pss+pnoise仿真是很多电路要用到的仿真,今天我们详细介绍一下这个仿真。
连续时间电路的noise仿真用noise,因为这些电路有一个固定的dc工作点;周期性电路用pss+ pnoise,例如开关电容电路、振荡器、pll等,这些电路的dc点不固定,随着周期的变化dc点在变,pss的功能就是进行周期稳态分析。
接下来详细介绍一下pss+pnoise仿真。
pss的英文全称是periodical steady-state,周期稳态分析。
在virtuoso ade l中打开pss仿真,界面如下所示:
1.首先我们要选择engine是shooting还是harmonic balance,这里选择的依据如下:
强烈非线性的电路选择shooting,比如分频器、resonatorless的振荡器、开关电容电路等;较弱非线性的电路选择harmonic balance,比如射频前端的lna、mixer、lc osc和xtal osc等。2.beat frequency设置,这里仿真器可以自动计算也可以人为设置频率。这个设置决定了shooting阶段的仿真时间,它对应了仿真testbench中所有周期的最小公倍数。如果testbench中激励信号的频率没有整数倍关系或者差距特别大,比如一个是1g,另一个是1.1g,那么它俩的beat frequency是100m,那么1g信号pss shooting需要跑10个周期,1.1g需要跑11个周期。一般情况下,需要避免这种设置,因为会很费时间。如果是这种情况,建议使用hb analysis。如果是oscillator仿真,beat frequency应当设置成一个估计的频率,该频率设置范围可以在实际震荡频率的0.5-1.5倍之间,可以先跑一个tran仿真估算一下频率是多少。
3.number of harmonic设置,即谐波个数设置,该数值不会影响pss shooting的精度,在pnoise等小信号计算时也会有影响。如果怀疑仿真结果,可以适当增加谐波数,随着谐波数的增加,仿真结果趋向于恒定值。number of harmonics不要过大,否则会影响仿真速度,使得仿真很慢。大多数电路设置为15已足够。
4.accuracy defaults即仿真精度设置,个人偏好是设置为最高conservative,高精度意味着真实,最贴近实际,但是不同电路需要注意积分算法的设置,比如osc仿真最好用traponly算法,但是conservative默认为gear2only算法,这个需要注意一下,有必要的时候人为改过来。
5.transient-aided options,即跑pss仿真的之前tran仿真的设置,有3个选项:
run transient=yes,跑pss之前先进行一个tran仿真,对应的stop time设置成电路稳定时需要的时间,如果不设置默认 stop time=0,一般需要先跑个tran看电路大概在多长时间可以settle下来;run transient=no, pss之前不跑tran;run transiet=decide automaticaly,仿真器会自动设定一个稳定时间,默认是50个周期。我自己的话就习惯用yes,跑pss之前先跑个tran,这样也可以查看tran波形,有利于debug。
6.如果进行参数扫描,可以在dynamic parameter中进行设置,如果仿真osc,那么要在oscillator中将振荡器的输出和地电平名字填上,如下图:
到此为止,pss设置已完成。
接下来设置pnoise仿真,界面如下,其中pss beat frequency是pss设置中的频率,系统自动识别。
1.output frequency sweep range是在beat frequency的偏移频率,一般设置为从1或者0.1开始到一半的beat frequency。其中,sweep type一般设置为relative,算法采用对数logarithmic。最大边带一般就用默认值就可以了。
2.output如果是电压输出就选电压,如果是电流输出就选probe。
3.noise type有2个选项(ic617以后的版本是这样,617以前的版本是3个选项),分别是timeaverage和jitter。
timeaverage:指的是一个周期内噪声的平均值。
其中,am表示幅度噪声,pm表示相位噪声。在contribution type可以选择你自己关心的种类,或者所有都选上all,方便查看。
其中,选中noise separation有助于在结果中查看噪声贡献,对电路进行噪声优化。
sampled(jitter):此模式下有3个time event子分类,分别是edge crossing、edge delay和sampled phase,下面分别介绍一下。
edge crossing:边沿过零分析。其中trigger设置为触发时钟的信息,比如clk,edge direction可以在上升沿rise或者下降fall沿触发,看电路的设计。(1)trigger:
新版本允许trigger和measurement信号不同,比如可以将trigger信号设置一个理想的信号,measurement信号设置成电路当中的需要测试的信号。
图中的测量发生在trigger信号第一个rise edge cross 阈值0.5v、再延时9.5ns的时刻。
(2)sleep time
trigger信号cross阈值后的延迟时间,假如trigger的时刻是1ns, sleeptime是9.5ns,那么jitter measurement是在10.5ns时进行。
仿真完以后查看结果,在ade l中的direct plot-->main form选择pss或pnoise,如下图,我们可以选择查看jitter的类型,对于振荡器来说,一般查看jc比较多。选择好以后点击plot即可。
edge delay:边沿延迟分析:edge delay的用法与edge crossing设置类似,通过它可以测量两个信号的delay。如果trigger和measure信号相同且edge number一样,但rise direction不同,可以得到duty cycle jitter。这里主要是看designer主要关注什么指标,如果是关注dutycycle,那么选择edge delay比较合适。
sampled phase:采样的相位分析。sampled phase是可以用来测量固定时刻点的jitter,samples per period是用来指定每周期测量多少个时刻点,initial sample phase是用来指定第一个sample的时刻。add specific points用来指定特别关注的时刻点。大家可以看到,noise type后面有个sample ratio选项,什么意思呢?
该选项主要用在有倍频器的电路中,以下图为例:
用pss对该电路进行分析时,beat frequency需要设置成fin/8.如果是测量div8输出端的jitter,sample ratio设置成1,如上图所示。
到这里为止,pss+pnoise的设置就介绍完了,设置好就可以进行仿真了。针对不同的电路,不同的需求,设置可能会有所不同,但是原理都是大差不差的。
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