比較器等效輸入噪聲仿真方法

1. 等效輸入噪聲是評價一個比較器的關鍵指標。鑒于此，本文以預防大+Latch型結構為例，對噪聲的仿真方法進行詳細闡述。
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：設定比較器工作頻率fs;在輸入端加一個DC偏差(一端為0.5VDD，另一端為0.5VDD+X);設定transient仿真時長能夠包含1000個比較器周期;掃描不同X偏差下，正確比較次數占總數84%時，對應的X即為等效輸入噪聲。

經仿真，當X=0.3mV時，正確比較次數達到84%。

圖1 transient仿真相關設置

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

詳細介紹：

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

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

圖2 PSS設置 圖3 PAC設置 圖4 Pnoise設置

Step3:計算輸出噪聲，選中V**2/Hz并點擊plot，得到比較器的輸出噪聲并開方sqrt≈2mV。

Step4:顯示比較器增益，按下圖設定后，依次點擊比較器輸出+-端和+-輸入端，便可得到增益波形圖。由圖可知增益為18.7dB，又因為輸出端的噪聲為2mV，所以等效輸入噪聲為0.23mV。

③PSS+Pnoise法2：設定比較器的工作頻率;在輸入端加0.1mV的電壓差;設置PSS+Pnoise仿真;利用Pnoise的仿真結果計算輸出噪聲;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設定PSS和Pnoise，PSS的設定與法1也類似不再贅述，Pnoise的設定如下如所示。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設置為sampled(jitter)。這種方法會計算pss過程中某一時刻的采樣噪聲。這個時刻由下面設置的eventtype決定。

Event type=edge crossing, Trigger=voltage, Output Nodes=/outp and/outn(這兩個是comparator的輸出node，注意這個必須是cross-coupled transistor的輸出)，Edge number=1，Threshold value=0.05(當output nodes電壓差為50mV時對輸出節點進行采樣計算noise)，Mesurement=voltage，output nodes和上面一樣都是/outp和/outn[2]

Step3:計算輸出噪聲，選中tdnoise得到噪聲曲線，用integ函數積分并sqrt開方得到輸出噪聲160mV。

Step4:比較器增益，輸入電壓為0.1mV，輸出電壓差為50mV時測得噪聲為160mV。因此，對應的增益為50m/0.1m=500，所以等效輸入噪聲為160m/500=0.318mV。

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