Genesys Harbec（谐波平衡）

高性能非线性有源电路设计

Genesys Harbec 频域非线性仿真器以谐波平衡分析技术为基础，是对功率放大器、混频器和振荡器等非线性电路进行分析与优化时所不可或缺的模块。它可在电路中的任何节点上计算稳态功率、电压和电流频谱，并且具有比 SPICE 快多个数量级的速度以及更高的动态范围，可对非线性射频性能指标进行分析，例如放大器增益压缩、三阶截断点（TOI）、混频器变频增益和振荡器相位噪声。

Genesys Harbec 可使用符合工业标准的 SPICE 或 Verilog-A 非线性器件模型、集总式元器件、精确的频域物理模型、S 参数测量数据和电磁场仿真结果来构建非线性电路。

Harbec 还突破了线性仿真器的限制，能够在考虑与偏置相关、谐波失真和多种其它效应（在下表中列出）的条件下进行高稳定性电路设计。如果与 Genesys 库中的 1000 多个非线性器件模型配合使用，它可帮您预测并克服非线性设计的困难。

关于 Genesys Harbec 的更多信息

Genesys Harbec（谐波平衡）仿真器具有良好的精度、收敛度和速度。它在 Genesys 功能强大的套装产品（包含电路综合、线性小信号分析、电磁场分析和版图设计工具）基础上又增添了完整的直流与谐波平衡非线性仿真和优化功能，从而实现诸如实时调谐、智能收敛技术应用和电磁场协同仿真等应用。

何谓谐波平衡？

谐波平衡的名称源于一项仿真技术，计算机使用该技术对电路中流动的所有谐波信号的幅度和相位反复进行调整，直至这些电流相位和幅度在每个节点上的总和都等于零，满足基尔霍夫电流定律。当达到这个条件时，您就实现了“谐波平衡”，并解决了非线性电路的问题。

谐波信号是信号在频域中表示时的傅立叶复系数。例如，1 kHz 方波信号具有许多频率较高的谐波，其频率是 1 kHz 基波频率的倍数。当这些谐波遇到诸如晶体管的非线性器件时，会生成更多的基波的谐波。电路的非线性程度越高，其中存在的谐波越多，因此在求解过程中为达到“谐波平衡”，会需要更多的内存和耗费更多的时间。

当注入多个基波进行混频时会产生更多的谐波成分，从而进一步增加“谐波平衡”收敛的复杂程度。Harbec中开发了高级的数学算法，可以使用最少的内存且达到最快的收敛速度。

多音频谐波平衡非线性分析和优化

设计人员能够任意指定用于分析的基音音频数量。在不超过存储器容量和可用时间的限制条件下，您可以分析并优化任意的复合频谱。

直流分析和优化

射频和无线工程师需要了解偏置电压的变化对其设计有什么影响。他们可以使用 Harbec 调谐偏置并即时查看它对电路特性的影响，也可以借助优化引擎计算出达到最佳性能时的电压。

实时调谐

Harbec 经过优化，可实现高速运行，对多个电路进行实时调谐。设计人员只需点击鼠标或轻敲键盘，便能快速评估电路灵敏度并进行微调。他们能够对元件值进行调谐并实时更新放大器失真图。该仿真采用了无源匹配结构的精确电磁测量结果。

使用 Momentum GXF 电磁仿真器进行协同仿真

工程师可通过对分布式元器件进行精确的电磁建模，来仿真电路的非线性性能。设计人员首次实现了电磁场仿真与谐波平衡进行协同仿真。这都归功于电磁仿真的精确性和非线性仿真的通用性。

使用 Genesys进行电磁场和电路协同仿真极为简单。Genesys 在版图中添加了外部电磁场端口，并开始进行仿真。它在后台自动识别并移除集总式元器件，添加内部端口，并运行电磁场仿真，然后将多端口数据自动加入电路原理仿真中。完成最初的设计后，您能够对集总式元器件进行交互调谐，或由 Genesys 自动对其进行快速优化。现在，借助 Harbec 的附加功能，您无需再进行繁琐的数据传输便可验证包含嵌入式集总元器件的非线性电路。由于所有仿真器都集成于同一环境中，您可以在一个工作环境内轻松管理全部数据。

使用智能收敛实现非线性性能的优化

除了面向实际应用的便利特性以外，Harbec 还采用了最新的收敛技术，以确保利用最少的内存进行精确的分析。Harbec 以 1 维和 n 维 FFT、正交 APFT 以及用于稀疏矩阵和非稀疏矩阵的直接求解算法为基础，能够在耗费最少内存的条件下快速进行收敛，并消除混叠效应（比如傅立叶变换噪声）。在内存限定的条件下，Krylov 子空间方法可用于分析包括多个频率的大型电路。

Harbec 最重要的突破性进展是自适应智能收敛技术的应用，可在诸多可用技术中寻找并使用最佳的收敛策略，以解决非线性仿真难题。该软件可以灵活地调整电源电平、信号电平、单音数量，甚至器件的非线性，以得到收敛解。Harbec 不断寻找和学习解决电路难题的快捷方案，并将其应用于后续的扫描分析与非线性优化。

自动非线性器件的线性化

为了便于在同一原理图中仿真非线性和线性（S 参数）元器件，Harbec 在电路中进行直流分析，并对所有的非线性器件进行线性化，然后在 S 参数仿真中采用线性模型。现在，您可以通过调整偏置来改善 S 参数的性能，并研究与偏置之间的统计性能。除了可以轻松地进行线性/非线性仿真之外，自动线性化功能还能简化非线性模型参数的验证和优化过程，实现在非线性建模应用中匹配测试得到的 S 参数。

可以使用的信号和信号源

要想生成真实的信号，需要使用大量信号来进行电路仿真。Harbec 能够自动找出所有信号源频率的基频。除了标准的单频电压、电流和功率源之外，Harbec 还包括脉冲、周期分段线性以及用户定义的其他信号源。

可用的模型

Harbec 拥有 25 家制造商生产的 6000 多种部件非线性模型。它能够为用户提供众多分立 BJT、MESFET、MOSFET 和二极管以供选择。除了标配的射频和微波器件之外，Harbec 可以导入绝大多数 SPICE 和 Verilog-A 模型来进行非线性仿真。

SPICE 和 Verilog-A 模型导入

设计人员按照业界的模拟仿真标准，使用 SPICE 网表或 Verilog-A 特性模型开发出数千种模型和电路。Harbec 支持大部分 SPICE 元件并可直接使用电路网表。这一特性使设计人员能够获得网络和文献中的各种电路模型。

如何获得 Genesys Harbec？

Genesys Harbec 包含在4 种 Genesys 套装产品中即：

• W1324BP Genesys Core，电路综合、非线性电路分析套装产品
• W1326BP Genesys Core，电路综合、非线性电路分析、系统套装产品
• W1327BP Genesys Core，电路综合、非线性电路分析、电磁场套装产品
• W1328BP Genesys Core，电路综合、系统、电磁场套装产品

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