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标题: ADC中的动态比较器噪声仿真 [打印本页]
作者: gpffreedom 时间: 2020-11-16 09:09
标题: ADC中的动态比较器噪声仿真
本帖最后由 gpffreedom 于 2020-11-16 09:12 编辑
一篇关于ADC中动态比较器的噪声仿真方法的文章，转自微信公众号：IC宇宙成长记
1.目标（1）总结动态比较器噪声仿真方法；
（2）就噪声仿真，判断各仿真器仿真结果的可信度，找到仿真的合理方法。
2.仿真方法根据spectre提供的workshop，动态比较器的噪声仿真有两种基本方式：
（1）trannoise仿真。如下图所示设置，设动态比较器的比较时钟周期为2ns，将仿真时长设为2us，能保证1000次比较结果。Noise Fmax设为100G。扫描比较器的输入差分值，当误码率达到16%，则输入差分值对应噪声分布的δ。
（2）pss+pnoise仿真。如下图所示设置，将pss的BeatFrequency设为500M，与时钟频率相同，Number of harmonics设为100。需要重点说明的是pnoise的设置，这关系到该方法的核心思想。该仿真的方法基于如下思路：当设置一个输入差分值，比如vip-vin=0.8mV，则由于比较器的正反馈，输出会最终稳定在一对高低电平。实际上，噪声所影响的是比较器的稳态建立过程，而稳态建立后的噪声则不会对结果有影响。因此，仿真大信号周期内的平均噪声并不准确，而应该是上述建立过程中的噪声。因此，在Noise Type对应的选项中选择jitter。通过在Threshold Value设置电压值，比如48mV，Crossing Direction设置上升沿或下降沿，则仿真会在差分输出电压为48mV对应的时刻点计算噪声。此时对应的输入输出增益为48mV/0.8mV=60，将仿真得到的噪声电压除去增益，即得到对应的输入噪声。
按照上述思路，使用hspice进行网表仿真也有对应的两种方式，对应的仿真方法如下：
（1）trannoise仿真
.tran 0.1n 2u sweep dif 0.35m 0.55m 0.05m
.trannoise v(outp,outm) fmax=100G
.PROBE trannoise onoise
.PROBE tran v(outp,outn)
（2）ptdnoise仿真
.SN tones=5e8 nharms=100 trinit=2n
.MEASURESN thre_time when v(latchp,latchn)=48m rise=1
.PTDNOISEv(latchp,latchn) TIME=thre_time dec 100 1 5e8
+listfreq=(all)
+listcount=3
+listsources=ON
.PROBE PTDNOISE ONOISE
.PROBESN v(latchp,latchn)
.MEASUREPTDNOISE strobejit STROBEJITTER onoise FROM = 1 TO =5e8
下面便根据这两种仿真方式，根据仿真工具的仿真结果，判断仿真工具的准确度，并确定最终的仿真方式
3.仿真结果对比spectre工具：
首先是spectre工具的trannoise仿真结果：
统计出各输入差分值对应的误码率如下：
因此输入噪声约为0.45mV。
然后是spectre工具的pnoise仿真结果，将仿真的阈值分别设为48mV和240mV，比较得到的输入噪声。
可见，pnoise仿真和trannoise仿真结果接近，且输出噪声随输入差分值的变化比例接近，因此较为合理。
hspice工具：
首先是hspice工具的trannoise仿真结果：
因此输入噪声在0.4mV~0.45mV间。与spectre的仿真结果接近。
然后是hspice工具的ptdnoise仿真结果，将仿真的阈值分别设为48mV和240mV，比较得到的输入噪声。
可见，ptdnoise仿真和trannoise仿真结果有所差距，且输出噪声随输入差分值的变化比例也不一致，因此ptdnoise仿真结果可信度低。
4.结论就动态比较器的输入噪声而言，pss+pnoise仿真，spectre的仿真结果合理，hspice的仿真结果不合理；trannoise仿真，spectre的仿真结果比hspice的更接近pnoise的仿真结果，因此更准确。
参考1.HSPICE Reference Manual：Commands and Control Options.pdf
2.HSPICE User Guide RF Analysis.pdf
3.Art Schaldenbrand . A New Methodology forDynamic Comparator Noise
4.Cadence: ADC Verification Workshop
5.宇文青霜. Comparator 动态噪声的仿真
