本发明属于电子测量技术领域，尤其涉及一种基于ads频率合成器相位噪声的仿真方法。
背景技术：
随着电子科学技术的不断发展，对频率合成器的性能指标也提出了更高的要求。在通信系统当中，随着通信带宽的不断提高和信道越来越密集，对通信系统之中关键信号的相位噪声要求也越来越高，相位噪声作为影响频率合成器输出频率稳定度的重要指标也同时受到了人们越来越多的关注，国内外很多工程设计者在进行频率合成器设计之前会利用一些射频仿真软件来进行锁相式频率合成器相位噪声的仿真预测，从而能够更好的指导自己频率合成器的设计。
ads仿真软件是一款由安捷伦公司研发的工业设计领域eda仿真软件，因为其强大的功能、丰富的模板支持和高效准确的仿真能力，尤其在射频微波方面强大的仿真能力，得到广大ic设计工作者的支持，射频仿真软件提供了关于各类锁相式频率合成器的仿真模型，包含时域瞬时仿真、锁相环环路特性仿真、锁相环相位噪声仿真，然而其关于锁相式频率合成器的相位噪声仿真模板中，各噪声源的相位噪声数学模型与噪声源的实际相位噪声模型不能很好的匹配，最终可能会导致工程设计人员依据ads仿真所设计的频率合成器相位噪声指标与实际偏差较大不能达到所要求的相位噪声指标，影响产品的功能，通过本发明的仿真方法能够更加精确的仿真锁相式频率合成器的相位噪声，从而在产品投板、生产之前更加精确的预测所设计产品的相位噪声，确保产品能够达到所要求的相位噪声指标。
综上所述，现有技术存在的问题是：利用ads射频仿真软件中的锁相式频率合成器相位噪声仿真模板进行仿真，其噪声源输入数据形式不合理会导致仿真不精确。
技术实现要素：
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于ads频率合成器相位噪声的仿真方法。
本发明是这样实现的，这是一种基于ads频率合成器的相位噪声仿真方法，所述方法对锁相式频率合成器中各噪声源的相位噪声先用非线性最小二乘法进行幂律数学函数拟合，得到各噪声源相位噪声值的幂律数学表达式；利用各噪声源的幂律数学表征形式来修改ads中相位噪声仿真电路的各噪声源的输入模型，最后利用ads仿真软件对锁相式频率合成器仿真电路进行相位噪声仿真，实现对锁相式频率合成器相位噪声更加精确的预测。
进一步，所述锁相式频率合成器各噪声源的单边带相位噪声可以按照表1进行数学表征：
表1：各噪声源单边带相位噪声数学表征形式
通常用sφ,x(f)来表征各噪声源的相位抖动功率谱，因此单边带相位噪声转换为db的形式可以表征为：
在ads仿真软件中通常利用噪声电压源来表征噪声源的相位噪声，噪声电压源的均方根电压可以如下式进行表征：
进一步，在已获取各噪声源相位噪声数据的条件下，利用非线性最小二乘法将数据在matlab中按照上表各噪声源的相位噪声数学表示形式进行幂律函数拟合，得到各噪声源的相位噪声模型参数k0～k4，将拟合得到的参数k0～k4输入修改后的噪声源模板中，然后利用ads仿真软件对本发明的相位噪声仿真电路进行仿真。
本发明的另一目的在于提供一种所述基于ads频率合成器相位噪声仿真方法在频率合成器设计的前期仿真中的应用。
本发明通过锁相式频率合成器中各器件噪声源相位噪声数学表达式得到了各噪声源的相位噪声数学模型，利用非线性最小二乘法对噪声源相位噪声数据进行幂律函数拟合，进而得出各噪声源相位噪声的幂律数学模型，最后修改ads中关于锁相式频率合成器相位噪声的仿真电路，将其噪声源模块数据表征形式修改为幂律数学形式，将对各噪声源相位噪声数据所拟合的参数k0～k4带入新的噪声源相位噪声模块参数输入列表中，实现对锁相式频率合成器相位噪声更加精确的仿真与预测。
通过对比ads相位噪声仿真模板与本发明所提出电路仿真得到的相位噪声数据分别与理论值进行误差对比验证，发现本发明所提出的相位噪声仿真形式比传统的ads相位噪声仿真模板得到的相位噪声精度更高。可以利用本发明提出的模型对锁相式频率合成器输出部分相位噪声进行更加精确的预测。
附图说明
图1是本发明实施例提供的基于ads频率合成器相位噪声仿真方法流程图。
图2是ads关于锁相式频率合成器相位噪声仿真电路模板。
图3是ads关于锁相式频率合成器各噪声源的相位噪声输入模型。
图中：(a)振荡器模型；(b)vco模型；(c)除n分频器模型。
图4是ads关于振荡器的初始噪声源的内部电路数学表达式。
图5是噪声源相位噪声输入模型的修改过程。
图6是本发明修改后的噪声源相位噪声输入模型。
图中：(a)振荡器模型；(b)vco噪声模型；(c)除n分频器模型；
图7是本发明修改后的噪声源的内部电路数学表征形式。
图8是本发明修改后的锁相式频率合成器相位噪声仿真电路模板。
图9是本发明的实施例提供的参考振荡器噪声源的相位噪声数据图。
图10是实施例振荡器噪声的相位噪声数据曲线所设置的噪声源输入模型。
