[科普中國]-包絡(luò)仿真

基本步驟

1.對所需觀察節(jié)點上的時域波形在每個時間step點上進行抽樣。

2.隨后對抽樣值進行諧波平衡分析（注意：包絡(luò)仿真中需要設(shè)置單一頻率或多個頻率的基頻值，只有仿真器中設(shè)置的基頻及其諧波、混頻產(chǎn)物參與諧波平衡計算，這些頻率分量在包絡(luò)仿真中可以稱為載波相關(guān)頻率。電路中其他頻率與此無關(guān)，不參與諧波平衡分析），這樣每個時間點上都有一個離散頻譜圖。

3.選取同一個載波相關(guān)頻率分量的各個時間點上的幅度、相位值繪制頻點時間圖，因此每個載波相關(guān)頻點都有一個頻點時間圖。

4.對每個載波相關(guān)頻點時間圖進行傅里葉變換，得到以載波相關(guān)頻點為中心零點的頻譜圖，該頻譜圖的外形稱為調(diào)制包絡(luò)譜（實際上就是因為調(diào)制或瞬態(tài)變換效應(yīng)，在載波相關(guān)頻點周圍產(chǎn)生的頻譜，可以是離散譜，也可以是連續(xù)譜）。此外，該調(diào)制包絡(luò)為窄寬頻譜圖，即它的帶寬要遠遠小于載波相關(guān)頻率，否則各個載波相關(guān)頻點附近的調(diào)制包絡(luò)就會互相重疊，使得仿真結(jié)果不正確。調(diào)制包絡(luò)帶寬由時間step決定，單邊帶帶寬為0.5/step。1

應(yīng)用場合1.數(shù)字調(diào)制射頻信號輸入時，觀察放大器的頻譜再生和鄰近功率信號泄露；

2.對于瞬態(tài)控制電壓激勵振蕩器，觀察振蕩器打開瞬間在時間軸上時域和頻域輸出響應(yīng)；

3.鎖相環(huán)瞬態(tài)響應(yīng)；

4.自動增益控制和自動衰減擴展的瞬態(tài)回應(yīng)；

5.電路對信號的影響，包括瞬態(tài)幅度、相位、頻率調(diào)制等；

6.觀察放大器時域信號中的諧波成分；

7.放大器和混頻器的三階交調(diào)和高階交調(diào)分析；

8.瞬態(tài)回應(yīng)的時域優(yōu)化；

9.交調(diào)失真分析（盡管諧波平衡仿真是具有Krylov選項實現(xiàn)交調(diào)失真，并在許多情況下仿真速度更快）。1

資料分析時域數(shù)據(jù)抽取選擇需要觀察的諧波頻譜線進行分析：

（1）振蕩器起振；

（2）脈沖射頻回應(yīng)；

（3）自動增益控制的瞬態(tài)分析；

（4）相位對時間；

（5）壓控振蕩器瞬間頻率，鎖相環(huán)鎖定時間；

（6）幅度與相位對時間；

（7）星座圖；

（8）EVM，誤碼率。1

頻域數(shù)據(jù)抽取選擇需要觀察的時域變化頻譜線進行FFT變換分析：

（1）鄰近通道功率比（ACPR）；

（2）噪聲功率比（NPR）；

（3）功率附加效率（PAE）；

（4）鎖相環(huán)的參考頻率饋通；

（5）高階交調(diào)（3rd，5th，7th，9th）。1

應(yīng)用場合1.包絡(luò)仿真能夠高效分析具有數(shù)字調(diào)制信號的電路，因為它僅對載波離散頻率點（設(shè)定的基波及其諧波）進行諧波平衡分析，而對它們周圍的包絡(luò)進行瞬態(tài)分析。

2.比諧波平衡仿真速度快，因為信號中的絕大部分頻譜分量是包絡(luò)頻譜，如果都進行諧波平衡仿真，幾乎無法承擔(dān)。

3.包絡(luò)仿真既不在信號復(fù)雜性上進行妥協(xié)近似，不像諧波平衡仿真或托勒密仿真和DSP仿真。

4.包絡(luò)仿真是模擬/射頻電路或系統(tǒng)與數(shù)字信號處理/通信系統(tǒng)進行實時協(xié)仿真（使用托勒密仿真）的重要橋梁。1

使用方法（1）在設(shè)計中添加電路組件和時域源或頻域源，并正確聯(lián)機拓撲。

（2）在設(shè)計中添加包絡(luò)仿真控件，并正確設(shè)置各項參數(shù)。注意：除非必要，請保持EnvParams和HB Params 卷標頁內(nèi)的默認值。包絡(luò)仿真同時在時域與頻域進行，設(shè)置終止時間和時間步長，時間步長決定了調(diào)制包絡(luò)的最大容許帶寬（±0.5/TStep）。分析帶寬（1/TStep）應(yīng)該至少是調(diào)制帶寬的兩倍以保證在最大調(diào)制頻率出獲得準確結(jié)果。然后輸入基波頻率和階數(shù)。

（3）如果設(shè)計包含組件OscPort，選擇Env Oscillator卷標頁并設(shè)置振蕩器選項。

（4）可以使用以前的仿真結(jié)果來加速仿真過程。

（5）仿真結(jié)束后，可以在數(shù)據(jù)顯示窗口查看結(jié)果，包絡(luò)仿真資料都有ENV前綴。1

包絡(luò)仿真相比于諧波平衡仿真的優(yōu)點（1）在諧波平衡仿真中，如果添加更多的節(jié)點或頻譜分量，所需RAM和CPU資源將呈幾何級數(shù)增長。選擇Krylov solver選項將對此有所改善，但是因為信號的天然周期性，改善空間不大。

（2）相對應(yīng)地，包絡(luò)仿真所需的RAM和CPU資源與節(jié)點數(shù)或頻譜分量呈線性關(guān)系。僅當增加時間步長時才增加更多的仿真時間點，仿真時間越長，求解的帶寬就越好。

（3）包絡(luò)仿真時，每個頻譜頻率的幅度與相位隨著時間改變，所以產(chǎn)生諧波的信號不再限定為常數(shù)，因為要滿足諧波平衡條件。1

局限性包絡(luò)仿真假設(shè)信號可以在時域內(nèi)表示為由包絡(luò)與載波構(gòu)成的，在頻域載波頻譜是一系列離散頻率點，即設(shè)定的基波及其諧波，包絡(luò)頻譜連續(xù)發(fā)布在每一個載波頻率點周圍一定帶寬內(nèi)。通常，當相鄰載波頻率點周圍的包絡(luò)頻譜沒有交疊時，包絡(luò)仿真效率遠大于帶寬瞬態(tài)仿真，否則使用帶寬瞬態(tài)仿真和Spice仿真是更好的選擇。特別是振蕩器分析的情況，相鄰包絡(luò)頻譜交疊可能會引起收斂問題；并且噪聲的計算是不準確的，因為噪聲在交疊包絡(luò)頻譜內(nèi)導(dǎo)致其值以2倍計算。1