如何获得高QXTAL振荡器的收敛性
在本文中，我们将讨论一种大大增加收敛概率的方法，并在缩短模拟时间的同时实现这一目标。在振荡器嵌入数百个其他电路块的层次结构中，这种技术已被证明在获得收敛方面是有效的。
初始设置
重要的是设置模拟选项，以最大限度地减少 spectre 在寻找解决方案时的工作，以便当 pss 确实收敛时；它实际上收敛到一个准确的结果。有一些默认的 spectre 设置过于严格，对于大多数设计来说，这只是等待发生的意外——例如，“iabstol”。然而，对于高 q xtal 振荡器，默认的 reltol 精度是不够的。
建议的起点是：
reltol=10e-6
iabstol=10p
gmin=10p
spectre/spice 默认值通常为 1pa 的电流容错和 0.1% 的相对容差。使用标准双精度算法时，spice 只能在变量跨越不超过约 12 个数量级的范围时收敛，因此 1pa 对大多数电路来说是非常苛刻的。对于大电流，将此值增加到 100 pa 甚至 1 na 有时是个好主意。然而，为了获得可靠的相位噪声精度，0.1% 的默认 reltol 还远远不够。
一个合理的起始值是 10e-6，但对于某些电路，这需要增加到 1e-6。不准确结果的一个明显迹象是相位噪声图中存在阶跃跳跃。
pss 设置
必须设置 pss 表格，以便始终执行预反式运行“tstab”。广泛的模拟表明，对于难以收敛的振荡器，旨在提高收敛性的选项基本上总是失败。那就是永远不应该使用检测“稳态”和“计算初始条件”。
建议的起点是：
谐波数=50
精度默认值=保守
运行瞬态=yes
停止时间=如下所述
检测稳定=未启用
计算初始条件=未启用
除了简单的正弦波输出之外，shooting method 通常是任何振荡器系统的最佳方法。大多数振荡器应用都需要平方限制器，以使系统具有高度非线性。因此，50 个谐波的默认值是一个很好的起点。对于特别困难的电路，可能需要 100 个谐波。同样，如果整体相位噪声图不平滑，则表明该图很可能是错误的。保守的精度设置向 spectre 发出信号，要求实际上使 retol 的初始 10e-6 设置更加严格。
请注意，像往常一样，将振荡器节点设置为 xtal 节点。
pnoise 设置
pnoise 设置是相对标准的。为了准确起见，将默认的最大边带设置为 50。
为了减少仿真时间，但仍能获得合理的平滑图，每十倍频点 10 点的对数图通常就足够了。通常只关注相位噪声，因此请选中相应的框。
输出/绘图设置
为确保振荡器实际工作，应首先运行节奏稳定性分析。
不幸的是，在撰写本文时，cadence stability analysis 存在一个基本缺陷，即阻止使用其直接绘图功能输出环路增益裕度和环路相位裕度。（这是呃。. ahhmmm 。..。..尽管工单已提交给他们的 ahmmm 。..。..支持部门。..。..）
cadence spectre 日志将生成以下内容……
“ 警告 （spectre-16922）：由于电路是正反馈系统且不稳定，因此无法获得相位裕度和增益裕度。这是因为当 loopgain 的相位过零时，loopgain 的幅度在 10.003 mhz 处大于 1。为了使电路稳定，当loopgain的相位过零时，要保证loopgain的幅度小于1。”
所以，当然，它是一个振荡器！无论如何，只要吐出结果 dah！…
所以。..。..输出表单应该使用手动脚本设置，如下所示：
循环阶段
phasedegunwrapped（getdata（“loopgain” ？result “stb”））
环路增益
db（mag（getdata（“loopgain” ？result “stb”）））
振荡频率
cross（leafvalue（phasedegunwrapped（getdata（“loopgain” ？result “stb”））） “0” 1 “either” nil nil nil）
振荡增益
值（leafvalue（db（mag（getdata（“loopgain”？result“stb”））））cross（leafvalue（phasedegunwrapped（getdata（“loopgain”？result“stb”）））“0”1“任一”无无零））
有时，根据电路的不同，相位会发生 360 度的整体偏移，因此应适当修改交叉点“0”。
xtal 模型设置
应设置 xtal 的原理图，以便原理图根据 xtal 的 c1 和 xtal 频率计算所需的 xtal 电感。
因此，电感器在其设置形式的电感字段中应具有以下设置：
