背景介紹

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ADS：由Keysight Technologies（前身為Agilent Technologies）開發，適用于多個電路和系統設計領域，包括射頻（RF）、微波、高速數字電路的信號完整性等。由于產品歷史更長，目前ADS的應用更為廣泛。

AWR：由National Instruments（AWR現被Cadence從NI收購）開發，AWR設計工具專注于射頻和微波電路設計（無論是芯片、電路板還是系統級）。Cadence收購AWR以后，首先將AWR的AXIEM緊密集成到Cadence Virtuoso平臺。Cadence的傳統是硅芯片設計，而AWR在與RF/微波設計有關的專門分析和模型，尤其是GaAs和GaN III-V半導體方面擁有更多的經驗。

功能對比

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在PCB 電路方面，Microwave Office能夠解決的問題，與ADS是十分相似的，相似之處就是就是在電路原理仿真上設計放大器、混頻器、震蕩器 等單個器件，以及收發機、頻率源等模塊等。但二者在有些方面仍然有一些區 別，例如AWR軟件相對ADS小很多，但功能一點也不少，而且用戶界面更友好，更容易上手、效率更高。下面的表格是二者在功能上的比較。

 

序號	比較項目	ADS	AWR
1	線性分析	ADS提供廣泛的線性分析工具，包括S參數、Y參數、Z參數分析等。 能夠準確預測線性電路的頻率響應、傳輸和反射特性。 ADS還支持多端口網絡的分析，以及通過數據擬合等方式獲得元件參數。	AWR同樣提供線性分析工具，如S參數、Y參數等。 專注于射頻和微波領域的應用，AWR的線性分析針對這些特定應用進行了優化。 AWR在器件建模和傳輸線分析方面具有豐富的經驗，支持特定的射頻器件模型。
2	非線性分析	ADS以其強大的非線性分析功能而聞名，支持多種非線性模型，如MOS、BJT、GaN等。 它能夠進行諧波平衡分析，以模擬非線性電路如混頻器、振蕩器和功率放大器。 ADS的非線性分析可用于預測高功率工作狀態下的電路性能。	AWR同樣支持非線性分析，主要專注于射頻和微波電路的非線性仿真。 針對高頻電路的特定需求，AWR在非線性分析方面提供了專門的工具和模型，如功率放大器模型和諧波平衡仿真。
3	電磁仿真分析	電磁仿真引擎：ADS內置了Momentum電磁仿真引擎，可以進行三維電磁場分析。它能夠對微帶線、傳輸線、微波元器件等進行高精度的電磁仿真。 元器件建模：ADS支持元器件級別的電磁建模，例如微帶線、耦合器、濾波器等。 電磁-電路聯合仿真：ADS具有電磁-電路聯合仿真能力，允許工程師在電磁仿真的基礎上進行電路仿真，以更好地分析整體系統性能。	電磁仿真引擎：AWR使用了AXIEM電磁仿真引擎，也是一種強大的三維電磁場仿真工具。它可以分析微帶線、傳輸線、高頻器件等的電磁行為。 射頻器件模型：AWR提供豐富的射頻器件模型，以便工程師可以在電磁仿真中準確建模射頻器件的特性。 布局優化：AWR強調布局優化，可以幫助工程師在電磁仿真的基礎上優化布局，以最大程度地提高電路性能。
4	軟件構架	模塊化設計：ADS采用了模塊化的設計方法，將不同的功能分解為各種模塊，例如線性仿真、非線性仿真、電磁仿真等。這種模塊化的設計使得用戶可以根據需要選擇特定的功能，從而減少了不必要的復雜性。 平行處理能力：ADS支持多核處理和分布式計算，能夠在多個處理器上同時運行仿真任務，提高仿真效率。 圖形用戶界面：ADS的界面較為直觀，易于學習和使用。它提供了直觀的工具欄、繪圖工具和分析選項，使用戶能夠方便地進行設計、仿真和分析。	集成設計環境：AWR提供了一個集成的設計環境，可以在同一個平臺上進行電路設計、版圖設計、電磁仿真等。這種集成性可以幫助用戶更快速地從設計到仿真到制造。 器件庫和模型：AWR在設計環境中提供了豐富的器件庫和模型，用戶可以在設計中直接使用這些模型，從而減少了手動建模的工作。 自動化流程：AWR強調自動化設計流程，通過設計向導和自動化腳本，用戶可以更容易地進行各種分析和優化。 電磁設計和仿真：AWR將電磁仿真作為其核心特點之一，提供了與電磁仿真引擎AXIEM的緊密集成，使得用戶可以在同一個環境中進行電磁仿真和電路設計。
