SAR教程系列7——在cadence中用Spectrum工具FFT仿真ADC的ENOB、SNR等动态性能指标

首先在仿真之前，你得有一个ADC。然后是思考如何仿真的问题，如何加激励，如何使用相关工具查看仿真结果。假定你有一个可以仿真的ADC，大致经过下列步骤可以得到ADC的相关动态性能指标。

第一步：在ADC后面接一个理想的DAC。

第二步：确定如何加激励（满足相干采样情况下，设定输入信号频率）。此步为重点

第三步：使用相关工具进行频谱分析，查看结果。

第四步：把参数送到ADE L中的OUTPUT中查看

第一步：修改理想DAC的VerilogA代码

至于要在ADC后面加一个理想DAC，对于没有仿真ADC经验的可能不知道。可以参考何乐年老师的《逐次逼近模/数转换器(SAR ADC)设计与仿真》。

那么理想DAC自己写VerilogA吗？有些资料（如陈铖颖的《CMOS模拟集成电路设计与仿真实例——基于Cadence ADE》）的附录中会把代码贴出来，何老师这本书也贴出来了，还贴在正文部分，并且代码中不仅注释有误，其它地方也有错误。我觉得这一点都不友好！对于一个没有交流途径的人来说还以为要自己敲代码呢!!

其实Cadence就自带的理想DAC的代码。

位于以下Library中

至于要修改到自己需要的位数，也很简单，相信有一定基础的都可以自己改过来。

下图是源代码

示例中是 module dac_8bit_ideal，何乐年书中居然这个都没有改过来，当然这都无伤大雅。

有个感慨就是这个示例程序居然是1997年，20多年过去，由此也可见中国与世界的差距！！！

第二步：确定相关输入频率及仿真

这一步是比较重要的一步，也是最容易出错的一步。

重点参考文章：ADC FFT仿真基础_Klein N的博客-CSDN博客_adc fft

我这里就不复制了，以一具体实例，按步骤说明如何操作。

首先要知道以下几个核心要点：

频谱分析工具DFT，在样本点为时有个高效的方法叫FFT
采样若满足相干采样，则不需要加窗函数就可以分析
满足相干采样时，采样频率、信号频率、采样周期数M、采样点数N要满足以下关系：
上面这个关系是进行一切设置的基础。通常取M为质数且奇数，如3、5、13等，N取
下面就重点说明根据上面的公式进行相关的计算：

一、确定采样率

设ADCCLK的周期为40ns，即频率为25MHz，设置采样周期为8CLK，转换周期是12CLK，因此采样时间间隔为20CLK，从而采样率为1/(20*40n)=1.25MSPS（1.25MHz）

(若采样周期为4CLK，采样率为25M/16=1.5625MSPS)

也就是ADCCLK的频率除以采样周期+转换周期。

二、确定采样点N和周期数M

采样点取2^n，这样可以进行FFT分析。此处取M=3,N=128

三、确定AC分析的输入频率fin=fs*M/N

根据采样定理，输入频率要小于1.25M/2=0.625MHz=625KHz。

若M=3，取N=128，则fin=1.25M*3/128=29.296875KHz

四、确定仿真时间

如果采样M个周期，每个周期时间1/fin，则：

T=M/fin=N/fs=128/1.25M=102.4us。仿真时，稍微多点时间，保证后面分析时，取数据取在非跳变处。比如仿真110us。

由这个公式也可以看出，在采样率确定的情况下，N越大需要的仿真时间越长，而与输入信号频率无关。

至此，已经考虑到有如何加激励，设置多长的仿真时间的问题。

接下来就是在电路图做好设置，就可以仿真啦。

如果仿真时间比较长，比如取4096个点，那仿真时间可能无法接受。可以考虑使用多核

在ADE窗口中：Setup>Environment，弹出如下窗口，加上：

+mt=20 +aps

仿真完成后，波形大概如下：

从图中可以看出，正弦信号经过ADC转换，再经过理想DAC的转换，基本靠谱。

第三步：设置参数并查看结果

得到瞬态仿真波形后，接下来就是对信号进行频谱分析。

分析方法可以采用：

1.Cadence Spectrum工具
2.MATLAB计算
Spectrum工具的调用，可以参考：cadence-virtuoso中的FFT分析 - 知乎

这里要重点说明的是开始时间、结束时间、采样点数。

比如此文中，采样点是128个，采样周期是3个，采样时间是102.4us

因此在设置时，首先选择一个稳定的点，比如本文选的1.6us，那么结束时间就为102.4+1.6=104us

再在下面的采样点中输入128，那么灰色的采样率将会与你预设的一致！！！

如下图所示。

第四步：把参数送到ADEL中的OUTPUT中查看