BÁO cáo THỰC HÀNH môn học các mạch tần số vô tuyến thực nghiệm ET3034

Mục tiêu • Xây dựng một mạch con được ký hiệu để sử dụng trong hệ thống phân cấp • Tạo một họ các curves cho thiết bị được sử dụng trong bộ trộn • Quét các biến, truyền tham số và vẽ đồ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VIỆN ĐIỆN TỬ-VIỄN THÔNG

BÁO CÁO THỰC HÀNH Môn học: Các mạch tần số vô tuyến-thực nghiệm

ET3034

Lớp: Kĩ Sư Chất Lượng Cao Hệ Thống Thông Tin Và Truyền Thông K59 Giảng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Anh Quang

Nhóm 1:

Phạm Bình Thiên Triều 20144634

I Lab 2: DC Simulations 3

I.1 Mục tiêu 3

I.2 LƯU Ý 3

I.3 Thực hành 3

II.LAB 6: HARMONIC BALANCE MIXER SIMULATIONS AND E-SYN 13

II.1.Mục tiêu 13

II.2.Các bước thực hiện 14

III.LAB 7: ADVANCED HARMONIC BALANCE MIXER SIMULATIONS 20

III.1 Mục tiêu 20

III.2 Thực hiện 21

I Lab 2: DC Simulations

I.1 Mục tiêu

• Xây dựng một mạch con được ký hiệu để sử dụng trong hệ thống phân cấp

• Tạo một họ các curves cho thiết bị được sử dụng trong bộ trộn

• Quét các biến, truyền tham số và vẽ đồ thị của dữ liệu

• Sử dụng các phương trình để tính giá trị điện trở sai lệch từ dữ liệu mô phỏng

I.2 LƯU Ý

Thí nghiệm này và các thí nghiệm còn lại sẽ sử dụng bộ trộn BJT để trình bày tất cả các loại

mô phỏng Bất kể loại mạch bạn thiết kế là gì, các kỹ thuật và mô phỏng được trình bày trong các thí nghiệm này sẽ được áp dụng cho nhiều cấu hình mạch khác

I.3 Thực hành

1.Tạo một Project mới và đặt tên : mixer

2 Mở Cửa sổ Schematic mới và lưu : bjt_pkg

3 Cài đặt thông số BJT:

• Ta chọn ngay biểu tượng BJT NPN ở thanh công cụ bên phải

• Ta gán giá trị cho thuộc tính Bf=Beta , và chọn display parameter on schematic cho

thuộc tính Bf

• Nhập giá trị của Vaf (Chuyển tiếp điện áp sớm) là 50 và hiển thị nó bằng cách nhấp vào Apply và OK Điều này sẽ làm cho các đường cong DC thực tế hơn

4 Xây dựng phần còn lại của mạch

• Chèn các điện cảm L và tụ điện C: Chèn ba cuộn cảm chì (320 pH) và hai tụ điện tiếp giáp (120 fF) Hãy chắc chắn sử dụng đúng đơn vị (pico và femto) nếu không mạch của bạn sẽ không có phản hồi chính xác Ngoài ra, thêm một số điện trở R = 0,01 ohms vào cuộn cảm

• Chèn các đầu nối cổng: Nhấp vào biểu tượng đầu nối cổng và chèn các đầu nối chính xác theo thứ tự sau: 1) collector, 2) base, 3) emitter Bạn phải làm điều này để các đầu nối có cấu hình pin chính xác giống như biểu tượng BJS của ADS Chỉnh sửa tên cổng - thay đổi P1 thành C, thay đổi P2 thành B và thay đổi P3 thành E

• Để di chuyển văn bản , nhấn F5-Key và sau đó chọn thành phần Sử dụng con trỏ để định vị văn bản

5 Tạo một biểu tượng cho mạch con

Có ba cách để tạo biểu tượng cho mạch: 1) Sử dụng ký hiệu mặc định, 2) Sử dụng ký hiệu tích hợp (ký hiệu chuẩn) hoặc 3) Tạo biểu tượng mới bằng cách vẽ một hoặc sửa đổi biểu tượng hiện có Đối với thí nghiệm này, bạn sẽ sử dụng biểu tượng bjt tích hợp trông đẹp hơn biểu tượng ba cổng mặc định Các bước sau đây cho thấy làm thế nào để làm điều này:

• Click vào Window -> chọn Sympol -> chọn Copy/Modify -> Chọn BJT NPN Ta sẽ phải đổi tên các cổng sao cho phù hơp thứ tự C,B,E