5	調諧優化與生產分析功能	ADS提供了強大的參數掃描和優化工具，使工程師能夠對設計參數進行范圍掃描，尋找最佳性能的設計。 ADS支持多種優化算法，如遺傳算法、逐步優化等，可以根據設計需求選擇合適的優化方法。	AWR同樣提供參數掃描和優化工具，允許工程師在設計空間中搜索最佳解決方案。 AWR的優化功能可以在電路性能、電磁特性等方面進行優化，適用于射頻和微波設計。
6	軟件仿真速度	ADS的仿真速度可能會受到復雜模型和分析方法的影響。在復雜的電路或系統級仿真中，仿真速度可能會有所降低。 使用多核處理器和分布式計算，ADS可以提高仿真效率，加速仿真任務的完成。	AWR的仿真速度可能受到電磁仿真引擎的復雜性影響。電磁場分析可能會較為耗時。 AWR也支持多核處理和分布式計算，以提高仿真效率。
7	開放性	開放性接口：ADS提供了多種開放性接口，例如Python腳本、MATLAB連接以及其自己的高級腳本語言。這使得用戶可以編寫腳本來自動化任務、自定義流程和與外部環境集成。 自定義組件：ADS允許用戶創建自定義的元器件模型、電路拓撲和腳本。這使得用戶可以根據需要將自己的功能集成到ADS中。	開放性接口：AWR同樣提供Python腳本接口，用于自動化任務和與外部環境集成。此外，AWR也支持MATLAB連接，使得用戶可以利用MATLAB的分析和處理能力。 自定義組件：AWR允許用戶創建自定義的射頻器件模型、電路布局和腳本，以滿足特定需求。
8	可用基本電路模 型數量	213種	367種
9	易用性	圖形用戶界面（GUI）：ADS的界面通常被認為是直觀和易于使用的。它提供了豐富的工具欄、選項面板和繪圖工具，使得用戶能夠快速創建和編輯電路。 自動化設計流程：ADS具有自動化設計流程的能力，用戶可以通過向導式設計或批處理腳本來執行一系列操作。這有助于簡化復雜任務的處理。 教育和支持資源：Keysight提供了大量的教程、培訓材料和社區支持，幫助用戶學習和掌握軟件的使用。	一體化設計環境：AWR強調一體化的設計環境，使得用戶可以在同一個平臺上進行電路設計、仿真和版圖設計。這有助于減少在不同工具之間切換的復雜性。 自動化和向導：AWR提供了自動化的設計流程和向導，可以幫助用戶更輕松地完成一系列任務，特別是在電磁仿真和電路布局方面。 用戶體驗：AWR的用戶界面被認為是相對簡潔和用戶友好的。它的工具欄和選項也使得用戶可以快速訪問常用功能。
10	射頻預算分析	模塊化設計和優化：ADS的模塊化設計使得用戶可以將電路分解為各個模塊，并在每個模塊中進行預算分析。然后可以使用優化工具對每個模塊的性能進行優化，以滿足整體系統的規格和要求。 直流至射頻分析：ADS支持從直流到射頻的多種分析技術，包括直流電路分析、頻域分析、時域分析以及諧波平衡分析。這使得用戶可以考慮信號在各個頻段的傳輸和轉換。 射頻器件庫和模型：ADS擁有廣泛的射頻器件庫和模型，可以用于建模傳輸線、濾波器、放大器等射頻模塊。	一體化設計環境：AWR提供了一體化的設計環境，使得用戶可以在同一個平臺上進行電路設計、仿真和電磁仿真。這可以幫助用戶更全面地進行射頻預算分析。 射頻器件建模和仿真：AWR專注于射頻和微波設計，提供了豐富的射頻器件建模和仿真功能。用戶可以使用這些工具來進行增益、損耗、噪聲等方面的分析。 電磁仿真和分析：由于AWR強調電磁仿真，因此用戶可以在電磁分析中考慮傳輸線、耦合器等組件的電磁行為。
11	Layout	不支持與電路圖同步更新	電路圖與Layout同步更新
12	是否支持電路抽取技術	否	是
13	電路與系統協同仿真	支持，速度較慢。	支持，速度快。

