MICROELECTRÓNICA EN RADIOFRECUENCIA LABORATORIO 2 1. Introducción General En la actualidad el modelamiento y caracterización de ciertas aplicaciones en Telecomunicaciones requiere la utilización de un software más potente y de gran capacidad de almacenamiento que cumpla con los requerimientos y especificaciones de un sistema de comunicación. En el mercado presente existe un sin número de simuladores que apoyan el proceso de diseño presentando resultados tanto en dominio en tiempo y en frecuencia del circuito de simulación; así como también el campo electromagnético en el cual se desenvuelve, lo que permite la optimización en el diseño. Advanced Design System (ADS) es un software que proporciona un entorno de trabajo en cual se puede desarrollar varias de aplicaciones de sistemas RF con circuitos de gran precisión basándose en las densas librerías que posee. Además permite tratar Layouts, por lo que el usuario puede examinar cómo será su circuito físicamente a partir de los elementos que lo integran. 2. Objetivos: General − Investigar el funcionamiento y los componentes que integran el software ADS Específicos − − − Desarrollar el procedimiento de instalación del software ADS Conocer los conceptos básicos y elementos que componen a ADS Verificar el funcionamiento óptimo del programa mediante la implementación de ciertos ejemplos. Descripción del Software Advanced Design System 1. Definiciones Generales de ADS Es un programa de simulación para el diseño de una gran variedad de dispositivos de telecomunicaciones tales como osciladores, amplificadores, redes de banda ancha,sistemas de radiocomunicación, por satélite, etc La otra ventana es el Layout en que se observa el formato que tendrá el circuito sobre la placa. Ambas ventanas están interconectadas para que a medida que se refine el diseño, ir ubicándolo en la placa del substrato ADS implementa además algoritmos de simulación y rutinas de convergencia avanzadas que reducen considerablemente los tiempos de simulación con respecto a otros programas semejantes. El software dispone de dos tipos de ventanas para los circuitos con los que se puede trabajar, esquemático en donde se conectan los componentes como se desee y sobre el que se realizan análisis y simulaciones Figura 1: Conceptualización General de ADS 2. Características del Software ADS Almacena archivos específicos con características de gráficas que pueden ser usados por otros diseños Posee una sencillez con la que se pueden dibujar tablasgráficas cartesianas, gráficas sobre cartas de Smith, módulos, fases, etc. Mayor número (PDKs) desarrollado y mantenido por los principales socios de la fundición y de la industria Caracteristica s de ADS Dispone de una ayuda muy extensa y de guías de diseño muy completas para orientar a los usuarios el uso del software en sistemas de telecomunicación. Figura 2: Características de ADS Entorno de captura y el diseño esquemático completo Acceso directo, nativa de plano 3D y completos solucionadores de campo 3D EM 3. Tipos de Simulación en ADS Este software presenta varios tipos de simulación a desarrollar entre los cuales se encuentran: ANÁLISIS LINEALES •DC •AC •Parámetros S,Y,Z ANÁLISIS NO LINEALES •Simulación de transitorios de RF •Simulación de desarrollo de circuitos •Simulacion de armónica s balanceadas Simulador electromagnético Figura 3: Tipos de Simulación en ADS 4. Ventanas de ADS 1. Ventana Principal: Administrar proyectos y abrir otras ventanas 2. Ventana de Esquema: Crear, refinar circuitos y simulaciones 3. Ventana de Estado de Simulación: Información de simulación, mensajes , errores entre otros. 4. Ventana de Datos : Plots, imagenes, listas, resultados entre otros. Figura 4: Ventanas de ADS 5. Creación de Archivos en ADS Con el transcurso de la aplicación se genera una extención al pasar por cada una de las ventanas como se muestra a continuación: Figura 5: Generación de extensiones de un archivo en ADS. 6. Análisis mediante Simulación ADS dispone de varios controles de simulación para realizar análisis desde diferentes marcos en un circuito. 