优化目标等。

VCO/PLL的测量和设计技术今日的行动通讯系统需要的是更高的通讯质量、传输速率、频率以及更多频道的带宽，并且提供轻便的、耗电量低、体积小的特色。

在这些限制条件下，包含组件的选择及评估，最后结合成为一套完整的设计，这是非常大的挑战。

根据上述所提及的要求内容，合成振荡器(synthesized oscillator)在射频设计中是不可或缺的一环。

典型的合成振荡器结合了一个电压控制振荡器、一个锁相回路（PLL）芯片、频率参考组件（如石英/TCXO）以及回路滤波器（loop filter）。

电压控制振荡器（VCO）是用来产生RF输出频率。

PLL（在这里是指模拟式PLL；即不同于纯数字式的PLL）是作为稳定和控制频率之用。

回路滤波器的设计，必需整合所有的构成要素，在噪声和瞬间响应之间做取舍（如图一）。

在本文中，将描述锁相回路（PLL）、电压控制振荡器（VCO）和相关的评量资料，这将让射频电路设计者能将包含回路滤波器在内的振荡器，发挥到最大的效益。

最后介绍PLL频率合成振荡器和VCO电路的设计实例，这是因为在设计之前，电路设计者必须先了解相关的测量仪器所提供的功能、PLL/VCO的特性参数，如此才能精确地判断，自己设计的电路是否有达到规格的要求。

VCO的特性参数下列表示一般性的VCO特性参数。

要评估这些参数，各项仪器和装置都必需列入要求，甚至包括作为电源供应和可调式电压源（tuning voltage source）之特定DC电源。

1）射频频率〔Hz〕2）射频功率〔dBm〕3）相位噪声〔dBc/Hz〕4）残余FM〔Hz rms〕5）DC消耗电流〔mA〕6）微调灵敏度〔Hz/V〕7）谐波/寄生频率〔dBc〕8）推频〔Hz/V〕和挽频〔Hz p-p〕为达到最佳的电路表现，许多VCO的特性都应在各种变化下作评估。

举例来说：一个非常基本的参数就是，VCO输出频率对可调式电压（F-V）之关系。

此参数的延伸是微调灵敏度（Hz/V），它是F-V曲线的微分值。