СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА 3/2016

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ 86 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 3 2016 R G V out R L f 0 , P in (i in , f s ) Узел "n" STAN – инструмент для анализа устойчивости СВЧ-цепей Рис. 1. Маломощный источник синусоидального тока, соединённый с выбранным узлом цепи для анализа устойчивости В статье описывается оригинальный метод анализа устойчивости СВЧ-цепей, а также построенное на его базе инструментальное средство, интегрируемое с рядом популярных систем автоматизированного проектирования. AMCAD Engineering Перевод: Елена Кириленко Возникновение автоколебаний в СВЧ-цепях является одной из основ- ных проблем, которые встречают- ся в процессе разработки усилителей мощности. Такие автоколебания име- ют место из-за присутствия обратной связи, которая, в свою очередь, может проявляться в случаях высокого уров- ня усиления, в том числе и вне рабо- чего диапазона частот. Наличие неже- лательных колебаний также зависит от выбранной рабочей точки питания устройства (устойчивость при линей- ных возмущениях) или же от уровня мощности, подаваемой на вход устрой- ства (устойчивость при нелинейных возмущениях). Возможность получе- ния максимально полной информации об устойчивости усилителя в процессе проектирования очень важна, в особен- ности для монолитных интегральных цепей (Monolithic Microwave Integrated Circuit, MMIC), где полностью отсутству- ет возможность какой-либо коррекции цепи после её производства. Для анализа устойчивости СВЧ- цепей на маломощных и мощных сиг- налах разработчиками используются различные методы. Некоторые из них встроены в коммерческие САПР, что упрощает их применение, например, μ-анализ и анализ методом K-фактора, которые предназначены для линей- ных устройств с двумя точками под- ключения и нежелательны в случае цепей с множеством активных ком- понентов. Более точные методы ана- лиза на малом сигнале, применимые к устройствам с большим количеством активных компонентов, представлены в литературе, но являются слишком сложными для использования в САПР, особенно в случае цепей с множеством активных элементов. В большинстве коммерческих САПР нет инструментов для анализа устойчи- вости в нелинейных режимах работы СВЧ-цепи. При этом разработаны раз- личные методы такого анализа, но боль- шинство из них не обеспечивают тре- буемую точность или же они являются слишком сложными для использования в процессе промышленной разработки. Инструмент анализа устойчивости СВЧ-цепей STAN позволяет решить опи- санные проблемы и осуществить анализ устойчивости цепей на маломощных и мощных сигналах. Запатентованная методика, разработанная в Универси- тете Страны Басков совместно с фран- цузским Национальным центром кос- мических исследований (CNES), способ- на обнаружить и распознать природу автоколебаний, например, таких как параметрические колебания в усили- телях мощности, которые могут зави- сеть от входного управляющего сигна- ла. Знание типа автоколебания упроща- ет введение стабилизирующих цепей, обеспечивающих баланс между требу- емым запасом устойчивости и сохра- нением исходных характеристик цепи. Описываемый метод базируется на идентификации нулей и полюсов. Пре- имущество метода заключается в том, что одну и ту же методику можно при- менять для анализа систем с постоян- ным током, а также для анализа устой- чивости при маломощном и мощном сигналах, основываясь на результа- тах симуляций, полученных средства- ми коммерческих САПР. На рисунке 1 показан источник синусоидального тока, соединённый с выбранным узлом цепи для анализа устойчивости, где f 0 , P in – частота и мощность генератора, R G – внутреннее сопротивление гене- ратора, R L – сопротивление нагрузки, V out – выходное напряжение, i in , f s – ток и частота источника синусоидально- го тока. И НТЕГРАЦИЯ С СИСТЕМАМИ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ На первом этапе работы с СВЧ- цепью нужно выбрать узел в цепи и подключить к нему источник тока. Далее для получения частотной харак- теристики цепи необходимо восполь- зоваться соответствующей линейной или нелинейной симуляцией. Соот- ветствующие шаблоны для проведе- ния симуляций доступны для про- граммных пакетов Keysight ADS и AWR Microwave Office. Вторым шагом является определение частотной характеристики цепи, полу- чение передаточной функции и соот- ветствующих ей нулей и полюсов. Этот шаг выполняется с помощью инстру- мента STAN, который на основе тек- стового файла, экспортированного из симулятора цепей, позволяет легко получить и проанализировать резуль- таты. На рисунке 2 продемонстриро- вана карта нулей и полюсов, где – полюса; – нули, а красным отмече- ны полюса с положительной реальной частью, означающие наличие колеба- ний на данных частотах. В ЫБОР УЗЛА ЦЕПИ И АВТОКОЛЕБАНИЯ В простой цепи с ясной структу- рой обратной связи (ряд усилите- лей, осцилляторов, и так далее) любой из узлов может использоваться для анализа. Однако для более сложных