许多数字通讯系统，同时包含了高度整合的射频（RF），模拟/混合信号和数字讯号处理（DSP）功能，而这些功能因为含有射频载波，使得不适合采用传统的瞬态仿真。本文的目的是提供可解决以上问题的EDA工具ADVance MS RF（简称ADMS RF）之介绍，并且使用范例来说明该工具在性能和实用性上所带来的好处。
无线通讯系统设计的新时代挑战
第2.5代和第3代蜂巢式行动电话、无线局域网络（WLAN）以及外围局域网络（PAN）的无线通讯系统，将能够从“单纯语音”转变为能提供“语音+网际网络”和“语音+多媒体”服务的无线终端机。因此为了语音和高频宽的多媒体，将要求更高的数据传输效率。为了达成此目标，无线标准正利用多样性的机制，例如多槽（multi-slots）、宽频信道分配、动态多层QAM、OFDM和M-ary PSK；而对于高数据传输率以及高容量数字调制的使用，将需要用改进且有效率的数字处理来补偿在射频/模拟传送接收机模块的代价和参数的要求。
对于可携式低成本、低功率传送接收机，市场竞争和不断增加的消费者需求迫使设计者规范接收器和传送机的路径架构，而此架构能方便整合所有传送接收机模块在单一硅基板上。此外，许多半导体供货商正想办法发展一般性的无线电系统，允许单一个的无线电被多个射频标准所使用。典型应用也许是一个有单一传送接收机的便携式电话，此传送接收机允许用户可使用无线和蜂窝状的通信网路。在电路层面上来看，这解决方案是让更高频率模块，如低噪声放大器（LNA）、混频器和压控震荡器（VCOs）在低成本CMOS或者BICMOS制程上整合，而可以说整合全部模拟模块和数字化后端部分正是现在所流行的架构。
传送端和接收器
发送器负责把资料或者信息来源信号转变成一种形式，可通过一个物理信道或者媒介传播。在无线输送过程中，这种媒介或者信道通常是自由空间（free sPACe），其它媒介还包括电缆和光纤。无论透过什么物理媒介传送信号，像是热或机械式的噪声、任意失真、时间轴上的色散现象以及此频道上来自其它用户的干扰，这些频道的特性使得传送的讯号恶化。通常传送端经由调制过程将信息或者消息信号对应到信道上。此调制通常藉由正弦载波的振幅、相位或者频率上有系统的变化来实现，而此载波透过频道载送信息。当今的商业的通讯系统采用的载波信号在100 MHz到10GHz的范围内。基频信息频宽通常为几kHz到10MHz的范围内。
除调制之外，在成功的传送上，信息信号可能经历离散和连续时间类型的转换、数据压缩和信道编码、加密、交插换页（interleaving）、滤波、频谱的转移和功率放大，使之能够克服信道的损坏（impairment）。除了功率放大，数字信号处理被广泛地用来执行前面所提到的功能，以改进性能、降低成本并且增加弹性。射频/中频混频器和I/Q调制器用于调制和频谱转移，频率来源由压控震荡器和频率合成器产生。数字模拟转换器（DACs）被用来将数字处理过的信息来源，转换为应用在调制、放大和传送出天线外的模拟信号。被动射频/中频表面声波滤波器（SAW）和陶瓷滤波器仍被广泛使用在传输电路上以达伪真信号的排斥和频谱的完整。
接收器的基础概念是在强大的频道外的干扰信号的情况下，放大一个弱信号而没有增加相当严重的噪声和失真。透过低噪声放大器以达到最好的噪声性能，此低噪声放大器有足够的增益去克服随后串接电路的噪声，且尽可能地接近天线端。接收器也必须提供足够的线性度和选择性，来排除不需要的信号和阻碍物。因为接收器必须工作在广阔的动态范围，所以增益控制须配合大部份使用的数字调制机制的线性要求，且被要求来防止饱和信道失真。典型接收器电路被用于数据通讯接收，包括一个天线，预先选择/影像排斥滤波器、低噪声放大器、降频混频器、合成本地震荡器、模拟基频放大器，滤波器和模拟数字转换器（ADCs）。而数字滤波，侦测，解调，译码等等的过程是由数字讯号处理器所完成。
仿真
相对于数字及许多模拟模块而言，由于射频电路规格极具挑战而且对制程变化、布局、封装和无源器件的容差非常敏感，无线电传送接收机里的射频/中频模块的设计需要多次反复。考虑到射频电路设法方法以及电路的要求，需要对电路噪声、交调（inter-modulation）、增益、隔离度、输入/输出匹配和非线性等进行反复的仿真。
在一些实例中，使用专属的仿真器来仿真个别模块是十分正常的，例如低噪声放大器、混频器或压控震荡器使用一个射频仿真器（如Mentor Graphics的ELDo RF）来做一般的仿真；使用的的算法能够有效地处理多音调（multi-tone）的情况，像是在许多高频率共存而引起互调的情况。然而此类仿真器是为了晶体管层面仿真而设计的，虽然支持模拟电路的行为级模型，却没有提供对数字化的模型（VHDL或者Verilog）的支持，因此模型和仿真都必须是模拟的。
