[科普中国]-包络仿真

基本步骤

1.对所需观察节点上的时域波形在每个时间step点上进行抽样。

2.随后对抽样值进行谐波平衡分析（注意：包络仿真中需要设置单一频率或多个频率的基频值，只有仿真器中设置的基频及其谐波、混频产物参与谐波平衡计算，这些频率分量在包络仿真中可以称为载波相关频率。电路中其他频率与此无关，不参与谐波平衡分析），这样每个时间点上都有一个离散频谱图。

3.选取同一个载波相关频率分量的各个时间点上的幅度、相位值绘制频点时间图，因此每个载波相关频点都有一个频点时间图。

4.对每个载波相关频点时间图进行傅里叶变换，得到以载波相关频点为中心零点的频谱图，该频谱图的外形称为调制包络谱（实际上就是因为调制或瞬态变换效应，在载波相关频点周围产生的频谱，可以是离散谱，也可以是连续谱）。此外，该调制包络为窄宽频谱图，即它的带宽要远远小于载波相关频率，否则各个载波相关频点附近的调制包络就会互相重叠，使得仿真结果不正确。调制包络带宽由时间step决定，单边带带宽为0.5/step。1

应用场合1.数字调制射频信号输入时，观察放大器的频谱再生和邻近功率信号泄露；

2.对于瞬态控制电压激励振荡器，观察振荡器打开瞬间在时间轴上时域和频域输出响应；

3.锁相环瞬态响应；

4.自动增益控制和自动衰减扩展的瞬态回应；

5.电路对信号的影响，包括瞬态幅度、相位、频率调制等；

6.观察放大器时域信号中的谐波成分；

7.放大器和混频器的三阶交调和高阶交调分析；

8.瞬态回应的时域优化；

9.交调失真分析（尽管谐波平衡仿真是具有Krylov选项实现交调失真，并在许多情况下仿真速度更快）。1

资料分析时域数据抽取选择需要观察的谐波频谱线进行分析：

（1）振荡器起振；

（2）脉冲射频回应；

（3）自动增益控制的瞬态分析；

（4）相位对时间；

（5）压控振荡器瞬间频率，锁相环锁定时间；

（6）幅度与相位对时间；

（7）星座图；

（8）EVM，误码率。1

频域数据抽取选择需要观察的时域变化频谱线进行FFT变换分析：

（1）邻近通道功率比（ACPR）；

（2）噪声功率比（NPR）；

（3）功率附加效率（PAE）；

（4）锁相环的参考频率馈通；

（5）高阶交调（3rd，5th，7th，9th）。1

应用场合1.包络仿真能够高效分析具有数字调制信号的电路，因为它仅对载波离散频率点（设定的基波及其谐波）进行谐波平衡分析，而对它们周围的包络进行瞬态分析。

2.比谐波平衡仿真速度快，因为信号中的绝大部分频谱分量是包络频谱，如果都进行谐波平衡仿真，几乎无法承担。

3.包络仿真既不在信号复杂性上进行妥协近似，不像谐波平衡仿真或托勒密仿真和DSP仿真。

4.包络仿真是模拟/射频电路或系统与数字信号处理/通信系统进行实时协仿真（使用托勒密仿真）的重要桥梁。1

使用方法（1）在设计中添加电路组件和时域源或频域源，并正确联机拓扑。

（2）在设计中添加包络仿真控件，并正确设置各项参数。注意：除非必要，请保持EnvParams和HB Params 卷标页内的默认值。包络仿真同时在时域与频域进行，设置终止时间和时间步长，时间步长决定了调制包络的最大容许带宽（±0.5/TStep）。分析带宽（1/TStep）应该至少是调制带宽的两倍以保证在最大调制频率出获得准确结果。然后输入基波频率和阶数。

（3）如果设计包含组件OscPort，选择Env Oscillator卷标页并设置振荡器选项。

（4）可以使用以前的仿真结果来加速仿真过程。

（5）仿真结束后，可以在数据显示窗口查看结果，包络仿真资料都有ENV前缀。1

包络仿真相比于谐波平衡仿真的优点（1）在谐波平衡仿真中，如果添加更多的节点或频谱分量，所需RAM和CPU资源将呈几何级数增长。选择Krylov solver选项将对此有所改善，但是因为信号的天然周期性，改善空间不大。

（2）相对应地，包络仿真所需的RAM和CPU资源与节点数或频谱分量呈线性关系。仅当增加时间步长时才增加更多的仿真时间点，仿真时间越长，求解的带宽就越好。

（3）包络仿真时，每个频谱频率的幅度与相位随着时间改变，所以产生谐波的信号不再限定为常数，因为要满足谐波平衡条件。1

局限性包络仿真假设信号可以在时域内表示为由包络与载波构成的，在频域载波频谱是一系列离散频率点，即设定的基波及其谐波，包络频谱连续发布在每一个载波频率点周围一定带宽内。通常，当相邻载波频率点周围的包络频谱没有交叠时，包络仿真效率远大于带宽瞬态仿真，否则使用带宽瞬态仿真和Spice仿真是更好的选择。特别是振荡器分析的情况，相邻包络频谱交叠可能会引起收敛问题；并且噪声的计算是不准确的，因为噪声在交叠包络频谱内导致其值以2倍计算。1