• Quay lại Schematic : Chọn file-> Design Parameters thay đổi như hình

• Chọn Cell Parameters để thiết lập tham số Beta như sau : Nhập name : Beta , Default

Value : 100, chọn ADD để thêm biến Chọn OK để kết thúc

6 Tạo một mạch khác để mô phỏng DC

Chọn Library list icon -> Workspace -> Chọn Q1 Di chuyển chuột ra ngoài màn hình,

nhấn để thêm BJT mình vừa thiết kế

7 Thiết lập đường cong DC

Đối với bước này, bạn sẽ sử dụng một mẫu Các mẫu dựng sẵn của ADS giúp dễ dàng thiết lập

mô phỏng hơn sau khi sơ đồ được xây dựng Trong trường hợp này, mẫu theo dõi đường cong

dc được thiết lập để quét VCE trong các giá trị gia tăng của IBB hiện tại cơ sở

• Chọn Insert -> Template -> BJT_curve_tracer , chọn OK để kết thúc

• Ta sẽ thu được kết quả như sau :

• Đặt giá trị SweepVar IBB: 1 uA thành 11 uA trong 2 bước uA Các thành phần tham số Sweep có sẵn trong tất cả các bảng mô phỏng Đặt bộ điều khiển mô phỏng DC SweepVar VCE: 0 đến 5 trong 0,1 bước Lưu ý rằng các biến VAR1 VCE và IBB có thể được sử dụng

vì chúng chỉ khởi tạo các biến nhưng tốt nhất là sử dụng các giá trị hợp lý

8 Đặt tên cho tập dữ liệu và chạy mô phỏng

• Chọn Simulate trên thanh công cụ ( hoặc F7) để chạy mô phỏng

9 Hiển thị kết quả

• Thay đổi giá trị Beta : 100 và 144 để so sánh

• Thêm một list, chọn biểu tượng 123456789 Chọn Plot Options Chỉnh các giá trị như hình trong bảng Ta sẽ thu được kết quả như sau:

10 Tao một Schematic mới để tính độ lệch

Chọn file -> Save as , đổi tên thành dc_bias

• Chỉnh sửa bộ điều khiển DC để quét IBB: 1uA thành 11 uA trong các bước 1 uA

• Đặt Vdc = 1.5V và

• Xóa VCE khỏi VarEqn bằng cách chỉnh sửa nó (nhấp đúp) và sử dụng nút Cắt để xóa VCE như một biến

• Thêm node name bằng cách kích vào dây, rồi kích vào kí tự Name trên thanh công cụ

để đặt tên cho điểm

11 Hiển thị dc_bias trong list

Trong cửa sổ kết quả mô phỏng, chọn biểu tượng 12345678 ADD các biến VBE, IC

12 Viết biểu thức tính Rb

Chọn biểu tượng Eqn , để nhập vào biểu thức mong muốn Rb1 = (1.5 - VBE) / IBB

Từ cửa sổ, chọn biểu tượng 2345678, Chọn Equations , ADD các biến Rb, Rc Chọn OK

13 Tạo môt mạch mới để test bias network

Ta tạo một new Schematic đặt tên là dc_net

Thêm current probe (I_Probe)

• Đổi tên và gán điện trở: Rb = 100 K ohms và Rc = 470 ohms

• Đổi tên I_Probe: IC

• Chèn bộ cung cấp V_DC 2V

• Chèn tên nút dưới dạng VC

• Đấu dây mạch và tổ chức nó

15 Quét tham số

Trong tab Sweep, nhập temp biến toàn cục ADS (mặc định là Celsius) như được hiển thị ở đây và nhập phạm vi quét: -55 đến 125 , step 5 Ngoài ra, trong tab Hiển thị, bấm vào các hộp để hiển thị chú thích trên bộ điều khiển - bấm Apply để xem và OK để bỏ qua hộp thoại

Sau đó ta chạy mô phỏng, và thêm biến VC, và temp để hiển thị kết quả

II.LAB 6: HARMONIC BALANCE MIXER SIMULATIONS AND E-SYN

II.1.Mục tiêu

• Mô phỏng bộ cân bằng điều hòa

• Tối ưu, hiển thị và xử lý dữ liệu theo nhiều cách

II.2.Các bước thực hiện

1 Tạo sơ đồ

a Xây dựng mô hình như dưới đây bằng cách sử dụng lại mô hình trong Lab5 (nhưng thay

đổi giá trị cảm kháng, trở kháng, dung kháng) và thêm các thành phần mới

b Thêm 2 bộ P_1Tone cho RF và LO Sau đó đặt giá trị tần số RF Freq = 900 MHz và LO

