很全面讲建模和仿真的技术文档

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很全面讲建模和仿真的技术文档[217页]
1 Scattering parameters 6
1.1 Introduction and definition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.2 Matrix conversions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.2.1 Renormalization of S-parameters to different port impedances . . . . . . . . . . . 7
1.2.2 Transformations of n-Port matrices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
1.2.3 Two-Port transformations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
1.3 Computing with S-parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.3.1 S-parameters in CAE programs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.3.2 Differential S-parameter ports . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
1.4 Scattering parameters of components . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
1.4.1 Resistor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
1.4.2 Capacitor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
1.4.3 Inductor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
1.4.4 DC Block . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
1.4.5 DC Feed . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
1.4.6 Bias T . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
1.4.7 Transformer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
1.4.8 Symmetrical transformer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
1.4.9 Attenuator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
1.4.10 Amplifier . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
1.4.11 Isolator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
1.4.12 Circulator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
1.4.13 Phase shifter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
1.4.14 Coupler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
1.4.15 Gyrator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
1.4.16 Voltage and current sources . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
1.4.17 Controlled voltage and current sources . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
1.4.18 Transmission Line . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
1.4.19 S-parameter container with additional reference port . . . . . . . . . . . . . . . . 26
1.5 Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
1.5.1 Stability . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
1.5.2 Gain . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
1.5.3 Two-Port Matching . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
2 NoiseWaves 30
2.1 Definition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
2.2 Noise Parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
2.3 Noise Wave Correlation Matrix in CAE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
2.4 Noise Correlation Matrix Transformations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
2.4.1 Forming the noise current correlation matrix . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
2.4.2 Transformations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
2.5 Noise Wave Correlation Matrix of Components . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
2.5.1 Resistor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
2.5.2 Attenuator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
2.5.3 Isolator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
2.5.4 Noise sources . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
2.5.5 Diode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
2.5.6 S-parameter container with additional reference port . . . . . . . . . . . . . . . . 39
3 DC Analysis 41
3.1 Modified Nodal Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
3.1.1 Generating the MNA matrices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
3.1.2 The A matrix . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
3.1.3 The x matrix . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
3.1.4 The z matrix . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
3.1.5 A simple example . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
3.2 Extensions to the MNA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
3.2.1 Voltage controlled current source . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
3.2.2 Voltage controlled voltage source . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
3.2.3 Current controlled current source . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
3.2.4 Current controlled voltage source . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
3.2.5 Operational amplifier . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
3.2.6 Transformer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
3.2.7 Symmetrical transformer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
3.2.8 Gyrator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
3.2.9 Attenuator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
3.2.10 Isolator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
3.2.11 Amplifier . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
3.2.12 Phase Shifter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
3.2.13 Circulator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
3.2.14 Bias T . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
3.2.15 Models for logical devices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
3.2.16 Equation defined models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
3.3 Non-linear DC Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
3.3.1 Newton-Raphson method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
3.3.2 Convergence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
3.4 Overall solution algorithm for DC Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
4 AC Analysis 66
4.1 MNA matrix entries of reactive components . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
4.1.1 Capacitor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
4.1.2 Inductor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
4.1.3 Transmission line . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
4.1.4 Coupled transmission line . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
4.1.5 Phase shifter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
4.1.6 Attenuator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
4.1.7 Coupler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
4.1.8 Controlled sources . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
4.2 Other AC components . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
4.2.1 DC Feed and DC Block . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
4.2.2 Bias T . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
4.2.3 S-parameter container with additional reference port . . . . . . . . . . . . . . . . 70
4.2.4 Non-ideal transformer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
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