1/（ppar（“c1”）*（（2*3.141592654*ppar（“fs”））*（2*3.141592654*ppar（“fs”））））
组件 iclamp 是一个 verilog 电压/电流限制器，有助于收敛，因为高 q xtals 可以生成 100kv 类型的数字，因此 spice 在收敛过程中可以产生更高的电压。它有助于避免那些“最后收敛节点=123.8 mv”的错误。但是，这可能不是必需的。
它的代码是：
`包括“constants.vams”
`包括“学科.vams”
模块 vclamp_verilog（a， b）;
输入a；
电气 a;
输入 b;
电气 b;
参数实 imax = 0.5 ;
参数实 vmax = 1 ;
参数实 i0 = 1e-18；
模拟开始
i（a，b） 《+imax*tanh（i0*sinh（100*tanh（（40/vmax/100）*v（a，b））））;
结尾
电感两端的电容是一个非常小的虚拟电容，通常为 1e-20f。作为将电感器两端的初始电压强制为 0v 的便捷方法，这是必需的。此节点电压设置是此收敛技术的一部分。
收敛法
高 q xtals 收敛的问题是 spectre 难以收敛，仅仅因为 q 高。对于相同的电路，但 q 值较低，通常问题不大。因此，该方法是求解低 q 电路并使用该结果来帮助求解全 q 值。
关键原则是低 q xtal 将比高 q xtal 更快地达到其稳态值。也就是说，如果 xtal 以 100 倍“去qed”，那么模拟的稳定速度将快 100 倍。
xtal 振荡器的 q 值由 xtal 的 c1（串联电阻）决定。然而，xtal 电感器中的稳态电流与 c1 无关。因此，低 q 电感电流可用作全 q xtal 的初始电流。
因此，该方法的原理是将电感器电流初始化为接近稳态时的电流，该电流通过首先运行低 q 版本的电路来确定。
设置模拟的一种方便方法是引入一个变量（例如 qr），它与 c1 相乘，因此首先将 qr 设置为 100 用于低 q 运行，然后设置为 1 用于完整 q 运行。例如：
示例示意图
示例波形
上图显示了低 q 和高 q 运行时 x1 处的信号电压。下图显示了低 q 和高 q 运行的电感器电流。
可以看出，从低 q 配置确定的值允许高 q 配置基本上立即启动。
这使 pss 有一个更好的起始条件，因此它更有可能收敛。在这种特殊情况下，pss tstab 时间仅设置为 1us。对于困难的情况，需要根据经验确定。
特兰
pssr
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重要的是设置模拟选项，以最大限度地减少 spectre 在寻找解决方案时的工作，以便当 pss 确实收敛时；它实际上收敛到一个准确的结果。有一些默认的 spectre 设置过于严格，对于大多数设计来说，这只是等待发生的意外——例如，“iabstol”。然而，对于高 q xtal 振荡器，默认的 reltol 精度是不够的。
建议的起点是：
reltol=10e-6
iabstol=10p
gmin=10p
spectre/spice 默认值通常为 1pa 的电流容错和 0.1% 的相对容差。使用标准双精度算法时，spice 只能在变量跨越不超过约 12 个数量级的范围时收敛，因此 1pa 对大多数电路来说是非常苛刻的。对于大电流，将此值增加到 100 pa 甚至 1 na 有时是个好主意。然而，为了获得可靠的相位噪声精度，0.1% 的默认 reltol 还远远不够。
一个合理的起始值是 10e-6，但对于某些电路，这需要增加到 1e-6。不准确结果的一个明显迹象是相位噪声图中存在阶跃跳跃。
pss 设置
必须设置 pss 表格，以便始终执行预反式运行“tstab”。广泛的模拟表明，对于难以收敛的振荡器，旨在提高收敛性的选项基本上总是失败。那就是永远不应该使用检测“稳态”和“计算初始条件”。
建议的起点是：
谐波数=50
精度默认值=保守
运行瞬态=yes
停止时间=如下所述
检测稳定=未启用
计算初始条件=未启用
除了简单的正弦波输出之外，shooting method 通常是任何振荡器系统的最佳方法。大多数振荡器应用都需要平方限制器，以使系统具有高度非线性。因此，50 个谐波的默认值是一个很好的起点。对于特别困难的电路，可能需要 100 个谐波。同样，如果整体相位噪声图不平滑，则表明该图很可能是错误的。保守的精度设置向 spectre 发出信号，要求实际上使 retol 的初始 10e-6 设置更加严格。
请注意，像往常一样，将振荡器节点设置为 xtal 节点。
pnoise 设置
pnoise 设置是相对标准的。为了准确起见，将默认的最大边带设置为 50。