 

ADS不得不說的的兩大缺點

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第一、相比AWR的版圖設計也就是 Layout功能， ADS的Layout功能單一，且需要借助第三方的工具才能較好完成3D Layout，如下圖：

ADS的3D Layout效果圖

左下角為其平面Layout ，右下角為 ADS 最新收購XFDTD 軟件代碼后推出的EMDS 三維仿真軟件內的建模。與AWR最大的不同是ADS的電路原理圖Schematic與Layout處于不同的數據庫，一旦Layout較為復雜，同步的時間就會非常長，而且很容易出錯。而AWR本身的Layout以及電路原理圖Schematic就是一個數據庫，從根本上避免了這個問題。

第二、ADS 2008的發布介紹中提到了，ADS 2008推出了新的2D多層透3視Layout和3D Layout的技術，注意觀察其3D Layout，以及之前沒有3D Layout的對比情況，如以下這兩幅圖：

ADS 2008的2D與3D效果圖對比

要知道，類似這樣的2D以及3D Layout，AWR早在 2000年發布的Microwave Office 版本中就推出了，比ADS領先了七八年。問題的關鍵在于，ADS的Layout信息很難反饋到電路原理圖Schematic 中來。

相比AWR操作的便利性，以及以測試量為驅動的直接的仿真設置， ADS則需要工程師設置一大堆參數才能進行仿真。如下圖中ADS 2008提供的簡便設置：

ADS 2008的“簡單”設置圖示

對比AWR的設置，才知道什么是“簡單”：

AWR的相同電路圖的簡單設置與效果

造成差異的根本原因是AWR的軟件構架是統一的，軟件本身的數據鏈接是動態的，可以允許單純的使用測試量來驅動仿真引擎，而ADS的軟件構架是分立的，必須在電路原理圖中就要對仿真求解器進行設置。換句話說，使用ADS的工程師必須對ADS所使用的各個仿真求解器都非常了解，才能很好的測試。

通信系統仿真套件的對比

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AWR和ADS兩種軟件工具都有復雜包絡、時域的、同步的、行為級的、數據驅動的仿真工具來針對不同的系統仿真。

區別在于：

第一、射頻鏈路仿真的建模與控制： ADS的Ptolemy Simulation需要不同類型之間的模型的轉換 

– Timed to Complex

– Complex to Timed

– Complex to Rectangular

– Complex to Timed IQ

– Floating Point to Timed

– … ADS 需要控制模塊來控制仿真 

– Data Flow

下是在這兩個軟件中完成相同功能和測試量的射頻系統模擬仿真： 

– Circuit Envelope

– ….

但AWR 的VSS不需要多重的轉換模塊或者控制模塊來使得仿真運行。以下是在這兩個軟件中完成相同功能和測試量的射頻系統模擬仿真：

ADS 需要用戶自己設置接收機的參數

對比下圖，一個 VSS的探針就可以解決這兩個 Ptolemy測試控制模塊解決的問題。同時，VSS 也不需要像 Ptolemy那樣進行煩瑣的數據類型轉換。

AWR 的VSS 設置快捷方便

第二、射頻鏈路仿真的測試設置：

VSS 使用測試點和一個直觀的用戶界面來進行測量，例如，VSS 測量信道功率和ACPR 的方法，在diagram中加入VSA，打開ACPR 測量窗口，如下圖：

VSS 的ACPR 測量窗口

可見VSS 的方法相當直觀，即使過了一個月以后再打開diagram，也能夠根據窗口中的說明很快進入狀態。 

而ADS Ptolemy Simulation必須使用表達式（等式）來進行測量： 

– acpr_x( )

– cdf ( )

– channel_power( )

