详细介绍一下PSS+Pnoise仿真

PSS+Pnoise仿真是很多电路要用到的仿真，今天我们详细介绍一下这个仿真。

连续时间电路的noise仿真用noise，因为这些电路有一个固定的dc工作点；周期性电路用PSS+ pnoise，例如开关电容电路、振荡器、PLL等，这些电路的dc点不固定，随着周期的变化dc点在变，PSS的功能就是进行周期稳态分析。

接下来详细介绍一下PSS+Pnoise仿真。

PSS的英文全称是Periodical Steady-State，周期稳态分析。

在virtuoso ADE L中打开PSS仿真，界面如下所示：

1.首先我们要选择engine是Shooting还是Harmonic Balance，这里选择的依据如下：

• 强烈非线性的电路选择Shooting，比如分频器、resonatorless的振荡器、开关电容电路等；
• 较弱非线性的电路选择Harmonic Balance，比如射频前端的LNA、Mixer、LC OSC和xtal OSC等。

2.Beat Frequency设置，这里仿真器可以自动计算也可以人为设置频率。这个设置决定了Shooting阶段的仿真时间，它对应了仿真testbench中所有周期的最小公倍数。如果testbench中激励信号的频率没有整数倍关系或者差距特别大，比如一个是1G，另一个是1.1G，那么它俩的Beat Frequency是100M,那么1G信号pss shooting需要跑10个周期，1.1G需要跑11个周期。一般情况下，需要避免这种设置，因为会很费时间。如果是这种情况，建议使用hb analysis。如果是oscillator仿真，Beat Frequency应当设置成一个估计的频率，该频率设置范围可以在实际震荡频率的0.5-1.5倍之间，可以先跑一个tran仿真估算一下频率是多少。

3.Number of harmonic设置，即谐波个数设置，该数值不会影响PSS shooting的精度，在Pnoise等小信号计算时也会有影响。如果怀疑仿真结果，可以适当增加谐波数，随着谐波数的增加，仿真结果趋向于恒定值。Number of harmonics不要过大，否则会影响仿真速度，使得仿真很慢。大多数电路设置为15已足够。

4.Accuracy Defaults即仿真精度设置，个人偏好是设置为最高conservative，高精度意味着真实，最贴近实际，但是不同电路需要注意积分算法的设置，比如OSC仿真最好用traponly算法，但是conservative默认为gear2only算法，这个需要注意一下，有必要的时候人为改过来。

5.Transient-Aided Options，即跑PSS仿真的之前tran仿真的设置，有3个选项：

• Run Transient=Yes，跑PSS之前先进行一个tran仿真，对应的Stop Time设置成电路稳定时需要的时间，如果不设置默认 Stop Time=0，一般需要先跑个tran看电路大概在多长时间可以settle下来；
• Run Transient=no, PSS之前不跑Tran；
• Run Transiet=Decide automaticaly，仿真器会自动设定一个稳定时间，默认是50个周期。

我自己的话就习惯用Yes，跑PSS之前先跑个tran，这样也可以查看tran波形，有利于debug。

6.如果进行参数扫描，可以在Dynamic parameter中进行设置，如果仿真OSC，那么要在oscillator中将振荡器的输出和地电平名字填上，如下图：

到此为止，PSS设置已完成。

接下来设置Pnoise仿真，界面如下，其中PSS Beat Frequency是PSS设置中的频率，系统自动识别。

1.Output Frequency Sweep Range是在Beat Frequency的偏移频率，一般设置为从1或者0.1开始到一半的Beat Frequency。其中，Sweep Type一般设置为relative，算法采用对数logarithmic。最大边带一般就用默认值就可以了。
2.output如果是电压输出就选电压，如果是电流输出就选probe。
3.Noise Type有2个选项（IC617以后的版本是这样，617以前的版本是3个选项），分别是timeaverage和jitter。

• timeaverage：指的是一个周期内噪声的平均值。
  

其中，AM表示幅度噪声，PM表示相位噪声。在Contribution Type可以选择你自己关心的种类，或者所有都选上ALL，方便查看。

其中，选中Noise Separation有助于在结果中查看噪声贡献，对电路进行噪声优化。

• sampled（Jitter）：此模式下有3个Time Event子分类，分别是Edge Crossing、Edge Delay和Sampled Phase，下面分别介绍一下。
  
• Edge Crossing：边沿过零分析。其中trigger设置为触发时钟的信息，比如CLK，Edge Direction可以在上升沿rise或者下降fall沿触发，看电路的设计。

（1）Trigger:

新版本允许trigger和measurement信号不同，比如可以将trigger信号设置一个理想的信号，measurement信号设置成电路当中的需要测试的信号。

图中的测量发生在trigger信号第一个rise edge cross 阈值0.5V、再延时9.5ns的时刻。

（2）Sleep Time

trigger信号cross阈值后的延迟时间，假如trigger的时刻是1ns, sleeptime是9.5ns，那么jitter measurement是在10.5ns时进行。

仿真完以后查看结果，在ADE L中的Direct Plot-->Main Form选择PSS或Pnoise，如下图，我们可以选择查看jitter的类型，对于振荡器来说，一般查看Jc比较多。选择好以后点击plot即可。

• Edge Delay：边沿延迟分析：Edge Delay的用法与Edge Crossing设置类似，通过它可以测量两个信号的delay。如果trigger和measure信号相同且edge number一样，但rise direction不同，可以得到duty cycle jitter。

这里主要是看designer主要关注什么指标，如果是关注dutycycle，那么选择Edge Delay比较合适。

• Sampled Phase：采样的相位分析。Sampled phase是可以用来测量固定时刻点的jitter，Samples Per Period是用来指定每周期测量多少个时刻点，Initial Sample Phase是用来指定第一个Sample的时刻。Add Specific Points用来指定特别关注的时刻点。
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大家可以看到，Noise Type后面有个Sample Ratio选项，什么意思呢？

该选项主要用在有倍频器的电路中，以下图为例：

用PSS对该电路进行分析时，beat frequency需要设置成fin/8.如果是测量div8输出端的jitter，sample ratio设置成1，如上图所示。

到这里为止，PSS+Pnoise的设置就介绍完了，设置好就可以进行仿真了。针对不同的电路，不同的需求，设置可能会有所不同，但是原理都是大差不差的。