如何將Hspice資料轉進MATLAB計算

finster

我以前作DAC的MATLAB部份程式
我想,應該可以給你一些參考吧

9 e( n" v- K5 p1 W% e$ s% --------------Using minimum 4-term Blackman-harris Windows -------------
: H$ P2 R( |0 T& P/ M, L- [nb=1:1ts;
& u, ^. g7 ~2 ?4 z- m9 G5 u0 xkb=0.355768-0.487396*cos(2*pi*nb/(pts))+0.144232*cos(4*pi*nb/(pts))-0.012604*cos(6*pi*nb/(pts));
win_gain=sum(kb)/pts;
kb=kb/win_gain;

% --------------- Calculated fft --------------------------
yb=kb.*x(ptsttfi);
yk=fft(yb);
fft_no=length(yk);
& |# [$ q! M5 F$ }, H  Vf=fs*(0:fft_no-1)/fft_no;
& l* _0 z' W7 J% u* U5 [" SPyy=yk.*conj(yk)/((fft_no/2)^2);

6 {- L! W) J5 d6 c% ---------- Calculate THD ----------------------------
j=1;
for i=1:1fft_no/2)
    if (f(i) == (fi*j))
        HD(j)=Pyy(i);     %% find all harmonic distortion components
        j=j+1;
6 N, {1 R2 Y2 p1 I    end
2 N8 j' b9 g7 }+ L( n; Jend
P_hd=sum(HD(2:9));
THD =10*log10(P_hd/HD(1));  %% HD(1) is fundamental signal
fprintf('THD = %g dB\n',THD);
6 b. w  [8 q( U6 `- I; ?6 ]# f& i) m6 E
% ---------- Calculate SNR ----------------------------
# _5 }2 T7 s- o! W5 H, c1 Jfundamen_dB=max(10*log10(Pyy(1:fft_no/2)));
+ \0 M# ?* t9 o2 b2 C& Ufundamen_no=find(10*log10(Pyy(1:fft_no/2))==fundamen_dB);
% b+ A5 s$ P% r! @+ `span=max(round(fft_no/200),5);
P_sig=sum(Pyy(fundamen_no-span:fundamen_no+span));

P_noise1=sum(Pyy(1:fft_no/2))-P_sig-P_hd;
$ A; c+ O9 I4 {9 i% X2 r5 K$ uSNR1=10*log10(P_sig/P_noise1);
fprintf('SNR = %g dB\n',SNR1);

finster

在回答你的問題前我先稍微解說一下我的MATLAB程式
要作FFT必需是sine waveform或者近似sine waveform,所以,我在作DAC的SNR及THD時,必需是輸出信號為sine waveform的記錄數值
故而,我利用SPICE中.measure的指令來記錄DAC的輸出信號數值,然後將這些記錄的值存成一個TXT的文字檔,然後再用MATLAB將這個文字檔讀出,再作FFT運算
; Q' _% J6 ], w( m3 n7 K
/ i8 |' q- o8 ~+ v! Q, d3 ]6 v在MATLAB程式中要作FFT運算時,需注意它必須是2的倍數,同時,我在作FFT運算時,先行利用minimum 4-term Blackman-harris Windows的filter來使DAC的輸出信號平順些,當然,你也可以不加,不過,畫出的waveform會有點怪怪的,再者,因為我們記錄的數值是每隔一段時間所記錄的數值,所以畫成連續的圖形時,會很不連貫,所以,一般都會作windows的filter,而我也問過一些比較資深的analog designer此種作法是否恰當,還沒有人對於這種作法感到奇怪,也許大家都是這個樣子作的吧
- e- n/ O! w0 J. y; X4 f0 Y
我看不到你的附件檔,故而實在無法作出評論
而看了一下你所秀出的錯誤訊息,想問一下,MATLAB程式中有AD10這個函式嗎??又或者有沒有AD10這個array??
從錯誤訊息來看,似乎是找不到AD10這個函式或者array,所以才有錯誤

finster

在Hspice執行.measure指令時,它是依據你的.lib的數目來產生相對應的*.mt*檔
+ T5 @% b) G3 I4 b. D' k+ n# R' |( V故而,如果你的檔案有多出*.mt0的檔案,那表示這是你的.lib的第一個依據.measure所計算出來的資料
: K( B, h( _  k7 l所以,請再檢查一下你的HSPICE檔案吧
3 p! L% s# k# j0 s$ t) p: B
再來,你的.measure指令用法沒有問題
但,你的取樣點及時間似乎不對
你的暫態分析(TRAN)掃瞄區間:0~3.2msec,你所用的指令為:
1 R6 X6 s% D0 m+ t8 ^3 Q.MEAS TRAN DIGOUT
+TRIG  V (Dout)  VAL=0        RISE=2
. A: I+ \$ {6 |  W+TARG V (Dout)  VAL=3.2m      RISE=2
  F) h8 w7 o4 U1 `寫法沒錯,但,如果是ADC,那其輸出信號為digital,故而,輸出信號的振幅不是0就是vdd,如果要記綠輸出信號的digital code的話
那,計算輸出信號的digital code應該依照clock來作取樣時間,而不是0~3.2ms,也就是.measure的VAL要是clock
另外,若依照你的指令來用,應該會計算不到輸出信號,除非你的模擬時間超過6.4ms,因為你是用RISE=2
再者,如果是用.measure來計算digital code,那如果以rise edge作基準則應該用RISE=1,而不是RISE=2,這是很嚴重的錯誤,除非你的clock及取樣有delay 1個clock的作用在,如果是以fall edge則是FALL=1,若是以你RISE=2,那你取樣出來的digital code應該都是錯誤的

