基于ADS的射频微波元器件模型库构建（二）
3.3.1 线性模型提取
对于线性模型，通常可以使用n端口散射矩阵（S参数）来进行描述。
S参数使用入射电压波和反射电压波的方式定义网络的输入、输出关系，从而表征整个网络的特性。S参数采用Touchstone文件格式，也被称作SnP文件。使用矢量网络分析仪，可以直接生成SnP文件。
大多数无源器件都可以使用线性模型进行表征，如滤波器、功分器、衰减器、耦合器、巴伦、小信号激励下的开关电路等。
3.3.2 非线性模型提取
对于非线性模型，如放大器、限幅器、检波器、混频器等，目前业界最好的模型为X参数。如条件受限不能获得X参数，可以退而求其次，选择P2D模型。
与S参数相比，X参数可以更为完整全面的方式表示或分析射频微波器件的非线性特性。作为S参数在大信号工作条件下的逻辑与数学范畴内的扩展，X 参数的获取首先需要把被测器件驱动到其饱和工作状态——这是很多器件真实的工作状态，然后再在这样的条件下对被测器件进行测量。
在测量X参数的时候，不需要知道与被测器件(DUT)内部集成电路有关的信息，要做的是测量各种不同频率信号电压波形的激励响应模型，如图4 所示。即将信号的基波和所产生的失真信号的绝对幅度、不同频率信号的相对相位信息都精确地测量出来，然后用X参数来代表这些幅度和相位信息的组合。在这些快速得到的精准模型当中，还可以把更多的可变化的因素考虑进去，其中就包括源和负载的阻抗状态、所施加的直流偏置电压、电流值、甚至温度信息等。
有两种方法可以用来生成X参数: 从是德科技先进设计系统(ADS)的电路级原理设计生成X参数，或者使用是德科技PNA-X 矢量网络分析仪的非线性矢量网络测量(NVNA) 应用程序直接测量出X参数。
要想从ADS 的电路级原理图中得到X参数，首先需要在ADS中设计好电路原理图。电路原理图完成之后，就可以把频率、直流偏置、温度和其他重要的参数输入给ADS用来产生X参数的应用程序(X-parameter Generator —X参数生成器)。这个工具使用电路级的设计来计算可供ADS谐波平衡或电路包络仿真使用的器件或模块的X参数。ADS的X 参数产生器工作起来非常灵活，可以为非线性多端口器件在多音激励以及负载牵引仿真的条件下产生X 参数。因此，在ADS中使用参数提取器不仅可以对放大器、混频器等电路进行X参数提取，还能够对多级混频链路等复杂电路进行X参数提取。
如果希望通过对器件的测量快速而精准地得到X参数，需要使用在是德科技PNA-X 上实现的非线性矢量网络分析(NVNA)的测量技术。NVNA 直接测量被测器件(DUT) 的X参数，这些通过测量得到的X参数可以移植到ADS的仿真程序中。使用NVNA测量X参数的时候，充分利用了PNA-X内置的两个高性能激励源，其中的一个激励源用大信号激励被测器件使其达到大信号工作点，同时第二个激励源可以以各种适当测量频率和相位的信号给被测器件施加小的测量激励信号。
目前业界已经使用X参数对功率放大器进行了X参数的模型提取及仿真，显示了X参数模型的精确性。同时，使用X参数也能够成功表征检波器的非线性模型。
X参数还能够支持级联模型仿真。
使用NVNA对混频器进行测试，建立X参数模型，可以对混频器的变频损耗、RF-IF泄漏、LO-IF泄漏以及混频器的高次交调产物等进行建模，如图5所示。
在没有条件进行X参数提取时，可以将P2D模型作为X参数的补充，建立非线性模型库。
P2D模型本质是功率相关的大信号S参数，存储若干功率点对应的S参数，是宽带放大器模型之一。其缺点显而易见，仅考虑了器件的基波，高次谐波完全没有考虑。但是P2D模型能够预测宽带增益压缩特性，故能够在多芯片系统中用来描述放大器特性。早在2002年，是德科技（原安捷伦）就成功应用P2D模型对频率为1至12GHz的多芯片系统进行了仿真和测试结果的对比。
P2D模型的另一优点是测量非常简单，只需要使用ADS中的连接管理器（Connection Manager）通过GPIB或LAN就能够控制是德科技的矢量网络分析仪（包括HP时代的8720等型号以及ENA、PNA），读取放大器的P2D模型。
4、模型库的创建
在获得了一定数量的模型，并进行归类整理后，可以进行模型库创建的工作。在此，使用ADS自带的DesignGuide Developer Studio进行模型库的创建工作。主要工作可以分为以下几步：
将模型作为子电路加入模型库；
在位图编辑器中新建元器件图标或对已有图标进行修改，编辑元器件列表，排列图标并编辑操作内容，如元器件对应位图、帮助文档调用等；
设置元器件库的版本号，并进行编译，发布压缩包。
此时，其他射频或系统工程师只需要在本地计算机上安装元器件库压缩包，即可将自定义的元器件加入到ADS器件库中，方便的进行调用。然后可以根据需求，进行射频链路搭建或系统仿真。图6为安装了自定义模型库后的原理图界面。
5、结论
使用ADS平台，能够针对大多数线性、非线性器件进行建模、测试，同时建立元器件模型库，以应用到射频链路、系统设计中，可以大大提高工程师的设计效率。
通过规范元器件的原理图以及帮助、说明文档，可以让现有的工程经验得以传承、改进，避免因人员变动而引起的元器件模型丢失。
通过定期对元器件库进行更新，辅助电子管理流程，可以让射频系统工程师快速利用现有器件对新系统进行搭建，同时考虑指标的符合情况等。
作者：是德科技软件应用工程师- 谢成诚，张涛
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