作者: xuwenwei 时间: 2020-11-16 13:13
不错，学习一下
作者: VAEEE 时间: 2020-12-18 17:27
不错不错
作者: zhoujian.ww 时间: 2020-12-21 19:06
不错不错
作者: GenesisIC 时间: 2020-12-29 14:54
很有帮助
作者: FAR0001 时间: 2020-12-29 15:29
tran noise是最无脑，最花时间，但最准确的噪声仿真方式。
作者: wyazmg 时间: 2021-1-27 15:18
想请教一下，比较器结果出来的图如何处理得到误码率，萌新请教
作者: wyazmg 时间: 2021-1-28 16:22
请问一下这个tran noise仿真的误码率是怎么算的？
作者: gpffreedom 时间: 2021-1-28 18:29
可以根据比较器的时钟速率采样比较结果，然后用matlab或者excel统计误码的数量。
作者: savvy_jiang 时间: 2021-2-8 14:30
Thanks for your sharing
作者: HappenLau 时间: 2021-2-18 22:04
我觉得应该可以用波形窗口里面的Measurement-->Transient Measurement，通过统计波形边沿个数来统计误码率
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作者: savvy_jiang 时间: 2021-3-2 17:03
有个问题请教下：在transient noise是Fmax设置很大，为什么在pnoise时，sweep frequency范围就只到时钟频率？
作者: 2729875798 时间: 2021-3-16 11:05
大家有仿真对比过吗，为啥比较器噪声仿真明明很大的改善，而代入ADC里，其SNR反而降低了呢
作者: gpffreedom 时间: 2021-3-19 14:54
pnoise仿真结果考虑了噪声折叠的影响，因此sweep frequency的范围选取对仿真结果影响应该不大。
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作者: savvy_jiang 时间: 2021-3-20 21:01
感谢感谢，明白了。。
作者: aftuehr1r 时间: 2021-3-21 16:55
Thanks for your sharing
作者: 9874748x 时间: 2021-5-24 17:08
请问怎么根据误码率看噪声啊，看起来也不是取误码率表格的中位数？
作者: gpffreedom 时间: 2021-5-28 16:20
当误码率达到16%，则输入差分值对应噪声分布的δ
作者: 9874748x 时间: 2021-5-28 16:48
那达到16%对应 是有什么理论依据吗？
作者: gpffreedom 时间: 2021-5-31 12:22
可参考正态分布曲线
作者: RODEN_IC 时间: 2021-7-25 14:33
请问比较器的噪声能量如何仿真？
作者: 453163787 时间: 2021-8-20 15:24
为什么误码率要达到16%
作者: 下山途中 时间: 2021-8-21 08:29
好的
作者: 453163787 时间: 2021-8-21 11:29
为什么误码率达到16%
作者: 453163787 时间: 2021-8-21 11:30
为什么误码率达要到16%
作者: jiafu 时间: 2021-11-27 17:05
thanks
作者: SEU_Bear 时间: 2021-11-30 20:17
用PSS+Pnoise仿真时，Pnoise中设置的threshold值是怎么取的？有什么根据吗？
作者: gpffreedom 时间: 2021-12-14 11:26
只要在比较建立过程中随意取，你会发现计算出的输出噪声和增益基本成正比。我觉得阈值最好取的稍小一些。对输入噪声计算结果不影响。
作者: 490590125 时间: 2021-12-15 09:03
请教下这个具体要怎么操作啊 ？
作者: dashezhixue 时间: 2021-12-31 15:07
请问为什么pss仿真的noise frequency的上限只有比较器工作的频率的一半，我看cadence那个ppt是那么写的，不应该要高于比较器工作频率么
作者: jimgrindan 时间: 2022-1-12 16:06
想请教一下，PSS加PNOISE的方式，输出噪声是看预放大级输出还是锁存级的输出还是锁存后加的SR_Latch的输出呀
作者: heng123 时间: 2022-1-12 16:20
学习下
作者: Aiden_yq 时间: 2022-1-13 19:39
看过一个博主直接用calculator表达出来了，但不知道他用的是什么函数
作者: CmosLgh 时间: 2022-1-13 20:23
学习下
作者: 战地旗手 时间: 2022-1-28 16:27