图中：(a)ads初始振荡器噪声源模型；(b)本发明提供的振荡器噪声源模型；
图11是将ads初始仿真电路模板仿真的相位噪声值与相位噪声理论基准值进行对比。
图12是基于本发明仿真的相位噪声与相位噪声理论基准值进行对比。
图13是ads初始仿真电路模板与经本发明修改后模板仿真的相位噪声与理论基准值的误差对比图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅是用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明利用参考振荡器、压控振荡器、除n分频电路的噪声源相位噪声幂律数学函数模型构造锁相式频率合成器的相位噪声源数学表达式，利用各噪声源的幂律数学表达式修改ads相位噪声仿真电路中各噪声源的相位噪声输入模型，实现更加精确的相位噪声仿真预测。
下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。
如图1所示，按照本发明实施例，ads频率合成器相位噪声仿真方法包括以下步骤：
s101：针对锁相式频率合成器类型与环路滤波器的阶数，选择正确仿真电路；
s102：用非线性最小二乘法对锁相式频率合成器各噪声源的相位噪声实际数据进行拟合，从而得出各噪声源的幂律数学形式的参数k0～k4；
s103：修改ads关于频率合成器相位噪声仿真电路中各噪声源的内部相位噪声表征形式；
s104：修改ads关于频率合成器相位噪声仿真电路中噪声源模型的输入参数形式；
s105：直接进行ads交流信号仿真获取频率合成器输出点的总相位噪声。
下面结合附图对本发明的应用原理作进一步的描述。
图2是ads关于电荷泵三阶锁相式频率合成器相位噪声的电路初始仿真电路模板，电荷泵三阶锁相式频率合成器也是当前频率合成器应用最为广泛的一类频率合成器，在ads关于频率合成器相位噪声电路仿真模板中，包含了环路中各参数变量设置区(1)、仿真器(2)、各噪声源的相位噪声设置区(3)三部分。图3和图4分别是各噪声源的相位噪声输入模型和噪声源模型内部表达形式，当用户已通过外界实际测量或者软件仿真获取了噪声源的实际相位噪声数据，需要利用ads仿真软件来对整个锁相式频率合成器的输出相位噪声进行更加快速、方便的行为级仿真从而预测整体相位噪声值时，由于初始噪声源的相位噪声模型可输入参考点数量太少会导致仿真结果的不精确，利用本发明所提出的噪声源相位噪声模型能够很好的仿真拟合各噪声源的外部数据输入，从而实现对锁相式频率合成器更加精确的相位噪声预测，下面通过控制变量法，仅通过参考修改参考振荡器输入模型对本发明的应用效果按照以下步骤进行实验验证。
1、从adi_simpll仿真软件中获取一组振荡器相位噪声参考数据，依照ads初始相位噪声仿真电路的噪声源输入模型形式的要求，将数据输入至模型之中，通过ads电路仿真，可得到基于初始振荡器噪声源模型的相位噪声数据、振荡器噪声源对锁相式频率合成器输出的噪声贡献值以及此时锁相式频率合成器的总输出相位噪声。
2、将步骤1中从adi_simpll仿真软件中获取的振荡器相位噪声参考数据导入到matlab仿真软件中，利用非线性最小二乘法进行幂律函数的拟合，得到参考振荡器相位噪声的幂律表达式参数k0～k4。
3、将参考振荡器相位噪声幂律表达式参数k0～k4输入本发明所修改的参考振荡器噪声源相位噪声输入模型中，利用ads对本发明修改过后的相位噪声仿真电路进行仿真，得到本发明所修改的参考振荡器噪声源相位噪声数据、该噪声源相位噪声值对锁相式频率合成器输出噪声的贡献值以及此时频率合成器总输出相位噪声。
4、将步骤1中从外界导入的参考振荡器相位噪声数据按照理论相位噪声公式进行仿真计算，得到参考振荡器相位噪声值对锁相式频率合成器输出噪声的理论贡献值和频率合成器总输出相位噪声理论贡献值
5、将步骤1和3中得到的相位噪声数据与理论相位噪声值进行对比，分别求出此时所对比部分的误差均方根值。
通过步骤5求得以外界导入振荡器参考数据为基准，噪声源初始相位噪声模型、该噪声源相位噪声值对锁相式频率合成器输出噪声的贡献值以及频率合成器总输出相位噪声，相比于理论基准值的rmse均方根误差值分别为：1.5657、1.6062、0.6636，以外界导入振荡器参考数据为基准通过本发明噪声源输入模型的相位噪声数据、该噪声源对锁相式频率合成器输出噪声的贡献值以及频率合成器总输出相位噪声相比于理论基准值的rmse均方根误差值分别为0.0037、0.3637、0.0008，通过验证对比实验，可以得出本发明所提出的对于ads锁相式频率合成器相位噪声仿真电路改进方法能够更加精确的对锁相式频率合成器进行相位噪声仿真与预测，提高频率合成器设计工作者对于产品前期的验证准确性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。