全动态比较器如何仿真其噪声特性

2013102063

2013102063

quantus

用tran transient noise来仿，具体的见图片

老尤皮

论坛里搜
dynamic comparator noise and metastability simulation techniques
楼上用瞬态仿真开噪声的方法也能用，但是要注意设置好testbench和噪声带宽，设值得太低，仿真结果会偏低，设值得太高，仿真时间会非常慢。
为了提高设计效率，还是推荐用pss+pnoise的方法，transient noise仿真一次时间太长，用来交叉验证pss的仿真结果还是可以的，在设计阶段就用transient noise就是给自己自找麻烦

yzx90333

你在群里已经问过是不是

quantus

老尤皮 发表于 2020-9-19 12:28
论坛里搜
dynamic comparator noise and metastability simulation techniques
楼上用瞬态仿真开噪声的方法 ...

这种比较器电路小，tran noise跑起来不慢。
cadence官方关于动态比较器噪声的仿真的总结是：tran noise和pnoise都可以用。前者的优点是可以用于包含ADC噪声分析的仿真之中。pnoise的好处是对噪声源的分析更好，缺点是不能用在adc仿真。也就是说如果这个比较器是用在adc里面，那么仿整个adc时还是要切回tran noise，这也是我一直推荐tran noise的原因。

从设置来讲tran noise的设置比pnoise简单，一个tran noise设置例子如下
trantranstart=0 stop=2u noisefmax=500G noisefmin=1 noiseseed=1+(d+5m)*10000
设置上需要注意的就是系统最大的有效噪声带宽， 此外仿真时间要足够长。
相对应的pss/pnoise的设置是

psspssperiod=0.5n harms=100pnoise(om op) pnoise start=1 stop=1G noisetype=pmjitter\crossingdirection=rise thresholdvalue=(d*ratio) \pnoisemethod=fullspectrum
对没玩过开关电容电路的新手而言明显是tran noise比较容易上手。
最后一点就是动态比较器的分辨率比较低，噪声仿真的准确性不是那么重要，不带校正的情况下，tran noise足够用了。

2013102063

quantus 发表于 2020-9-20 16:03
这种比较器电路小，tran noise跑起来不慢。
cadence官方关于动态比较器噪声的仿真的总结是：tran noise和 ...

noiseseed设置没看懂呢？我现在就是按照这种方法仿真的，只设置了noisefmax，整体来说，噪声还是偏大。

老尤皮

quantus 发表于 2020-9-20 16:03
这种比较器电路小，tran noise跑起来不慢。
cadence官方关于动态比较器噪声的仿真的总结是：tran noise和 ...

就算是电路小，transient noise跑起来也比pnoise慢
也不能认为比较器电路简单，transient noise就跑起来不慢。后仿真的时候电路规模还是很大的，这个时候pnoise可能等1分钟就能出结果，transient noise半天也出不来
我并没有抵制transient noise的意思，两种仿真方法都能给出正确的结果，但是为了提高设计效率，单独仿真比较器时，还是用pnoise更好
整个ADC仿真那是另外一回事，ADC总体的仿真和比较器单独的仿真并不冲突，两个仿真也没有必要一定要用相同的仿真方法。我主要想表达的就是要提高设计效率，哪种方法效率高，就用哪种
你从设置仿真的角度考虑，来证明transient noise比pnoise优越，我觉得理由不成立。首先设置一个仿真并不是什么难事，我上面提到的那个视频里1：12：00的地方就专门介绍了要怎么设置仿真，只要按照视频里讲解的方法设置，就没什么问题。其次真要说这两种仿真方法设置上的难度区别，那也是transient noise难度比pnoise高。对于新手来说，摸索明白噪声带宽是多少，要比玩明白开关电容的难度高多了。新手如果不懂得怎样粗略地估计比较器的噪声带宽，就只能盲目地试不同的值，一直试到噪声不再随着带宽的增加而明显增加为止，这花费的时间也不少。
动态比较器的分辨率低也是一种错误看法，我不知道你这里说的分辨率具体指的是噪声还是比较器的速度，从噪声来说，动态比较器的噪声也是能够做到几百uV的程度的（A 12-bit 104 MS/s SAR ADC in 28 nm CMOS for Digitally-Assisted Wireless Transmitters），从速度来说，纯SAR的ADC也能工作到几百兆的速度（A 10 bit 320 MS/s Low-Cost SAR ADC for IEEE 802.11ac Applications in 20 nm CMOS）。噪声仿真的准确性也不是无关紧要，比如在上面第一个例子里比较器噪声占到了总体噪声的33%。（不要说这两篇文章是学术界拿来骗人的东西，我专门找的两篇文章都是联发科的）
无论如何，对于设计比较器的人来说，上面那个视频还是值得一看的，尤其是视频当中提到的仿真比较器offset和迟滞的仿真方法，非常实用

quantus

老尤皮 发表于 2020-9-20 19:05
就算是电路小，transient noise跑起来也比pnoise慢
也不能认为比较器电路简单，transient noise就跑起来 ...

很有意思的探讨。

首先我也没有说pnoise不行的，只说新手如果愿意很快的看到自己设计的比较器的噪声，我个人建议用tran noise，毕竟搞明白那些参数不是短时间的事情，天才除外。当然Cadence自己也说了两者皆可。其实两者仿真时间的差主要在于tran noise设置的仿真时间要比较长才比较准确。单独仿这么一个比较器加上每个管子的噪声源以后，电路的矩阵其实大不了多少。 另外精度来上看，在设计的开始阶段仿出来的噪声差那么百分十左右，我想并不是太要紧，因为设计裕量肯定比仿真误差要大。至于后仿，总归是不能用pnoise来跑整个adc，所以学会tran noise的设置也是没有坏处的。


关于动态比较器分辨率低这个说法我是单纯的指动态比较器本身，通常latch本身可以提供8比特的分辨率。楼主和刘纯成用的都是Elzakker的结构。这个结构的第一级是放大系数为5的预防大，两个结合起来用刚好就是10-bit的分辨率。至于你提到的MTK的JSSC里的做到12-bit的结构还用到了一些其他技巧来抑制offset和回踢噪声。如果你仔细看会发现作者主要在讨论如何降低回踢和失调，而不是降低比较器本身的噪声。其中在第三部分讲的是用预放大器来抑制回踢。第四段讲的是前台校正的时候用平均来消除比较器白噪声。第四段最后讲了怎降低offset。做了这些工作以后才有图20里比较器噪声占33%的结论。所以我认为我说的动态比较器本身的分辨率不高的说法没有问题。至于16bit以上的adc基本都是和比较器噪声做斗争了，这时候可以用平均来降低比较器噪声，典型的例子就是linear的LTC2380-24.

水平有限，欢迎批评指正。

2013102063

老尤皮 发表于 2020-9-20 19:05
就算是电路小，transient noise跑起来也比pnoise慢
也不能认为比较器电路简单，transient noise就跑起来 ...

大佬分析的确实好，那两篇我看了CCL的，确实做的不错，比较器这两天我用TRAN  NOISE 只设置了FMAX=100G，验证与理论差距不大。