PSS仿真介绍.pdf

Introduction of PSS Analysis in Spectre 1.引言  在介绍PSS 仿真之前，让我们先了解一下HB 仿真。 HB 仿真全称谐波平衡仿真Harmonic balance simulation[1]，是一种求解非线性电路和 系统的稳态解的高精度的频域分析技术。它最擅长仿真宜在频域内求解的射频和微波问题。 如果调制的周期性信息可以用简单的几个单载波及其谐波表示出来，或者说如果傅立叶 级数展开式很简单的话，HB 仿真是一个有效的分析工具。但是，如果分析的信号不具备简 单的周期信号的特点，那么，HB 仿真也就不能胜任对系统的仿真工作。 一般网络（系统）是由线性子网络和非线性子网络组成。线性子网络的特性可用频域代 数方程来描述，而非线性子网络则建筑在时域的非线性方程上来描述。平衡时，经 Fourier 变换成时域的线性子网络端口电压和电流应满足非线性子网络端口的电压和电流，同样，经 Fourier 变换成频域的非线性子网络端口电压和电流应满足线性子网络端口的电压和电流。 因此，设定一个最大的谐波数，建立一个线性子网络端口电压（电流）和非线性子网络端口 的电压（电流）的误差函数，通过迭代，实现稳态的线性子网络和非线性子网络的谐波平衡。 采用谐波平衡仿真器可以仿真噪声系数，饱和电平，三阶交调，本振泄漏，镜象抑制，中频 抑制，组合干扰等参数。 一般而言HB 仿真设计射频放大器，混频器，振荡器时十分有用。当设计大规模RFIC 或RF/IF 子系统时，由于存在大量的谐波和交调成分，Harmonic Balance Simulation 必不可 少。 有了关于HB 仿真的介绍，下面我们引入PSS 仿真。 2. PSS 仿真  2.1 PSS analysis PSS 仿真全称周期稳态仿真Periodic Stead State[2]，是一种计算电路在某一指定基础频 率下的周期稳态响应的分析技术，其仿真时间与电路的时间常数无关。同时，PSS 分析也决 定了电路的周期工作点。同HB 仿真类似，PSS 也是对周期信号的稳态求解，集频域分析和 时域分析于一体。 SpectreRF 使用一种叫做shooting method 的技术来实现PSS 分析，该方法是一种时域迭 代法，它能找到导致稳态的初始条件。开始初始状态是假定的，并在一定时间范围内反复计 算（非线性）直到电路稳定。通常，shooting method 对大多数电路需要5 此迭代，而且可 以在shooting 间隙仿真非线性电路，这是它和其他稳态仿真如HB 仿真相比的优点。Cadence 的傅立叶积分法使PSS 对非线性电路的分析拥有和HB 仿真器一样的精度， PSS 分析适用于频率高、瞬态分析时间长的电路和系统，比如包含900M 信号源的倍压 整流电路，使用 PSS 分析能节省很多仿真时间。但结果不像瞬态分析那样精确的记录了电 路从上电到稳定的整个过程。 2.2 PSS 分析步骤 下面以倍压整流电路为例，详细讲解PSS 分析的步骤。 首先选中PSS 分析 这里电路设置只有只用一个 900MHz 的信号源。选择要要进行仿真的信号，并会在下 面显示要仿真的信号。然后点击Auto Calculate 显示频率，左边的频率和周期是对应的，如 果选择周期的话，右边将显示1.1111ns。 选择谐波次数为 1，这因为只用到了1 次谐波。选择conservative，有助于收敛。 Tstab ，指额外的稳定时间。从实际的仿真过程来看，这个可以尝试不设置，看电路能 否收敛。如不能收敛需要设定该值，不要一次设置过大，虽然越大结果越精确，但是仿真时 间会更长。这里设置其为50us 。另外，由于电路不属于振荡电路，不选择Oscillator 。 选项Sweep 对参数进行扫面，比如电容，先在Variables 里设好，可以随意设一个初始 值，如2p 。 然后在Select Design Variable 里选择参数c，再设置参数扫描方式，设电容从2p 到10p 扫描，每隔2p 仿真一次。 仿真结束后，查看波形。可把变量的值都选上，这样方便比较波形。可选择时域波形， 也可选择频域波形。 频域波形如图所示，在0Hz 下显示输出波形的0 次谐波，即直流分量；在900MHz 下 显示输出波形的1 次谐波，即整流输出的纹波。 变量c 为2pF 时