6.1 Análisis en Continua DC Es el análisis más común, imprescindible en simulaciones analógicas, que realiza una comprobación de la topología del circuito y determina diferentes puntos de operación en DC. Suele ser el primer análisis que se hace en la mayoría de los casos. Hace uso de un sistema de ecuaciones diferenciales ordinarias no lineales para encontrar el punto de equilibrio. Este controlador es adecuado para determinar las características de operación en tensión continua apropiadas del diseño bajo estudio, determinar el consumo de la potencia del circuito, verificar los parámetros del modelo comparando las características de transferencia (curvas I-V) entre otros. Figura 6: Características de Análisis en DC. Figura 7: Ejemplo de un Circuito mediante Controlador DC. 6.2 Análisis de AC El análisis lineal AC busca el punto de polarización u operación mediante una exploración DC y sobre este punto, introduce una señal sinusoidal de pequeña amplitud para proceder al estudio del comportamiento del sistema Esta simulación desprende resultados tales como la ganancia de tensión o la de corriente, también presenta algunas de las fuentes de corriente y tensión de ruido equivalente y demás parámetros de pequeña señal. Las fuentes de ruido que puede considerar el ADS son las de tipo térmico, las de dispositivos no lineales dependientes de la temperatura y de la corriente e incluso ruido de dispositivos activos lineales de dos puertos especificados por los archivos de datos. Figura 8: Características de Análisis AC. Figura 9: Ejemplo de un Controlador AC: 6.3 Análisis de Parámetros “S” Este es el análisis de los parámetros S o de Scattering, que son esencialmente los parámetros de reflexión o transmisión que caracterizan a los dispositivos. Su utilización esta muy extendida en la caracterización de componentes de RF, es decir a alta frecuencia y microondas, y básicamente realiza un análisis de pequeña señal en unas condiciones determinadas de temperatura y polarización. Permite la obtención además de los parámetros S, de la impedancia (o admitancia), del retraso de grupo, de la figura de ruido y permite simular los efectos de la conversión de frecuencia encircuitos con mezcladores. Figura 10: Características de Análisis en Parámetros S. Figura 11: Ejemplo de un Análisis de Parámetros “s” en un Circuito Oscilador. DESARROLLO DE LABORATORIO EN ADS Desarrollo de filtro Pasa bajo con elementos pasivos LC Crear un nuevo proyecto Se selecciona el ícono New Schematic Window. Se abre una nueva ventana en la que se puede diseñar esquemas de circuitos. Se debe guardar el esquema del circuito. Para examinar los comandos y los iconos. Clic en la paleta de componentes y se despliega un lista de elementos que se pueden elegir de distintas áreas y campos como pueden ser en AC, DC, Parámetros, Controladores y más. Mientras que la barra continua es el historial de las listas que se han elegido con anterioridad. LISTA DE HISTORIAL COMPONENTES LISTA DE COMPONENTES En el Lumped Components palette, se selecciona los componentes, C, L, y clic en el icono rotate si es necesario para corregir la orientación. Se selecciona los elementos necesarios para el diseño del circuito pasa bajos. Para el análisis del circuito se selecciona los parámetros Scattering de la lista de componentes de la siguiente manera. Parámetros S Paleta de parámetros Scattering Se selecciona la impedancia característica Se obtiene el siguiente circuito. Para determinar los parámetros S, Se selecciona el botón SP (Parámetros Scattering) Para cambiar los parámetros S acorde al circuito diseñado, se debe dar doble clic en el cuadro de S-PARAMETERS, en el que mostrará la siguiente ventana. En la ventana de parámetros Scattering se debe cambiar el tamaño de paso en este caso 0.1Ghz y se selecciona Aplicar. Se selecciona la pestaña Display en el que se debe marcar Start, Stop y Step. Se finaliza las configuraciones de los parámetros al seleccionar el botón ok. Clic en el botón Simulate. Al seleccionar el botón para simular Botón de simulación A continuación, se observa una nueva ventana que indica el proceso de simulación o en caso de que exista un error los desplegará en este. Estado de la simulación Resultados de simulación Los resultados de la simulación se muestran en la siguiente ventana. Nombre del archivo modificado Splot, list, ecuaciones Luego se procede a elegir el tipo de gráfico necesario. Seleccionar los parámetros que se requieran En la ventana se elige cada uno de los parámetros con las unidades que se requieren estas pueden ser dB, dBm, Magnitud entre otras. Finalmente se obtiene los resultados de la simulación. ENTREGA DE INFORME Subir un informe a su aula virtual con los siguientes apartados en formato IEEE - Resumen Introducción Desarrollo Resultados Conclusiones Bibliografía