用PSS+PNOISE仿真出来的PFD+CP的噪声是单边带噪声还是双边带噪声？

onlyhj

用PSS+PNOISE仿真出来的PFD+CP的噪声是单边带噪声还是双边带噪声？在把这个仿真的噪声放入环路计算输出噪声时是否需要减3dB？

david_reg

onlyhj 发表于 2024-4-13 11:00
但是我拿一个电阻做了实验，单跑一个电阻的噪声，PSS+PNOISE跑出来的噪声不管是用USB还是LSB还是AM的SSB ...

我之前对这个问题也有些模糊, 于是我也用简单的电路做了些对比仿真, 目前我的理解和结论是:

1. 先要区别一下噪声的"one-sided"/"two-sided"与SSB/DSB PSD的定义:
"one-sided" PSD: 只包含正频率的PSD;与之相对的是"two-sided" PSD, 即同时包含负频率与正频率的PSD;  "two-sided" PSD = "one-sided" PSD 除以2;
SSB (single-sideband) PSD: 噪声频谱被调制到载波附近, 只考虑载波频率之上(USB)或之下(LSB)的噪声PSD; 与之相对的是DSB (double-sideband) PSD, 包含载波频率之上和之下的噪声PSD;
Spectre的noise与pnoise分析结果, 不管是SSB(USB,LSB, AM SSB, PM SSB)或DSB(AM DSB, PM DSB)都是"one-sided" PSD;  pnoise输出的DSB噪声PSD(单位V**2/Hz)只是SSB PSD简单乘以2的结果;

2. 只有在载波附近的DSB噪声有一定物理意义(比如估算OSC jitter时需要用DSB PSD); 在DC附近的DSB值没有实际意义, 比如一个电阻的pnoise输出AM SSB PSD是4kTR, 如果用Direct plot看它的AM DSB值, 就会是8kTR, 我觉得这个值没有任何实际的物理意义;

3. 在PLL相位模型仿真中, 我觉得用pnoise仿真CP输出的噪声PSD也需要考虑接近DC的频率段, 故只需要看它的SSB值 (即默认的USB结果)即可, DSB值对它没有意义. 这个输出是"one-sided" PSD, 在输入到VCO的相位模型时需要把它变成"two-sided" PSD , 即需要再除以2. 这是因为在实际的PLL中, CP的"one-sided"噪声PSD会被调制到载波的USB和LSB, 各自包含其调制前一半的PSD; 而在相位模型中, VCO被简化为积分器, 没有了调制功能, 故需要把CP的SSB噪声PSD(单位V**2/Hz)再除以2, 这样就能在VCO简化模型的输出得到实际VCO中的SSB相位噪声.
下面是参考书中和这个问题有关的两个截图
B. Razavi, Design of analog CMOS integrated circuits

                               
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B. Razavi, Design of CMOS Phase-Locked Loops: From Circuit Level to Architecture Level

                               
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onlyhj

顶顶顶！！！

kinsome

请问PFD+CP的PN怎么仿，能给我个testbench的schematic吗

david_reg

如果pnoise仿真时noisetype=timeaverage, 那么在Direct Plot Form中输出的USB和LSB noise都是SSB，AM和PM noise可以选择SSB或DSB；对于SSB噪声一个不用再减3dB了。

                               
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onlyhj

david_reg 发表于 2024-4-11 19:39
如果pnoise仿真时noisetype=timeaverage, 那么在Direct Plot Form中输出的USB和LSB noise都是SSB，AM和PM n ...

但是我拿一个电阻做了实验，单跑一个电阻的噪声，PSS+PNOISE跑出来的噪声不管是用USB还是LSB还是AM的SSB，看到的都是4ktr，但是4ktr不是双边带的噪声吗？

凌雲

onlyhj 发表于 2024-4-13 11:00
但是我拿一个电阻做了实验，单跑一个电阻的噪声，PSS+PNOISE跑出来的噪声不管是用USB还是LSB还是AM的SSB ...

我仿真也得到了这样的结果，那是不是意味着仿真出来的PFD+CP的噪声，在算整个锁相环的噪声的时候，还应该再减3db？因为实际上电阻应该带入2kTR来计算

凌雲

凌雲 发表于 2024-5-30 11:45
我仿真也得到了这样的结果，那是不是意味着仿真出来的PFD+CP的噪声，在算整个锁相环的噪声的时候，还应该 ...

哦我得到的结果是单边带4kTR,双边带8kTR

迷路大脸猫

2楼说的太对了，令人茅塞顿开。
首先要分清楚cadence里单边带SSB(Single side band)和DSB，和拉扎维书上单边谱(one side spectrum)和双边谱(two-side spectrum)的区别。
旧版本cadence里是没有DSB的，现在的DSB也只是SSB单纯乘了2。

对于VCO的pnoise来说，pnoise设置里选择了第一谐波作为相对频率，此时仿真出来的DSB就是双边谱。
对于PFDCP的pnoise来说，我们需要电流噪声，pnoise的sweeptype里，得选absolute或者选relative后把relative harmonic设为0，意味着相对频率为DC。跑出来的USB或者AM(SSB)是电流噪声，是单边谱。(用电阻去试会得到4kRT，而不要选择AM(DSB)，否则会得到8kRT。)
在导入到环路分析的时候需要把PFDCP的结果/2，变成双边谱。

上面这张拉扎维书的截图已经很清楚的告诉你了，本来电阻4kTR，要/2变成2kTR再代入传输函数算相位噪声。

网上很多pnoise仿真教程要么没提及，要么错了，虽然最终结果也就差3dB。

xuwenwei

迷路大脸猫 发表于 2024-7-19 17:08
2楼说的太对了，令人茅塞顿开。
首先要分清楚cadence里单边带SSB(Single side band)和DSB，和拉扎维书上单 ...

楼上也说了，如果你看VCO出来的结果是SSB的话，那么你的PFD_CP是不用在除以2带进去的