Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT
3.2. Đo đạc dữ liệu
Để mô hình hoá được mạch PA, cần phải có dữ liệu trước khi tiến hành xây dựng mô hình. Khâu thu thập dữ liệu là khâu quan trọng đặc biệt trong việc xây
Yes No
Tín hiệu vào Bắt đầu
Xây dựng mô hình
Xác định tham số
Huấn luyện Dữ liệu huấn
luyện
Dữ liệu đo đạc
Đối tượng cần mô phỏng
Dữ liệu Kiểm tra
Tốt
Mô hình hoàn thành Xác nhận
mô hình
No Tốt
Yes
dựng mô hình hành vi vì chất lượng của dữ liệu đo và kỹ thuật đo sẽ ảnh hương đến độ chính xác của mô hình. Có hai cách để thu thập dữ liệu:
- Cách đơn giản nhất là đo đạc trực tiếp trên đối tượng, cách này đơn giản nhưng có điều bất lợi là dữ liệu đo được không có công cụ kiểm tra tính chính xác của nó và đôi khi nó cần được hỗ trợ những thiết bị bên ngoài nhưng không đáp ứng được, ví dụ như: máy phát tín hiệu cao tần, máy phát tín hiệu đa tần số…
- Đo đạc hay thu thập dữ liệu dựa trên các phần mềm mô phỏng. Với cách này thì đối tượng cần mô hình hoá phải có trong thư viện của phần mềm và dữ liệu được tạo ra có tính xác thực.
Do do, xét thấy nhu cầu của luận văn này tác giả dùng phần mềm mô phỏng để hỗ trợ tác giả thu thập dữ liệu. Trên thị trường có nhiều phần mềm về thiết kế và mô phỏng hệ thống cao tần nhưng ở luận văn này tác giả sử dụng phần mềm ADS (Advanced Design System) vì tính gần gũi và quen thuộc với tác giả.
3.2.1.Giới thiệu chương trình mô phỏng ADS (Advanced Design System):
ADS là một hệ thống phần mền tự động thiết kế mạch điện tử được sản xuất bởi Agilen EEsof EDA một đơn vị của Agilent Technologies. Nó cung cấp một môi trường thiết kế tích hợp tiện ích để thiết kế RF của các thiết bị điện tử như điện thoại di động, máy nhắn tin, mạng không dây, truyền hình vệ tinh thông tin liên lạc, hệ thống radar và liên kết dữ liệu tốc độ cao. ADS cung cấp hàng loạt kiểu (mode) và mô hình (model) mô phỏng.
Trong một giao diện mạnh mẽ và dễ sử dụng, ADS là phần mền tiên phong trong sáng tạo và công nghệ thành công trong lĩnh vực thương mại. Vì ADS được định hướng cho những ứng dụng siêu cao tần nên nó chứa một thư viện lớn của những mô hình thành phần thụ động và truyền thẳng mà những mô hình này bao
gồm những thành phần phi tuyến. Bên cạnh đó, ADS có sẵn một thư viện ví dụ phong phú thông qua đó giúp ta có thể thực hành một cách dễ dàng.
Agilent ADS hỗ trợ tất cả các bước của quá trình thiết kế: sơ đồ mạch, mạch in, mô phỏng mạch ở miền tần số và miền thời gian. Cho phép người thiết kế mạch RF với đầy đủ những đặc tính và sự tối ưu mà không cần thay đổi những công cụ khác.
Hình 3. 2: Giao diện của phần mền ADS
Lợi ích của ADS:
- Giao diện dễ dàng sử dụng, phần mền tích hợp thiết kế và mô phỏng cho kết quả nhanh chóng và chính xác.
- Những ứng dụng cụ thể được tích luỹ trong nhiều năm được đóng gói trong DesignGuides với một giao diện dễ sử dụng.
3.2.2.Mô hình cho PA với tín hiệu vào 2-tone:
Mạch PA được xây dựng từ phần mềm ADS và dữ liệu vào/ra sẽ được lấy từ thiết kế này. Trong đó, RF_PA_CKT ( Radio Frequence Power Amplifier Circuit)
là mạch khuếch đại hai tầng dùng BJT (Bipolar Junction Transistor) với tần số trung tâm 2GHz, độ lợi tín hiệu nhỏ gần bằng 30dB và công suất ngõ ra tương đương 15dBm. Mạch khuếch này được cung cấp để dễ dàng trong mô phỏng bao hình mạch khuếch đại ở mức độ mạch.
Tín hiệu vào là tín hiệu công suất, tần số f=1.95GHz±10MHz Thiết bị đầu cuối được phối hợp với trở kháng Z=50Ω
Hình 3. 3: Sơ đồ mô phỏng mạch PA với tín hiệu vào 2-tone
Mạch được mô phỏng bằng phương pháp cân bằng hoạ tần (Hamonic balance) với biến được quét (SweepVar) là RFpwr (biên độ tín hiệu vào theo công suất) để tìm ra đáp tuyến giữa độ lợi theo biên độ tín hiệu vào. Sau khi mô phỏng ta được đáp tuyến như hình 3.3
Hình 3. 4: Đáp tuyến độ lợi của mạch PA với tín hiệu vào 2-tone
Dựa đáp tuyến chọn dãy động biên độ của mạch PA từ -36dBm đến -22dBm, từ dãy biên độ này ta chia tập dữ liệu thành hai tập con: tập dữ liệu dùng để huấn luyện có biên độ công suất Ptrain=-36,-34,…,-24dBm, tập dữ liệu dùng để kiểm tra xác nhận mô hình có biên độ Ptest=-35,-33,…,-23dBm.
3.2.3.Mô hình của PA với tín hiệu vào WCDMA:
Mạch khuếch đại trong mô hình này vẫn sử dụng mạch RF_PA_CKT như trong mô hình ở hình 3.2 chỉ thay đổi tín hiệu vào 2-tone thành tín hiệu vào WCDMA (3GPP uplink) tần số f=1.95GHz. Từ mô hình này tác giả mô phỏng bằng phương pháp cân bằng hoạ tần (Hamonic balance) với biến được quét (SweepVar) là RFpwr (biên độ tín hiệu vào theo công suất) để tìm ra đáp tuyến giữa độ lợi theo biên độ tín hiệu vào. Sau khi mô phỏng ta được đáp tuyến như hình 3.5
Hình 3. 5: Mô hình mô phỏng PA với tín hiệu vào CDMA
Hình 3. 6: Đáp tuyến độ lợi của mạch PA với tín hiệu vào WCDMA
Dựa đáp tuyến chọn dãy động biên độ của mạch PA từ -36dBm đến -14dBm, từ dãy biên độ này ta chia tập dữ liệu thành hai tập con: tập dữ liệu dùng để huấn luyện có biên độ công suất Ptrain=-34,-34,…,-14dBm, tập dữ liệu dùng để kiểm tra xác nhận mô hình có biên độ Ptest=-35,-33,…,-15dBm.