– …

而ADS 的方法則要求多重接收器，需要一個節點來使得多種不同的測試量、許多的表達式來寫入并創造變量。舉例說明ADS 測量信道功率和ACPR 的方法： 

– 在diagram 中加入頻譜分析儀 

– 運行仿真 

– 使用post processing expressions

– channel_power ( )

– Channel_power = channel_power_vr(voltage, resistance, mainCh, winType,winConst)

– acpr_vr expression

– ACPRvals = acpr_vr(voltage, resistance, mainCh, lowerAdjCh, upperAdjCh,winType, winConst)

由于需要自定義vector 變量，因此進行測量的難度比較大。假如在一個月后再次打開diagram，用戶畢竟也是人而不是機器人，很可能已經忘記了vector 的定義是什么。 

 

第三、射頻鏈路與電路的協同仿真Co-simulation： 

VSS 和Ptolemy 均可以進行和電路的協同仿真，VSS 基于統一數據庫，調諧的速度非?？欤瑑H需一步。把電路設計圖拖到VSS 中，不需要控制或者轉換模塊，也不需要網表。 

AWR可直接將Microwave Office的電路設計圖拖入VSS中

而ADS Ptolemy ，本身是由伯克利大學的DSP 工程師研發的，在研發時并沒有考慮與電路協同的仿真，所以后來用了與其他軟件結合的方法來完成電路協同仿真，這就導致了調諧速度極慢且需要購買多種軟件License 的問題， Ptolemy 的電路協同仿真解決方案流程如下圖：

ADS Ptolemy系統在仿真之前有很多需要預先設置的步驟

第四、硬件在環測試所支持的硬件測試設備：

通過 Test Wave 模塊，VSS 可以與業界絕大多數設備相連接，如 Agilent、 HP、Rohde & Schwarz、Anritsu，但 ADS 目前只支持 Agilent 和 HP 的設備。

AWR發展歷史

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AWR 由 Hughes 的微波設計師 Joe Pekarek 于 1994 年創立，當時，他對市面上的 RF 設計軟件感到非常失望。通過一項由 Hughes 贊助的博士計劃，Joe 開發了一個早期版本，該版本最終成為 AWR 軟件的一部分，也是其論文的一部分。之后，他與同事共同創立了 AWR。這家新公司及其旗艦產品 Microwave Office?  為業界帶來了耳目一新的轉變，提供了直觀的用戶界面、集成的原理圖捕獲/Layout功能，以及創新的設計輔助工具——實時調試功能。

在持續增長的同時，公司于 2011 年被 National Instruments 收購，后者也一直致力于將業務專長擴展到 RF/無線領域。之后，National Instruments 和 Cadence 開始攜手制定策略，專注于應對迅速發展的 5G 通信、物聯網和航空航天行業帶來的技術挑戰。National Instruments 與 Cadence 緊密合作，于 2018 年將 AWR 的 AXIEM?軟件集成到了 Cadence 的 Virtuoso? RF 環境中?，F在AWR公司已經被Cadence從NI公司收購，屬于Cadence系統級產品線中重要的RF和微波設計解決方案。

AWR簡介

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AWR 產品組合作為一個集成的界面在 AWR Design Environment 平臺內運行，用于設計輸入（原理圖/layout）、分析（系統/電路/EM）、優化、良率分析和結果繪圖。

公司的旗艦產品 Microwave Office 是一款 RF 電路模擬器，用于開發前端組件，例如功率放大器、低噪聲放大器、濾波器、混頻器等。

AXIEM 是矩量法 (method-of-moments ，即MoM) 3D 平面電磁分析工具，用于表征（S 參數）無源結構和 RF 互連。AXIEM 現已集成到 Microwave Office 和 Virtuoso RF軟件 中。

Visual System Simulator? (VSS) 工具則使用基于行為模型的 RF 和 DSP 模塊來支持通信/雷達系統級開發。VSS 支持許多系統分析（預算、ACPR 和 EVM、級聯噪聲、IP3、頻譜）、組件規格/驗證和架構設計。憑借符合標準的庫和測試平臺，VSS 可以用于測試 5G 信號激勵的設備。還有其他一些更專業的工具，例如 AntSyn?，可用于天線綜合和優化、5G/雷達庫等。