可以用这表达式统计下降沿个数，xmax(cross(v("/VOUTP" ?result"tran") 0.6 0 "falling" t "cycle" nil) 1)
作者: gpffreedom 时间: 2022-2-18 10:26
如果噪声的主要贡献是预放大，应该看预放大就够了。可以仿真对比下，我觉得无论看哪个输出，结果应该很接近。
作者: 晬婴 时间: 2022-3-25 11:28
就是在弹出的波形窗口上面有一个measure功能，点击里面的transient measurement
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然后右面就会弹出这样一个竖栏
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然后点击一个输出量，比如点击CLK，他就会统计CLK的沿数
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点击setting可以对沿进行定义，比如定义沿的低电平和高电平，rising edges和falling edges可以分别统计上升沿和下降沿
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作者: xavi17 时间: 2022-3-25 18:33
我觉得可以用cross 函数来统计，选multiple，横坐标选cycle，下降沿选择-0.5vdd，上升沿选择+0.5vdd，各自看最后的cycle数就可以了
作者: bee31441 时间: 2022-3-25 18:52
谢谢分享
作者: zjouu 时间: 2022-4-2 09:21
请问一下，这个pnoise最后输出的噪声是选哪个进行积分呢
作者: April1999 时间: 2022-4-23 14:55
这个比较的误码率的结果该如何统计呢？要用到什么函数呢？
作者: 模拟cmos 时间: 2022-5-17 19:58
mark一下 以后用
作者: syf6520985 时间: 2022-5-25 11:09
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请问用pnoise仿真为什么会报错，说jitter这个仿真找不到cross的项目，求楼主和大佬们解答
作者: LDDD1997 时间: 2022-5-25 11:18
输入得一个斜坡 一个直流吧
作者: syf6520985 时间: 2022-5-25 14:45
无所谓用vpwl还是vdc源，都可以仿真且结果相差极小。 关键是pnoise的差分输出我没选对，我选择了锁存之后的两个输出，改为灵敏放大器直接的输出就可以正常仿真了。
作者: cc!123 时间: 2022-6-16 17:40
大佬牛批
作者: Can_do_go 时间: 2022-8-16 18:20
:):):):):)
作者: yal 时间: 2022-8-21 22:05
第一种是误码率的角度去分析噪声，由果推因。我感觉数据量够的情况下是挺精确的。
第二种是估算了放大器的增益，然后仿真输出点的噪声，再转换成输入噪声，感觉有误差，但也是很好的方法。
作者: jonkey_xu 时间: 2022-9-6 22:28
文中比较器的比较时钟周期是指什么？？？
作者: LSLS1997 时间: 2022-9-9 16:35
观摩学习
作者: 模拟小牛 时间: 2022-10-25 21:51
请问beat frequency是啥
作者: gpffreedom 时间: 2022-11-7 10:03
pss仿真的基波，可以理解你的信号基本频率
作者: 小泉来袭IC 时间: 2022-11-14 19:54
挺好！
作者: saw2020 时间: 2022-12-7 14:51
求问16％是什么意思啊？正态分布中好像也没有看到这个数值，求大神解答
作者: 七月的思念 时间: 2022-12-8 10:59
真不错，顶贴
作者: 七月的思念 时间: 2022-12-8 11:01
但是有一个问题想请教一下，tran noise的Fmax设置多大的有什么讲究。我的比较器时钟1G时可以统计误码率，但是比较器时钟5G的时候就没有误码了，仿真已经仿不出来了
作者: Kamon 时间: 2023-1-10 14:48
学习
作者: q8097 时间: 2023-1-17 18:27
兄弟，这个方法可以的
作者: muaook 时间: 2023-1-30 09:57
可以用平均值统计误码率吧
作者: F548362 时间: 2023-2-7 11:22
请教一下，为什么误码率16%时的输入电压就是噪声的1sigma?这个16%的含义是什么？求大佬不吝赐教，感谢
作者: gpffreedom 时间: 2023-2-10 17:33
根据正态分布图，+-sigma对应的概率是0.68，则落在负无穷到+sigma的概率为0.5+0.68/2=0.84，误码的概率就是0.16.
