比较器等效输入噪声仿真方法

比较器等效输入噪声仿真方法

1. 等效输入噪声是评价一个比较器的关键指标。鉴于此，本文以预防大+Latch型结构为例，对噪声的仿真方法进行详细阐述。
2. 本文介绍三种比较器噪声仿真方法：Transient法[1]、PSS+Pnoise法1[1]和PSS+Pnoise法2[2]。

①Transient法：设定比较器工作频率fs;在输入端加一个DC偏差(一端为0.5VDD，另一端为0.5VDD+X);设定transient仿真时长能够包含1000个比较器周期;扫描不同X偏差下，正确比较次数占总数84%时，对应的X即为等效输入噪声。

经仿真，当X=0.3mV时，正确比较次数达到84%。

图1 transient仿真相关设置

②PSS+Pnoise法1：设定比较器的工作频率;在输入端加小的DC电压差;设置PSS+Pnoise+PAC仿真;利用Pnoise的仿真结果计算输出噪声;利用PAC仿真计算出比较器的增益;输出噪声除以增益即为等效输入噪声。

详细介绍：

Step1:搭建Testbench，主要包括：依据自身工作情况设定比较器工作电压和频率。本文设定工作电压为1.1V，工作频率为1GHz且占空比为50%。

Step2:设置PSS、PAC和Pnoise，设定比较器输入两端的差分电压(DC)，PSS、Pnoise以及PAC的设置如下

图2 PSS设置 图3 PAC设置 图4 Pnoise设置

Step3:计算输出噪声，选中V**2/Hz并点击plot，得到比较器的输出噪声并开方sqrt≈2mV。

Step4:显示比较器增益，按下图设定后，依次点击比较器输出+-端和+-输入端，便可得到增益波形图。由图可知增益为18.7dB，又因为输出端的噪声为2mV，所以等效输入噪声为0.23mV。

③PSS+Pnoise法2：设定比较器的工作频率;在输入端加0.1mV的电压差;设置PSS+Pnoise仿真;利用Pnoise的仿真结果计算输出噪声;输出噪声除以增益Gain得到等效输入噪声。

Step1与法1类似不再赘述。

Step2设定PSS和Pnoise，PSS的设定与法1也类似不再赘述，Pnoise的设定如下如所示。注意输出我们选择Latch输出电压(o1和o2)而不是比较器中的反相器输出电压。

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eventtype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)，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[2]

Step3:计算输出噪声，选中tdnoise得到噪声曲线，用integ函数积分并sqrt开方得到输出噪声160mV。

Step4:比较器增益，输入电压为0.1mV，输出电压差为50mV时测得噪声为160mV。因此，对应的增益为50m/0.1m=500，所以等效输入噪声为160m/500=0.318mV。

3结论：PSS+Pnoise法1、PSS+Pnoise法2和Transient法结果一致，从而证明了三种方法的有效性。