这期我们看一个电路仿真任务,频谱线任务,也叫谐波平衡(harmonic balance):
谱线任务可用于模拟频域中的高度非线性电路。计算谱线执行的是谐波平衡 (hb) 分析。 hb 分析求解动态系统的稳态,并产生给定频率的正弦函数的傅立叶系数。通常,我们可以为 hb 分析定义许多独立的激励频率(音调)。根据这些基本频率的数量 n,我们称之为 n 音分析。这个分析中考虑的频率,是用户指定的特定数量谐波的混频频率。考虑的谐波越多,结果越接近实际混合效果。
使用这个任务的两个必备条件是ac电压源和探针,我们可以先从简单的线性电路开始学习。点击电压源,可以设置hb的个数和每个的系数,然后有两个振幅相位,ac和hb,ac是给ac任务的,我们就看hb任务。
添加一个频谱线任务,可以设置多个频率点以及谐波个数。注意这类的频点数量要和上面电压源要的maximum number of harmonics(默认为2)个数一致,所以我们这里放两个频率:
这类的计算方式有两种,一个是“钻石”法,一个是“方形”法。钻石是指菱形,详情可见帮助。简单说就是,钻石法让每个频率的谐波个数都是右下角设置的harmonics;方形法是可以分别定义每个频率的谐波个数。
回到我们简单的电路,我们的电压源默认设置了hb系数[1]为1,[0]是0,所以只用到任务中的第一个频率,就是100。更新任务得到:
所以探针的电压和电流波形是100ghz的正弦,电流幅值0.02a,电压源电压幅值为1v,这个就是默认设置的那个hb振幅。然后我们还看了三个谐波频率,200,300和400:
验证prms: vm*im/2=1*0.02/2=10mw
再试一种情况,三个谐波,用后面两个,电压为0.5:
那么任务中也要三个频率:
这样的电压电流就是330ghz的一个频点(150 180):
当然如果三个系数都是1那就三个频率相加了。这个线性电路较简单,我们简单了解这个任务都能干什么就行。下面我们看一个复杂一点的案例。
自带案例混波器:
里面有非线性的二极管,以spice模型导入。简单的 lc 谐振电路用于在输出端滤除所需的 if 频率。
先看低频振荡频率lo,用的第一个频率系数,振幅为参数ulo=2*sqr(2*50*1e-3*exp(lolevel/10*log(10))),就是10dbm:
再看射频频率,用的是第二个系数,振幅是urf,等于1dbm。看value是0.709,所以lo大概是rf的三倍。
查看任务,两个频率925mhz和970mhz:
更新任务得到结果;
先看电压电流,可见有了谐波,可添加marker:
时域调制波形:
可见确实以45mhz的if频率为主(1/2.3e-8约为45e6);放大可见其他高频因素:
如果我们增加谐波数,可见更多谐波:
小结:
1)频谱任务需要ac电压源和探针。
2)电压源中谐波个数要与任务中频率个数相同。
3)频谱任务支持复杂非线性电路,可分析混合器、调制电路等等。
4)也可扫参获得宽频调制结果,这个以后有机会再介绍。
(内容、图片来源:cst仿真专家之路公众号,侵删)
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