Моделирование электронных схем в среде GENESYS

Министерство науки и высшего образования  
Российской Федерации 

Уральский федеральный университет 
имени первого Президента России Б. Н. Ельцина 

Б. В. Гусев, Е. В. Лагунов, В. А. Чечёткин 

МОДЕЛИРОВАНИЕ  
ЭЛЕКТРОННЫХ СХЕМ 
В СРЕДЕ GENESYS

Уч е бн о - ме т од и ч еско е по со бие

 
Рекомендовано методическим советом  
Уральского федерального университета для студентов вуза, 
обучающихся по направлению 11.03.01 — Радиотехника 

Екатеринбург 
Издательство Уральского университета 
2020 

УДК 004.94:621.38(075.8)
ББК 30в6я73+32.965-01я73
          Г96

Ре ц е н з е н ты :
М. С. Мухамедзянов, канд. техн. наук, доцент кафедры автоматики, телемеханики и связи на железнодорожном транспорте УрГУПС; 
кафедра ОПД-ТС Уральского технического института связи и информатики (филиал) «Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики» (завкафедрой канд. техн. наук, доц. 
Н. В. Будылдина) 

Н ауч н ы й  ред а к т о р  — д-р техн. наук, проф. С. Н. Шабунин 

Изображение на обложку предоставлено компанией Keysight Technologies

Г96
Гусев, Б. В.
Моделирование электронных схем в среде GENESYS : учебнометодическое пособие / Б. В. Гусев, Е. В. Лагунов, В. А. Чечёткин ;  
Мин-во науки и высшего образования РФ. — Екатеринбург :  
Изд-во Урал. ун-та, 2020. — 104 с.

ISBN 978-5-7996-3010-2

Учебно-методическое пособие содержит основные сведения по моделированию 
электронных схем с использованием САПР Genesys компании Keysight Technologies. 
Приведено краткое ознакомление с программой и описаны основные этапы проектирования фильтров, автогенератора, умножителя частоты и возбудителя частоты.
Библиогр. 8. Табл. 2. Рис. 120. Прил. 4.
УДК 004.94:621.38(075.8)
ББК 30в6я73+32.965-01я73

ISBN 978-5-7996-3010-2
© Уральский федеральный 
     университет, 2020

Оглавление

Предисловие ..........................................................................................5

1. Изучение среды Genesys ....................................................................7
1.1. Ознакомление с программой (на примере разработки  
дисплексера) ....................................................................................9
1.2. Создание схемы фильтра нижних частот  ..............................11
1.3. Анализ схемы фильтра нижних частот ...................................16
1.4. Создание и анализ схемы фильтра  
верхних частот ................................................................................20
1.5. Создание и анализ диплексера ...............................................22
1.6. Оптимизация схемы диплексера ............................................24
1.6. Контрольные вопросы ............................................................33

2. Разработка автогенератора .............................................................34
2.1. Определение параметров транзистора ...................................35
2.2. Расчет автогенератора по постоянному току .........................42
2.3. Расчет автогенератора по переменному току .........................48
2.4. Энергетический расчет автогенератора ..................................53
2.5. Анализ схемы автогенератора .................................................55
2.6. Контрольные вопросы ............................................................64

3. Разработка умножителя частоты .....................................................65
3.1. Определение входных данных умножителя ...........................66
3.2. Расчет коллекторной цепи умножителя .................................68
3.3. Расчет входной цепи умножителя ..........................................72
3.4. Создание схемы умножителя ..................................................73

Оглавление

3.5. Анализ схемы умножителя ......................................................75
3.6. Контрольные вопросы ............................................................77

4. Проектирование возбудителя частоты ............................................78
4.1. Разработка схемы возбудителя частоты .................................79
4.2. Разработка полосового фильтра .............................................80
4.3. Разработка печатной платы возбудителя ...............................86
4.4. Контрольные вопросы ............................................................90

Список библиографических ссылок ....................................................91

Словарь ...............................................................................................92

Приложение 1. Варианты данных для расчета  
и содержание отчетов исследования .................................................95

Приложение 2. Пример выражений расчетов автогенератора ..........98

Приложение 3. Извлечение данных входного сигнала  
умножителя ...................................................................................... 100

Приложение 4. Пример выражений расчетов удвоителя ................ 101

Предисловие

О

дним из популярных программных продуктов, используемых для проектирования радиочастотных устройств, является проприетарная система автоматизированного проектирования Genesys компании Keysight Technologies [1]. Она представляет 
собой высокопроизводительное средство проектирования, предназначенное для разработчиков ВЧ и СВЧ плат и модулей.
Среда компьютерного моделирования Genesys позволяет создавать 
схемы, состоящие из сосредоточенных и распределенных элементов 
радиоэлектронных схем. При создании схем могут использоваться 
встроенные мастера для фильтров, смесителей, генераторов и др. Программа позволяет исследовать проектируемое устройство различными методами и вывести результат в нескольких графических формах.
Большими достоинствами САПР являются ее относительно низкая 
цена и наличие русскоязычного интерфейса. Используя встроенный 
язык программирования можно автоматически пересчитывать элементы разрабатываемых устройств и оценивать получаемые изменения.
Загрузить последнюю версию программы можно с сайта разработчика [1]. Программа платная, есть демонстрационная версия и специальная лицензия для образовательных учреждений. Торговое название последней версии: PathWave RF Synthesis. Типовые требования 
для установки: Windows 7…10 (64-bit), 10 ГБ на жестком диске, 6 ГБ 
оперативной памяти.
Пособие предназначено для ознакомления с методами автоматизированного проектирования высокочастотных устройств, а также 
для формирования начальных приемов работы с программой на примере разработки автогенератора, умножителя частоты и возбудителя 
частоты.

