全动态比较器如何仿真其噪声特性

2013102063

quantus 发表于 2020-9-20 22:56
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 ...

这个比较器好像确实比较适合低压高速设计，目前我看到的文献 好多都是这种结构。设计分析主要还是集中到第一级。

老尤皮

quantus 发表于 2020-9-20 22:56
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 ...

新手如果愿意很快的看到自己设计的比较器的噪声，那也应该用pnoise
不是天才也能短时间内搞明白那些参数，我上面说了，视频1：12：00手把手教你怎么设置，非常简单
我上面还说了，ADC总体的仿真和比较器单独的仿真并不冲突，比较器单独作为一个模块也要后仿，单独仿真比较器时，无论是前仿还是后仿，用pnoise都是更好的
我还是不明白你说的“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”是什么意思，具体指什么指标，噪声、回踢还是失调？你说“两个结合起来用刚好就是10-bit的分辨率”这个还有一点道理，不过后面“做了这些工作以后才有图20里比较器噪声占33%的结论”逻辑上不是很正确。比较器的热噪声，与回踢还有失调基本上是无关的，比较器的offset再大，也不会影响比较器热噪声的占比，这只会引起整个ADC的offset。12位的例子也不是只有这一个，还有其他的，比如（A Time-Interleaved 12-b 270-MS/s SAR ADC With Virtual-Timing-Reference Timing-Skew Calibration Scheme）（A 10b/12b 40 kS/s SAR ADC With Data-Driven Noise Reduction Achieving up to 10.1b ENOB at 2.2 fJ/Conversion-Step）等。所以我认为你说的“动态比较器本身的分辨率不高的说法”有问题，至少在12位的程度你的说法是不成立的。

quantus

老尤皮 发表于 2020-9-21 11:00
新手如果愿意很快的看到自己设计的比较器的噪声，那也应该用pnoise
不是天才也能短时间内搞 ...

“我还是不明白你说的“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”是什么意思，具体指什么指标，噪声、回踢还是失调？”
--我其实想强调的是失调，回踢和噪声把比较器的分辨率限制在10左右，如果要继续提高分辨率，单纯一个double tail比较器做不到。你给的MTK的那篇JSSC刚好可以佐证我的观点。



“不过后面“做了这些工作以后才有图20里比较器噪声占33%的结论”逻辑上不是很正确。比较器的热噪声，与回踢还有失调基本上是无关的，比较器的offset再大，也不会影响比较器热噪声的占比，这只会引起整个ADC的offset。”
--这篇JSSC单独把噪声提出来讲是基于他们已经搞定offset和kickback的前提下才有意义的。设计的时候也是失调消除和回踢中和优先的，最后才考虑噪声。之所以这些文章这么强调噪声无非是从低压低功耗的角度来找的创新点。


“新手如果愿意很快的看到自己设计的比较器的噪声，那也应该用pnoise， 不是天才也能短时间内搞明白那些参数，我上面说了，视频1：12：00手把手教你怎么设置，非常简单”

--我可能资质一般，以前我做Sigma Delta时学pnoise仿真花了好多时间去看文档和论文，搞明白原理和每个参数的设置。我个人总觉得如果不明白原理就去跑仿真比较不保险。比如，pnoise对周期性电路里的噪声很准，但是这是有前提的。当电路对噪声大信号响应敏感时，pnoise就不那么准了。


还有，跑offset和kickback也都是要用tran仿真的，直接用tran noise来跑可以无缝切换，如果熟悉脚本，知道怎么处理数据，两个可以包在一起跑，省时省力何乐而不为？pnoise也是好工具。pnoise快主要还是对电路的周期工作点做了线性化，然后从频域来处理噪声。


最后楼主在10楼也说了用tran noise做出来的误差不大。所以我建议是不要因为有pnoise，而tran noise稍慢就放弃tran noise。

老尤皮

quantus 发表于 2020-9-21 17:54
“我还是不明白你说的“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”是什么意思 ...