Freq = 855 MHz

c Đặt giá trị DC_block1 = 1.1 pF và DC_Feed1 = 15.5 nH

2.Chèn tên node: Vin, Vout và Vcc

Thêm các node này như hình vẽ bằng cách nhấn vào nút trên thanh công cụ

3.Cài đặt 2 nguồn RF và LO

a Sửa hàm P trong nguồn RF thành: P=dbmtow(-40)

b Tương tự sửa hàm P trong nguồn LO thành: P=dbmtow(-10)

4.Thêm bộ Harmonic Balance simulation controller

a Đặt tần số của bộ điều khiển như sau:

Freq[1] = 855 MHz và Order = 5

Freq[2] = 900 MHz và Order = 4

b Đặt giá trị Maximum Mixing Order = 9

5.Mô phỏng và hiển thị dữ liệu

a Bấm nút trên thanh công cụ để bắt đầu quá trình mô phỏng

b Trong danh sách dữ liệu, chọn Mix và chọn Add Sau đó, nhấn OK Kết quả trả về một

bảng giá trị Mix(1) và Mix(2) theo các tần số khác nhau

c Chọn Rectangular Plot và vẽ đồ thị Vin, Vout theo dBm Kết quả như sau:

d Thiết lập 1 equation và vẽ danh sách giá trị gain_marker như sau:

Kết quả thu được:

6 Sử dụng các biến để thay cho giá trị cụ thể của Freq và Power

a Chúng ta thêm khối variable (VAR), thiết lập lại 2 khối P_1Tone và Harmonic Balance như sau:

7 Sử dụng 2 bộ MeasEqn để tính Conversion Gain

Sau đó vẽ môt danh sách với 3 giá trị freq, conv_gain và if_pwr

Kết quả:

Chuyển giá trị của bộ R_gain thành biến X Sau đó, dùng một bộ Optimization như hình bên dưới, chọn khoảng giá trị tối ưu

Simulate lại hệ thống, ta thấy Conversion Gain đạt tối đa khi R_gain=560 Ohm

9 Sửa giá trị của R_gain = 560 (Ohm) và loại bỏ bộ Norminal Optimization ở trên Sau đó Simulate lại, so sánh giá trị so với phần 8

12 Sử dụng một bộ Harmonic Balance để test

a Chỉnh sửa bộ Harmonic Balance như sau:

b Sử dụng một bộ Equation : IF_gain = IF_pwr - RF_pwr

c Vẽ biểu đồ sự liên hệ giữa RF_pwr và IF_gain

d Thêm một Equation: line = RF_pwr+IF_gain[0] và vẽ sự liên hệ giữa (IF_pwr, RF_pwr)

e Vẽ sự liên hệ giữa (line, RF_pwr)

• Sử dụng hàm và biến để điều khiển mô phỏng

III.2 Thực hiện

2.1 Tạo mạch

Ta sử dụng lại phần lớn mạch của lab 06 Trong lab 07 ta sử dụng mạch như sau:

2.2 Tạo khối VAR

2.3 Chỉnh sửa bộ RF_Source

Chuyển RF_Source thành 1 bộ P_nTone và đặt các giá trị như sau:

2.4 Cài đặt giá trị cho HB Controller

Thêm các giá trị tần số và order tương ứng của nó Vào mục “Display” để hiển thị thêm các giá trị như Start, Step, Stop, Other,… như sau:

2.5 Cài đặt bộ IP3out

Thêm 2 bộ IP3out như sau để tự động tính toán điểm IIP3 ở đầu ra

2.7 Vẽ phổ của Vout

Vẽ Vout với đơn vị dBm ta được

Lấy khoảng giá trị của trục X : min = 4.49e6, max = 4.51e6, step = 2e5, ta được

Vẽ list (freq, dbm(mix(Vout,mix_tone)) với mix_tone được định nghĩa trong bộ Equation:

2.9 Sweep LO Power

• Chỉnh lại bộ HB Controller, để sweep của biến LO_pwr từ -20 tới 0 dBm với 4dBm step

• MaxOrder = 5 và Order = 3 với mỗi bộ

• Đặt giá trị Trace Options: dbm(hb_toi Vout)

Mô hình sweep trong simulate:

• Tăng LO order = 7 và Max Order =10

2.10 Simulate NF

• Bỏ bộ RF_Source cũ và thêm bộ RF_Source mới

• Sửa lại giá trị bộ HB Controller :

2.11 Simulate

Vẽ 1 list (port3.NC.vnc, port3.NC.names)