Предисловие

В первой главе пособия рассмотрены общие вопросы подготовки 
к работе с инструментальным средством Genesys, в частности:
• создание схемы простого диплексера;
• линейный анализ схемы;
• оптимизация номиналов элементов для достижения требуемых 
характеристик.
Во второй главе рассмотрен расчет и анализ кварцевого автогенератора. Исследуется влияние изменения режима работы на качество 
формируемого сигнала.
В третьей главе рассмотрен расчет и методика проектирования умножителя частоты. Особое внимание уделено вопросам согласования 
с нагрузкой.
В четвертой главе рассмотрено создание возбудителя частоты, фильтрация нежелательных гармоник и разработка его конструкции.
При значительных изменениях в новых версиях программы будет 
подготовлено новое издание пособия.
В рамках обучения студенты Уральского федерального университета выполняют учебные работы, в ходе которых осуществляют разработку автогенератора, умножителя частоты и создание возбудителя 
частоты. Данные для выбора и справочные параметры транзисторов 
представлены в Приложении 1.

1. Изучение среды Genesys

З

апустим Genesys двойным щелчком на пиктограмме 
 либо 
щелчком по соответствующей строке программы в стартовом 
меню Windows. После запуска открывается главное окно среды Genesys, показанное на рис. 1.1, где помещены инструменты проектирования радиоэлектронных схем, предоставляемые этой средой 
проектирования.

При запуске на экране могут отображаться окна приветствия 
и выбора действий, которые нужно закрыть.

 
Рис. 1.1. Главное окно Genesys в режиме русского меню 

1. Изучение среды Genesys

На рис. 1.1 приведено окно в режиме русского меню. Некоторые 
элементы существующей версии  не переведены, поэтому для единообразия описания в дальнейшем будем использовать программу в стандартном режиме (c английским меню), как показано на рис. 1.2. Перевод необходимых терминов приведен в словаре, расположенном 
в заключительной части пособия (см. с. 92).

 

Рис. 1.2. Главное окно Genesys (английское меню) 

Главное окно среды проектирования Genesys по вертикали разделено на три части. В левой части содержатся средства управления — дерево рабочей области. Центральную часть окна Genesys занимает рабочее поле. Под ним расположены поля сообщений и ошибок, ввода 
команд управления. Правую сторону окна занимает панель селектора компонентов.
В верхней части окна расположены главное меню и панели инструментов. Многие функции и команды меню также доступны через панели инструментов и/или дерева рабочей области. Вид и состав меню 
и панели инструментов динамически изменяются в зависимости от открытого активного окна. Чтобы узнать команду, с которой связан значок на панели инструментов, установим курсор мышки на этот значок и подождем несколько секунд. Появится небольшая подсказка для 
значка во всплывающем поле.

1.1. Ознакомление с программой  (на примере разработки дисплексера)

1.1. Ознакомление с программой  
(на примере разработки дисплексера)

Для ознакомления с программой разработаем простое устройство — 
диплексер. В соответствии с [2, с. 15] для суммирования в общей нагрузке сигналов нескольких источников (генераторов), работающих 
в неперекрывающихся частотных диапазонах, используются мультиплексоры. В частности, для суммирования сигналов двух источников 
используются диплексеры. Взаимной задачей по отношению к задаче суммирования является задача частотного разделения сигналов (каналов). То есть, корректно рассчитанный диплексер может использоваться и для суммирования, и для разделения каналов. Схема такого 
устройства приведена на рис. 1.3. Диплексер состоит из двух фильтров (Ф1 и Ф2), нагруженных каждый на свою нагрузку. Входы фильтров, имеющие входные проводимости Yвх1 и Yвх2 соответственно, параллельно соединены и подключены к источнику входного сигнала E, 
формируя общую входную проводимость Yвх.

Ф1

Ф2

Yвх1

Yвх2

E

Yвх

Рис. 1.3. Структурная схема диплексера 

При этом должен выполняться ряд требований:
• устранение взаимного влияния каналов (развязка), 
• отсутствие потерь мощности при суммировании/разделении, 
• обеспечение согласования для каждого источника и нагрузки.
При расчете частотных характеристик диплексеров на параллельно 
соединенных фильтрах следует учитывать, что входы (выходы) фильтров взаимно шунтируют друг друга, поэтому частотные характеристики каждого из каналов будут отличаться от характеристик фильтров, работающих по отдельности.