比较器仿真PSS+PNOISE测噪声

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一、参考
二、PSS+Pnoise测输入噪声电压
三、具体步骤：
- 1.设置PSS：
- 2.设置pnoise：
- 3.根据仿真结果计算输出噪声电压
4.计算比较器的gain和输入噪声电压
- 4.1 计算gain的方式一和对应的输入噪声电压
- 4.2 计算gain的方式二和对应的输入噪声电压

一、参考

1.噪声仿真 https://zhuanlan.zhihu.com/p/279111199
2.噪声仿真 https://zhuanlan.zhihu.com/p/302611133
3.PSS+PNOISE的文章：Noise-aware simulation-based sizing and optimization of clockedcomparators

二、PSS+Pnoise测输入噪声电压

这种仿真相比于transnoise的好处是可以看到管子对噪声的贡献程度。
大致的思路是这样的：
加一个实际工作的时钟频率；
在输入端加一个DC的差；
采用PSS,PAC, Pnoise的仿真；Pnoise计算出integrated output noise（用V^2/Hz作积分然后sqrt做开方）；PAC计算出comparator的gain；
第四步得到的noise除以第五步得到的gain，就是input referred noise。

仿真电路：设置vdiff=100uV，vidff的值要保证输出有结果而不会出现亚稳态，不带SRlatch，时钟频率为fCK=500Mhz

三、具体步骤：

1.设置PSS：

选择基频为CK时钟源，在“output harmonics”中，填入谐波个数。所谓谐波，是相对于基频而言的。谐波个数越多，仿真结果越精确，速度越慢。一般取10~15就足够了。

2.设置pnoise：

截止频率为那奎斯特频率，即时钟频率的一半，可以扫更多，不过后续积分噪声的区间也是1~fCK/2；Sidebends设置为 Method=fullspectrum。根据cadence manual，这个方法对于计算高阶harmonics folding back的noise精度要更好一些；Noise type设置为sampled(jitter)。这种方法会计算pss过程中某一时刻的采样噪声。这个时刻由下面设置的event type决定；Event type=edge crossing, Trigger=voltage, Output Nodes=/outp and /outn(这两个是comparator的输出node，注意这个必须是cross-coupled transistor的输出，要分清在vdiff作用下哪端会变正和变负，不要搞反了)，Edge number=1， Threshold value=0.05（当output nodes电压差为50mV时对输出节点进行采样计算noise），Mesurement=voltage ，output nodes和上面一样都是/outp和/outn；最后Event设置完成后记得点一下Add，否则不会生效。

3.根据仿真结果计算输出噪声电压

先画出输出噪声电压谱密度

低频以1/f噪声为主，噪声高，高频以热噪为主，与频率不相关。

为了计算输出噪声电压，需要将其先平方后在1~fCK/2积分得到输出噪声功率再开方。

得到输出噪声电压为201.2mV。

4.计算比较器的gain和输入噪声电压

4.1 计算gain的方式一和对应的输入噪声电压

现在我们需要将这个在comparator输出采样得到的噪声除以一个gain得到input-referred noies。“Keeping Things Quiet: A New Methodology for Dynamic Comparator Noise Analysis”文中提出的计算gain的方法为直接用50mV除以100uV得到的Gain=500。前者为进行Pnoise中设置的comparator的输出电压之差，后者为我们之前在comparator输入端所加的offset。

下面我们解释一下这种计算方法的内在逻辑。以下图电路为例，当Comparator clk从低变为高时，Comparator开始比较。当开始regeneration时正反馈开始启动，VX和VY开始分离，在X和Y点电压差为50mV时，我们可以认为regeneration还未产生很强的非线性，所以我们这时可以用大信号gain来近似小信号gain。最后谈一下为什么要把comparator input设置为100uV。第一，input不能设的太大。如果input设置太大，当comparator刚开始regeneration时就会通过input pair M1/M2产生很大的非线性。第二，input不能设置的太小，比如10uV。因为当我们计算gain时实际上要考虑comparator的input offset的。当然如果仅仅进行schematic仿真我们可以这么做，但是经过rc-extraction后comparator可能会有几个uV的offset。这样如果我们设置input为10uV，考虑offset实际上的input应该是15uV（假定rc-extraction产生5uV的input offset），而实际的gain就不是5000，而是50mV/15uV=3333（问题在于除非我们进行仿真，我们并不知道具体的input offset是多少）。