matlab仿真 比较器,比较器失调仿真方法（Monte Carlo仿真 & matlab处理）

本文主要参考Achim Graupner-《A Methodology

for the Offset-Simulation of Comparator》，这篇文章可以从Designer-Guide.org

上获取，这里主要是写下具体步骤，也便于自己做个备份。

为什么需要用Monte Carlo仿真？

在研究比较器失调(offset)时，我们需要考虑各个工艺角(corner)对比较器失调的影响，但是通过用Monte

Carlo仿真，我们可以加入器件之间mismatch的影响(特别是同类型的器件)。当然，此时器件的参数随正态分布变化，而不是固定在一个确定的Corner。

有些工艺应该可以只仿process variation或者mismatch的单个情况, 我用的工艺只能对两者一起仿真。

(1)比较器输入激励信号，这里我们输入一个如图1的三角波形(由analogLib里Vpwl的信号，通过ahdlLib里理想的采样保持模块(sah_ideal)产生，注意定义模块里的vtans_clk变量。一般设计的比较器都是差分输入，所以我再接一个单端转双端的变压器，同时在这里定义输入共模，如图2，这里我的Vth=0，当然也可以看作已经减去比较电平的输入。

(2)我用的是Cadence的IC61，所以直接运行ADE XL里的Monte Carlo

Sampling，设置仿真次数，当然是越大越好(咱电脑不是啥高档机器，所以受仿真时间限制)，不过几百个点应该够了吧。

Tips: 要记着选择save data to allow family plots。

图3是N次Voutp输出结果，当然这里只显示了几次而已。

图1 Stimuli for offset-simulation from 《A Methodology...》

输入三角曲线递增/递减幅度为1mv,这里我设置的为-50mv：50mv：-50mv,(vth为0，或者设置为Vr-50mv:Vr+50:Vr-50,从而可以自己调整比较电平Vr)，时间范围根据比较器周期来确定

图2 输入共模这里由vcm确定，它的值也直接影响到了offset

图3 输出Voutp,可以看到由于offset的变化，voutp为1的数目的变化

对于指定的一个输入信号，如V1,在进行N次仿真后，输出voutp为1的个数为n1,则其概率可以表示为P(Yv1=1)=n1/N，从而我们可以得到失调的统计特性。

(3)数据处理

我们从N次仿真后的voutp的数据中可以提取出：(这里需要对直接提取出的数据做些适当处理)

xdata数据： -50mv:50mv:-50mv, 大小1x200

ydata数据： 每个输入点的N次仿真结果，大小Nx200，注意取值时的坐标点哦。

数据准好了，用《A Methodology for the Offset-Simulation of

Comparator》文中的程序处理数据：

p.s. 根据自己需要，我做了些的修改。

%Revised by akon in 20110427

% it is assumed that the simulation results are provided

% in the matrix "ydata" and the array "xdata"

% (1) ni/N, Figure 2

Vdd=input('Input Vdd:');

Xth=input('Input Threshold Voltage for Comparison:');

y = sum(ydata)/(Vdd*length(ydata(:,1)));

figure(1)

plot(xdata, y)

% (2) inverse erf for rising slope only

% y(1:21) is this case contains the data

% for the rising slope

v = sqrt(2)*erfinv(y(1:200)*2-1);

% select values within −2.5 ... 2.5 sigma

i=find(v>-2.5 &

v<2.5);

% fit line through selected values

% Figure 5

[p,s]=polyfit(xdata(i), v(i), 1);

figure(2)

plot(xdata(i), v(i), xdata(i), polyval(p,xdata(i)))

% (4) compute mu and sigma

sigma = 1/p(1)

mu = -p(2)/p(1)-Xth

好了，这了我得到累积概率曲线(图4)，正态概率曲线(图5)和失调的均值&标准差

图4 由于没有设置vth,因此这里明显可以看到offset在0v左右。X轴为输入，Y轴为累积的概率

图5 正态概率曲线(拟合&实际)

对比测试一下：

这里做测试的是一个全动态比较器，设置的mismatch为整个比较器电路，仅仅测试下增加输入管宽度对于offset的影响：

(1)差分输入管宽度：4um

mu=226uv sigma=8.2mv

(2)差分输入管宽度：6um

mu=166uv sigma=6.4mv

基本还是符合预期猜测的。当然具体的分析，如Random

Offset受哪些管子参数影响较大，还得参考下TCAS1-2009《Analysis of Static and Dynamic

Random Offset Voltages in Dynamic Comparators》，有空补上读书笔记。

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