“基频”模块（模拟和数字的模块）可以采用Mentor Graphics 的ADVance MS（以下简称ADMS）的工具进行验证，这是一种支持多语言的混和讯号仿真器，支持SPICE、VHDL、Verilog、VHDL-AMS、Verilog-A甚至是C。
从理论到真实世界的电路与系统
在前面提及的讯号处理电路上，虽然理论上信号流主要是单一方向，但实际系统包含很多区域或全域式回路，在此使用数字讯号处理或控制逻辑来控制或校正一些射频的功能。比如低－中频（low-IF）接收器、LINC发送器、动态控制功率放大器（透过数字化幅缘检测的偏压调制）、数字化IQ预先失真器...等等。
接收到的信号经常受到衰减（fading）的影响（在接收到的载波幅度上缓慢变化），因此使用自动增益控制来保持恒定的输出水平。一个标准的自动增益控制系统藉由可变增益放大器（VGA）来放大输入信号，其增益是控制信号电压的函数。信号输出包络线（envelope）被侦测、通过低通滤波，且与一个基准信号相比，利用相比后的差值来产生控制电压信号。一般来说我们常需要改变信号功率，所以在差分放大器之前使用对数放大器，在已给定的工作环境下，在发送端也会使用功率控制器以维持或调整输出水平。通常利用可变增益放大器或者直接调整功率放大器的增益来达到这一目的。自动增益控制或功率控制中DSP被越来越多的采用，以改进性能且降低成本。
在真实生活中，尽管这些模块个体的本质不同，但彼此相互作用关联。宏观的来看，这些复杂相互作用的验证变得非常重要。
使用瞬时分析验证
对系统或者射频和基频的电路来说，做到有效率的仿真是一项艰难的挑战。为了达到合理的仿真速度，通常的方法是使用行为级的模型。这个层次有许多商业性解决办法存在，并建立在资料流同步或者不同步的引擎上，或者在基频建模上。没有一个解决方案能够在晶体管层面和VHDL/Verilog描述共存情况下达到一个满意的验证。
数字基频信息一般调制在2.4 GHz或5 GHz的射频讯号载波 （例如蓝芽或无线局域网络802.11a的环境）。要验证这样一个系统，如果使用瞬时分析，在取得并分析任何有意义的基频信息之前，需要执行大量的射频载波周期。这主要归因于射频载波频率和基带信息频率之间大的比值。
显然这就等同于需要很长的仿真时间，也会因输出档案的大小引起很多问题。处理几千兆字节的输出文件（当处理这些仿真时，通常会是这种情形）总是问题的来源。不仅浪费了磁盘空间，波形浏览器也必须能够处理巨大的档案，通常会使性能降低以致无法接受。
ADMS RF致力于那些射频组件不能从基频组件“分离”出来的电路或系统的仿真。基本上它使用ADMS cockpits（使用者界面、netlist架构、函式库管理...等等），但是它采用不同的算法，称作“调制的稳态”（modulated steady state），对于这类型电路调制稳态仿真比瞬时仿真更有效率。关键的射频模块能以SPICE（晶体管层面）或是Verilog-A描述，而数字处理模块能以VHDL或是Verilog 描述。ADMS RF使用与Eldo相同的器件模型，这意味着所有标准模型，例如Bsim3v3.x、Bsim4、MM9、MM11、VBIC或HICUM 都能被用来描述一个重要的且与数字讯号处理功能紧密相接的系统的射频行为。
数字自动增益控制（AGC）
在这采用的例子是一个自动增益控制系统，如(图一)，采用带低频滤波的正交相差检测器，它的目标是保持输入射频信号的幅度相对稳定，以便能放宽对驱动DSP的模拟数字转换器的要求。该回路由下列部分组成?
? 差分对数射频混频器──两个独立的混频器被用于解调gmsk信号到I/Q信息。这些混频器采用晶体管级描述（使用来自UMC 0.25 射频CMOS制程），大约使用130个晶体管，器件模型为bsim3v3.2。
? 模拟处理──各式各样的模拟处理模块，例如低通滤波器，加法器等等，用来得到一个输入信号振幅的影像；并以Verilog-A描述这些模块。
? 数字控制处理──这个模块用VHDL来描述；实际上它包括模拟/数字转换器以及增益计算。此运作以数字方式执行。
《图一 自动增益控制回路摘要》
差分对数混频器
射频混频器为典型吉尔伯特（Gilbert）混频器，采用CMOS工艺，输出为电流。转换增益可由4位控制字编程控制，如(图二)。输出电流镜被4位所控制，他们的增益比以数学式：(1 +x)/(1－x)表示，这里x = b0.20 + b1.21 + b2.22 + b3.23 ，当x很小的时候，这数学式接近于指数式(ex)。为了验证晶体管级的混频器设计，多以Eldo RF进行大信号稳态仿真（SST），可以绘出转换增益（射频到中频）以控制字的函数。实际使用中，此混频器的可编程转换增益在G0-20dB到G0+20dB之间，G0是标称转换增益。然而，随控制字的增益的变化，仅在在+/-10dB范围内是线性的。
模拟处理
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