式中:ω0为VCO的自由振荡频率;KVCO为VCO增益(单位为rad/s/V)。
实际电路中,VCO的增益是非线性的。在ADS设计仿真中,为了更加接近真实电路,VCO的增益KVCO可以不设置为常数,而是根据输出频率不同,使用函数pwl()来进行数值拟合。经仿真对比发现,当锁相环锁定时,KVCO的细微波动并不会给仿真结果带来影响。为了便于通过观察VCO控制电压来考察输出信号的线性度,以下的仿真中KVCO设为固定值200 MHz/V。
3 结果分析
根据上面分析,在ADS环境下建立如图4所示的系统电路模型,该电路可以输出中心频率为7 GHz,带宽500 MHz的chirp-UWB信号。
3.1 ADS仿真结果
对于Chirp-UWB信号性能分析,关键是考察信号的稳定性和线性度。在本系统中,信号由VCO产生,所以通过观察VCO控制电压波形和VCO输出频谱即可,图5为仿真结果。从图中可以看出,其VCO能够跟踪参考信号频率的变化,产生所需带宽的Chirp-UWB信号,且其旁瓣较低,完全能满足系统设计的要求。
3.2 利用Matlab读取ADS数据进行分析
对于Chirp-UWB信号的性能分析还有个重要的指标就是其自相关特性,然而在ADS环境下很难实现这样的分析。为此,本文利用Matlab读取ADS仿真数据来实现对信号自相关特性的分析。
ADS仿真输出数据可以存为一个ASCII格式的记事本文件。文件中每个数据均采用科学记数。其中,奇数个数表示时间,偶数个数表示信号。这样就可以用Matlab程序来读取仿真数据,如图6所示为信号自相关结果。从该图可以看出,信号相关性能很好,由此证明这种基于锁相环的Chirp-UWB产生的电路性能较好。
4 结 语
首先利用ADS,对Chirp信号的产生电路进行建模和仿真,然后利用Matlab读取ADS仿真数据,对系统性能进行分析,由此证明本文提出的基于DDS+PLL的宽度Chrip-UWB信号产生方案,可以产生线性度高,自相关特性好的Chrip-UWB信号。该信号产生方案已经成功应用于某超宽带通信系统中。