比較器等效輸入噪聲仿真方法

比較器等效輸入噪聲仿真方法

1. 等效輸入噪聲是評(píng)價(jià)一個(gè)比較器的關(guān)鍵指標(biāo)。鑒于此，本文以預(yù)防大+Latch型結(jié)構(gòu)為例，對(duì)噪聲的仿真方法進(jìn)行詳細(xì)闡述。
2. 本文介紹三種比較器噪聲仿真方法：Transient法[1]、PSS+Pnoise法1[1]和PSS+Pnoise法2[2]。

①Transient法：設(shè)定比較器工作頻率fs;在輸入端加一個(gè)DC偏差(一端為0.5VDD，另一端為0.5VDD+X);設(shè)定transient仿真時(shí)長(zhǎng)能夠包含1000個(gè)比較器周期;掃描不同X偏差下，正確比較次數(shù)占總數(shù)84%時(shí)，對(duì)應(yīng)的X即為等效輸入噪聲。

經(jīng)仿真，當(dāng)X=0.3mV時(shí)，正確比較次數(shù)達(dá)到84%。

圖1 transient仿真相關(guān)設(shè)置

②PSS+Pnoise法1：設(shè)定比較器的工作頻率;在輸入端加小的DC電壓差;設(shè)置PSS+Pnoise+PAC仿真;利用Pnoise的仿真結(jié)果計(jì)算輸出噪聲;利用PAC仿真計(jì)算出比較器的增益;輸出噪聲除以增益即為等效輸入噪聲。

詳細(xì)介紹：

Step1:搭建Testbench，主要包括：依據(jù)自身工作情況設(shè)定比較器工作電壓和頻率。本文設(shè)定工作電壓為1.1V，工作頻率為1GHz且占空比為50%。

Step2:設(shè)置PSS、PAC和Pnoise，設(shè)定比較器輸入兩端的差分電壓(DC)，PSS、Pnoise以及PAC的設(shè)置如下

圖2 PSS設(shè)置 圖3 PAC設(shè)置 圖4 Pnoise設(shè)置

Step3:計(jì)算輸出噪聲，選中V**2/Hz并點(diǎn)擊plot，得到比較器的輸出噪聲并開(kāi)方sqrt≈2mV。

Step4:顯示比較器增益，按下圖設(shè)定后，依次點(diǎn)擊比較器輸出+-端和+-輸入端，便可得到增益波形圖。由圖可知增益為18.7dB，又因?yàn)檩敵龆说脑肼暈?mV，所以等效輸入噪聲為0.23mV。

③PSS+Pnoise法2：設(shè)定比較器的工作頻率;在輸入端加0.1mV的電壓差;設(shè)置PSS+Pnoise仿真;利用Pnoise的仿真結(jié)果計(jì)算輸出噪聲;輸出噪聲除以增益Gain得到等效輸入噪聲。

Step1與法1類似不再贅述。

Step2設(shè)定PSS和Pnoise，PSS的設(shè)定與法1也類似不再贅述，Pnoise的設(shè)定如下如所示。注意輸出我們選擇Latch輸出電壓(o1和o2)而不是比較器中的反相器輸出電壓。

Noise type設(shè)置為sampled(jitter)。這種方法會(huì)計(jì)算pss過(guò)程中某一時(shí)刻的采樣噪聲。這個(gè)時(shí)刻由下面設(shè)置的eventtype決定。

Event type=edge crossing, Trigger=voltage, Output Nodes=/outp and/outn(這兩個(gè)是comparator的輸出node，注意這個(gè)必須是cross-coupled transistor的輸出)，Edge number=1，Threshold value=0.05(當(dāng)output nodes電壓差為50mV時(shí)對(duì)輸出節(jié)點(diǎn)進(jìn)行采樣計(jì)算noise)，Mesurement=voltage，output nodes和上面一樣都是/outp和/outn[2]

Step3:計(jì)算輸出噪聲，選中tdnoise得到噪聲曲線，用integ函數(shù)積分并sqrt開(kāi)方得到輸出噪聲160mV。

Step4:比較器增益，輸入電壓為0.1mV，輸出電壓差為50mV時(shí)測(cè)得噪聲為160mV。因此，對(duì)應(yīng)的增益為50m/0.1m=500，所以等效輸入噪聲為160m/500=0.318mV。

3結(jié)論：PSS+Pnoise法1、PSS+Pnoise法2和Transient法結(jié)果一致，從而證明了三種方法的有效性。