为了减少仿真时间，但仍能获得合理的平滑图，每十倍频点 10 点的对数图通常就足够了。通常只关注相位噪声，因此请选中相应的框。
输出/绘图设置
为确保振荡器实际工作，应首先运行节奏稳定性分析。
不幸的是，在撰写本文时，cadence stability analysis 存在一个基本缺陷，即阻止使用其直接绘图功能输出环路增益裕度和环路相位裕度。（这是呃。. ahhmmm 。..。..尽管工单已提交给他们的 ahmmm 。..。..支持部门。..。..）
cadence spectre 日志将生成以下内容……
“ 警告 （spectre-16922）：由于电路是正反馈系统且不稳定，因此无法获得相位裕度和增益裕度。这是因为当 loopgain 的相位过零时，loopgain 的幅度在 10.003 mhz 处大于 1。为了使电路稳定，当loopgain的相位过零时，要保证loopgain的幅度小于1。”
所以，当然，它是一个振荡器！无论如何，只要吐出结果 dah！…
所以。..。..输出表单应该使用手动脚本设置，如下所示：
循环阶段
phasedegunwrapped（getdata（“loopgain” ？result “stb”））
环路增益
db（mag（getdata（“loopgain” ？result “stb”）））
振荡频率
cross（leafvalue（phasedegunwrapped（getdata（“loopgain” ？result “stb”））） “0” 1 “either” nil nil nil）
振荡增益
值（leafvalue（db（mag（getdata（“loopgain”？result“stb”））））cross（leafvalue（phasedegunwrapped（getdata（“loopgain”？result“stb”）））“0”1“任一”无无零））
有时，根据电路的不同，相位会发生 360 度的整体偏移，因此应适当修改交叉点“0”。
xtal 模型设置
应设置 xtal 的原理图，以便原理图根据 xtal 的 c1 和 xtal 频率计算所需的 xtal 电感。
因此，电感器在其设置形式的电感字段中应具有以下设置：
1/（ppar（“c1”）*（（2*3.141592654*ppar（“fs”））*（2*3.141592654*ppar（“fs”））））
组件 iclamp 是一个 verilog 电压/电流限制器，有助于收敛，因为高 q xtals 可以生成 100kv 类型的数字，因此 spice 在收敛过程中可以产生更高的电压。它有助于避免那些“最后收敛节点=123.8 mv”的错误。但是，这可能不是必需的。
它的代码是：
`包括“constants.vams”
`包括“学科.vams”
模块 vclamp_verilog（a， b）;
输入a；
电气 a;
输入 b;
电气 b;
参数实 imax = 0.5 ;
参数实 vmax = 1 ;
参数实 i0 = 1e-18；
模拟开始
i（a，b） 《+imax*tanh（i0*sinh（100*tanh（（40/vmax/100）*v（a，b））））;
结尾
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收敛法
高 q xtals 收敛的问题是 spectre 难以收敛，仅仅因为 q 高。对于相同的电路，但 q 值较低，通常问题不大。因此，该方法是求解低 q 电路并使用该结果来帮助求解全 q 值。
关键原则是低 q xtal 将比高 q xtal 更快地达到其稳态值。也就是说，如果 xtal 以 100 倍“去qed”，那么模拟的稳定速度将快 100 倍。
xtal 振荡器的 q 值由 xtal 的 c1（串联电阻）决定。然而，xtal 电感器中的稳态电流与 c1 无关。因此，低 q 电感电流可用作全 q xtal 的初始电流。
因此，该方法的原理是将电感器电流初始化为接近稳态时的电流，该电流通过首先运行低 q 版本的电路来确定。
设置模拟的一种方便方法是引入一个变量（例如 qr），它与 c1 相乘，因此首先将 qr 设置为 100 用于低 q 运行，然后设置为 1 用于完整 q 运行。例如：
示例示意图
示例波形
上图显示了低 q 和高 q 运行时 x1 处的信号电压。下图显示了低 q 和高 q 运行的电感器电流。
可以看出，从低 q 配置确定的值允许高 q 配置基本上立即启动。
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