作者: Rabbit_CHAN 时间: 2023-2-12 17:35
很不错，学习了，谢谢贴主
作者: Candydarte 时间: 2023-3-18 04:40
fggfhghghghghg ghgh
作者: zixin1hao 时间: 2023-3-18 19:32
Thanks for sharing
作者: electroniczz1 时间: 2023-3-23 14:04
Thanks for sharing
作者: windyfall 时间: 2023-4-4 10:23
学习了，感谢
作者: Josez 时间: 2023-4-24 13:33
int(cross(cross(VT("/VOUTP") 0.6 0 "rising" t "cycle") 0.03 1 "rising" nil nil))我用的是傻办法，两个Cross然后取整。0.03是比较时间，就是tran的时间要比它长一点不然可能取不到。Voutp与VoutN都做一个，至少会有一个出个数。
作者: ll李 时间: 2023-5-8 17:59
为什么noise fmax 要设置为100G
作者: 滴水藏海 时间: 2023-6-5 17:35
tran noise 的结果得到了一个σ的输入噪声， 是一个统计量， 那么pss pnoise得出的输入噪声也是对应一个σ的统计量吗？如何理解呢
作者: chasefeng 时间: 2023-7-6 15:15
请问tran noise里 为什么是加100G的噪声，可以加小一点吗
作者: gaojy 时间: 2023-7-10 14:52
误码率用计算边沿的办法会出现连续两次比较错误，只计算一个沿的情况。可以先采样，再计算平均值，根据平均值推算出误码率
作者: Heartbeats 时间: 2023-7-13 15:53
学习
作者: dc33912345 时间: 2023-8-1 10:11
请问这个问题您解决了吗？
作者: wjzhang 时间: 2023-8-14 16:44
学习
作者: auch0311 时间: 2023-8-25 14:35
谢谢
作者: yangcqupt 时间: 2023-9-4 16:45
谢谢分享
作者: 菜菜CC 时间: 2023-9-7 09:42
同问，想知道这个transnoise的Fmax要怎么设置？
作者: 菜菜CC 时间: 2023-9-7 09:50
请问知道原因了嘛？
作者: chasefeng 时间: 2023-9-7 16:13
说是给的越大越准确
作者: 菜菜CC 时间: 2023-9-7 17:16
但是这个要给得多大才合适？
作者: chasefeng 时间: 2023-9-9 18:25
不知道咧，给100G吧 100G感觉很大了
作者: Harold-HAN 时间: 2023-10-9 15:50
对于trannoise得到的结果，有什么说法吗？我的意思是这个噪声值怎么评判才算这个比较器的性能达标？小于1LSB还是其他说法？
作者: syq506912088 时间: 2023-10-11 11:24
mark
作者: pri_du 时间: 2023-10-15 19:37
请问输出噪声该积分到什么频率？
作者: zt_ic222 时间: 2023-10-16 14:59
请问楼主动态比较器的工作频率和pss的beat频率是怎么设置的？我不同的beat frequency得到的noise差别很大
作者: FZUYJY 时间: 2023-10-16 17:06
厉害厉害1111
作者: Electron_tube 时间: 2023-10-26 11:04
nice!
作者: kayjep 时间: 2023-10-27 20:09
kankan
作者: jcxwzy 时间: 2023-11-5 23:00
mark一下
作者: cbdubvld 时间: 2023-11-9 14:04
想请问一下中间提到的阈值电压48mV和240mV是什么意思吗
作者: Electron_tube 时间: 2023-11-9 14:25
nice!
作者: Aflyer612 时间: 2023-12-10 16:01
mark mark
作者: spr.x 时间: 2023-12-11 11:15
mark一下 好帖绑定
作者: liuhuigino 时间: 2023-12-12 19:59
多谢分享
作者: zh593518457 时间: 2023-12-12 20:37
Thanks for your sharing
作者: 模拟小牛 时间: 2023-12-20 20:48
这比较器本身有个最小精度，并且存在动态失调，这样仿真出出来的是对的吗
作者: syq506912088 时间: 2023-12-23 10:50
学习一下
作者: spr.x 时间: 2024-1-2 15:51
学习
作者: syf6520985 时间: 2024-1-12 11:04
没有，你有思路吗
作者: Franklin_tf 时间: 2024-2-27 15:08
动态比较器噪声仿真 mark
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