【模拟IC学习笔记】 PSS和Pnoise仿真

目录

PSS

Engine

Beat frequency

Number of harmonics

Accuracy Defaults

Run tranisent?的3种设置

Pnoise

type noise

Timeaverage

sampled(jitter)

Edge Crossing

Edge Delay

Sampled Phase

sample Ratio

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离散时间网络(开关电容电路)的噪声仿真方法

PSS

PSS，周期稳态分析，当电路的激励信号是周期大信号时，一般需要用PSS来计算电路对周期大信号的响应。

在一个时钟里面，工作点重复出现，周期再重复，工作状态也在重复，所以可以找到这样的稳态的周期。

Engine

SpectureRF提供两种计算周期稳态响应的仿真机制

PSS shooting Newton，shooting是一种时域仿真方法。适用于严重非线性的电路、OSC、开关电容、分频器。

Harmonic Balance(HB)是一种频域仿真方法。适用于轻微非线性电路、RF Transceivers、LNA、 Mixer。

保持默认的Shooting即可,不建议使用pss里面的Harmonic Balance如需使用Harmonic Balance仿真,直接选用Analysis区域的hb。

Beat frequency

• 决定了pss shooting阶段的仿真时间，它对应了Test-Bench中所有周期信号的最小公倍数。例如在开关电容电路中，输入信号的周期是10us，采样时钟信号是1MHZ，找最小公倍数就是10u，取倒数得到频率，所以Beat frequency就是100KHZ。
• 如果TestBench中激励信号的频率没有整数倍关系或者差距过大，比如一个是1G,另一个是1.1G,那么它俩的Beat Frequency定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。
• 多模式分频器的仿真时候也需要注意这一点,因为会有可能模式切换没控制好,电路实际上是在不同的除频/倍频模式下切换。
• 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。

Number of harmonics

• 谐波数量,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。基波是由很多谐波组成的，谐波数量越多，拟合出来的基波越准确。
• 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不易过大,否则会影响仿真速度。

Accuracy Defaults

建议在conservative和moderate之间选择,即高精度和中等精度如果moderate和conservative差别不大,建议使用moderate以获得更好的仿真速度。

Run tranisent?的3种设置

Run Transient=Yes，对应的Stop Time设置成电路稳定时需要的时间，即跑多长时间的Tran，如果不设置默认Stop Time=0;

• Run Transient=no,PSS之前不跑Tran
• Run Transiet=Decide automatically，仿真器会自动设定一个tstab时间,默认是50个周期。

几点解释:

• 大多数电路是需要一个瞬态仿真来确定shooting的initial state.可以通过tran analysis来找到这个时间或者直接用decide automatically。
• 当tstab stop time=0时,仿真器还是会跑一小段时间的transient,该时间一般等于信号源上最长delaytime+1个周期或者4个周期时间,

1. 驱动电路:1个周期，
2. 自激电路(VcO etc.):4个周期

• tstab同样支持dynamic parameter

Pnoise

type noise

不同版本之间的差异：

老版本noise type这里是上表所述的三个选项，新版本是两个选项。

Timeaverage

指的是一个周期内噪声的平均值。

一个包含噪声的信号可以表示成理想的cos波+噪声:

其中am(t)表示AM(幅度)噪声, pm(t)表示PM(相位)噪声;
V0(t)是无噪声信号(例如理想的cos波),v(t)是包含AM和PM的电压噪声;

v(t)可以表示成如下:v(t) = usb(t)+ lsb(t)
USB: Upper Sideband
LSB: Lower Sideband
可以预期USB噪声包含AM噪声和PM噪声,同样LSB噪声也是如此。它们的图示如下：

所以想看USB的时候就选USB，只想看幅度噪声的时候选AM，只想看相位噪声的时候选PM，都想看的时候选ALL。

看哪个器件对噪声贡献大的时候可以勾选noise separation

实例：

勾选noise separation

跑完仿真，打印noise summary

可以看到每个器件的噪声。

sampled(jitter)

旧版本的jitter 和timedomain对应了新版本的sampled

Sampled Jitter引入了三个Timing Event模式:

• Edge Crossing(老版本也有)
• Edge Delay:是一个新的feature
• Sampled Phase:是以前的time domain,使用方法上有一些改进

Edge Crossing

设置详解

• Trigger:

1. 当trigger 。
2. 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。
3. 下图中的测量发生在trigger信号第一个rise edge cross阈值0.5V、再延时9.5ns的时刻。

• 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，么jitter measurement早在10.5ns进行

下图为在信号第一个上升沿到达0.5V之后再延迟9.5ns取该点的噪声。如果信号高电平是10ns，不能在10ns处取点，应该提前一点点，因此这里选择的是10ns。

设置好之后一定要点一下该界面的add。

查看波形:Direct Plot -> Main Form，选择PSS或者Pnoise

输出结果类型:Trigger的时间"Measurement Selection”也会在该窗口显示出来。

Function:

• jee是edge-to-edge jitter，phase jitter即绝对jitter
• jc是cycle jitter，周期jitter
• jcc是Cycle to Cycle jitter，周期间jitter

如果查看的是积分噪声，在下面可以给出积分的频率范围。

Edge Delay

Edge Delay的用法与Edge Crossing设置类似,通过它可以测量两个信号的Jdelay(delay jitter)。
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。

Sampled Phase

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的时刻点
• Add Specific Points用来指定特别关注的时刻点

sample Ratio

• 在Noise Type右边还有一个Sampled Ratio,该选项主要用在有divider/doubler的电路中
• 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
• 分频器或倍频器中使用，比如下图的分频器，第一个框周期是T/8，第二个框周期是T/4，第三个框输出周期是T，由于beat frequency设置的是1/T，但是观测点并不一定是下图第三个框的输出，如果选择第二个框的输出作为观测点的话，那么就要设置sample Ratio=4.