上面我又举了另外两篇文章的例子，都是动态比较器做到12位。

我认为你说的“动态比较器本身的分辨率不高的说法”有问题，至少在12位的程度你的说法是不成立的。

我觉得我也资质一般，在研究transient noise的噪声带宽要取多少的时候也花了好多时间去看文档和论文

我其实是个新手，skill编程还一窍不通，脚本更是完全不会用。不过，我在跑offset时使用的testbench和跑transient noise时使用的testbench，两者的输入信号是不一样的，这也能在脚本里更改吗？

我也觉得两种仿真方法都会最好，毕竟能交叉验证。但是具体要使用哪个还是要看设计效率，毕竟时间就是金钱

quantus

老尤皮 发表于 2020-9-21 19:25
上面我又举了另外两篇文章的例子，都是动态比较器做到12位。我认为你说的“动态比较器本身的分辨率不高的 ...

你提的另外两篇文章，第一篇棒子的JSSC，实际分辨率9.6，具体比较器的分辨率不得而知。 除了用double tail比较器之外还用来voltage offset calibration和majority voting。IMEC Harpe那篇double tail的噪声是1LSB，另外还做了majority voting。 我想问的是如果没有高级技巧，只用1楼的double tail你你觉得能做到10么？
你如果觉得我说的还不对可以举更多的例子来反驳我。

cccg

学习学习

老尤皮

quantus 发表于 2020-9-21 20:55
你提的另外两篇文章，第一篇棒子的JSSC，实际分辨率9.6，具体比较器的分辨率不得而知。 除了用double tai ...

没有例子了，我自己看过的论文里，大部分12位的ADC都是pipeline sar架构的，用动态比较器的纯SAR做到12位的只有上面三篇
你说的“做到10”是指什么，是12位的ADC的ENOB做到10吗？那这样的例子还很难找，我自己感觉，学术界为了FOM值好看，12位的ENOB往往做不到10。但是你要是不管FOM值，那做还是能做出来的
另外说一下，10楼说他用transient noise仿真出来结果基本吻合，但是噪声带宽开到了100G，这正好说明了我上面提到的问题，那就是新手很难对噪声带宽做出合理的估计。其实很有可能噪声带宽只开到20G或者50G就已经可以了，但是楼主还是开到了100G，这会浪费很长的仿真时间。

quantus

老尤皮 发表于 2020-9-22 09:33
没有例子了，我自己看过的论文里，大部分12位的ADC都是pipeline sar架构的，用动态比较器的纯SAR做到12位 ...

单独的动态比较器，不带offset trimming和回踢抑制，如果分辨率做到12ENOB，我想肯定是重大突破了。

你对tran noise的原理可能有点误解，tran noise仍然是在时域里跑的。tran noise和pnoise的区别类似电磁仿真里的CST和HFSS， 前者在时域里通过使用几种积分方法求系统的差分方程，后者是对电路进行线性化用工作点上小信号模型来求传输函数。fmax只是加入到模型里的小信号噪声源的频率上限。从时域产生信号的角度讲频率上限是1G和100G的信号产生并没有什么不同，无非就是个查表。所以，你说的fmax取100G会拖慢仿真时间是有问题的。

瞬态仿真的仿真时间是由仿真的时长，积分方法，数值容差等综合决定的。如我前面所讲的，如果牺牲掉一些精度，对单个比较器而言，tran noise的仿真速度不慢。pnoise的优点并非在仿真速度上，而是在于可以精确地确定每个器件对噪声的贡献。

当然，我所见有限，理解也可能有偏颇，如果有不对的地方可以指出来。

老尤皮

quantus 发表于 2020-9-22 14:57
单独的动态比较器，不带offset trimming和回踢抑制，如果分辨率做到12ENOB，我想肯定是重大突破了。

你 ...

受教了，我确实对tran noise的原理可能有点误解，不过我跑transient noise的时候速度真的挺慢的。噪声带宽提高了以后，不会影响仿真过程中时间的步长吗？

2013102063

老尤皮 发表于 2020-9-22 19:25
受教了，我确实对tran noise的原理可能有点误解，不过我跑transient noise的时候速度真的挺慢的。噪声带 ...

这两天查到一个理论，1/Fmax设置为比较器时钟上升沿时间，感觉高频看的就是白噪声了。