finster

先回答第一個問題
7 D# o7 h$ k2 u; c: X你的MATLAB程式我大概看了一下,發覺到AD10應該是一個由別人自行撰寫的運算函式,而因為你在MATLAB程式中並沒有這個函式,同時也沒有呼去這個函式,故而,你在執行MATLAB程式時,當然會出現錯誤訊息
所以,如果這不是你自己寫的MATLAB程式,那我只能說你的MATLAB程式並不完整,也許,這是別人故意留一手的吧
$ V& W; e( }3 K( Q, T
再來,在ADC中的Sample and hold電路若是用SC電路,是會用non-overlap clock,故而會有兩個clock
但,源頭的clock只有一個,而這個clock會透過non-overlap circuit去產生兩個時間差的clock
一般而言,ADC的數位電路所需的clock通常都是由源頭的clock作為基準,然後將數位信號輸出,故而,在使用.measure時,所參考的時間及頻率也該是以這個源頭的clock為主,而不是由non-overlap circuit所產生出來的兩個時間差clock,除非,你的ADC電路並沒有包Sample and hold circuit(我不清楚你的電路架構為何,但,ADC一般而言一定要有Sample and hold circuit)
再來,我看了一下你的取樣頻率為5.12Mhz,這是很低的clock頻率,所以,照理來說這麼低的頻率,你的架構應該是採用SAR架構的ADC吧,那你的輸入信號頻率為何呢??另外,你的.tran的時間多久呢???還有,你是幾個bit的ADC呢???
舉個例來說,假如你是4-bit ADC,輸出分別為D3,D2,D1,D0,且clock為1MHz,所以使用.measure應該為
* u7 x4 y* o) F- c. `.MEASURE TRAN DIGOUT_D3_t1 find V(D3) AT=5.2us
9 B/ `5 B' l3 t9 q% K' B- D; `.MEASURE TRAN DIGOUT_D2_t1 find V(D2) AT=5.2us
% O' v& t4 {$ p% H: D.MEASURE TRAN DIGOUT_D1_t1 find V(D1) AT=5.2us
.MEASURE TRAN DIGOUT_D0_t1 find V(D0) AT=5.2us

.MEASURE TRAN DIGOUT_D3_t2 find V(D3) AT=6.2us
.MEASURE TRAN DIGOUT_D2_t2 find V(D2) AT=6.2us
& u& ?$ E% J* j% S.MEASURE TRAN DIGOUT_D1_t2 find V(D1) AT=6.2us
, e& i3 I$ g3 e; _: `.MEASURE TRAN DIGOUT_D0_t2 find V(D0) AT=6.2us

8 O/ U: o1 H8 b( u7 X6 B3 J我只計算clock的週期,然後再初估ADC中的delay時間為0.2us,所以,我第一個數位取出的時間為第5個clock週期來取出4個bit的digital code,然後在第6個clock週期時又取出第2筆digital code
# [  p$ `% ~! |" @+ i* S  m我用的方式較為簡化些,因為ADC要取出的是在每個clock週期中的digital code,所以,只要精算出每個clock時間,即可簡化.measure的指令,而不用用到TRIG....TARG.....,當然,這是我的作法,你也可以依照我前面寫的改成你用的TRIG...TARG的用法

最後,像我剛才寫的.MEASURE TRAN DIGOUT_D3 find V(D3) AT=5.2us
可以用MATLAB程式寫成一個自我產生的.measure,我以前是用MATLAB來自己產生的,不然,光是計算1024點就要寫4096行.MEASURE指令,那是一件很浪費時間和生命的事,用MATLAB的迴圈即可一下子產生出所有.MEASURE指令,小小作法,提供給你參考

finster

看了一下你的說明,覺得有些奇怪的地方
+ z2 P1 \* Z; M: `5 ~* i首先,我沒作過switched current ADC,不過,依照取樣原理理論來說,取樣頻率需大於輸入信號的兩倍才能夠將原始信號還原回來
4 h7 l: n7 P) h. A0 U而你的取樣頻率和輸入信號頻率卻非常地接近,似乎有違取樣原理的理論基礎,不知道這個樣子真的能夠取出真實的信號?

再者,FFT運算基本上也是依照取樣原理理論發展出來的,因為FFT的取樣點數是輸入信號的2^N倍,N的最小值為1,也就是FFT的最小取樣頻率是輸入信號的2倍,亦即輸入信號在一個週期內會被取樣2點,而我們所撰寫的FFT來計算SNR,SFDR,THD...也是依此理論陸續往下寫的,所以,看了你的規格,實在覺得有些奇怪

FFT的取樣點數如我剛才所言是取樣點數是輸入信號的2^N倍,所以,取樣點數為2,4,8,16,32,64,128,256,512,1024,2048,4096...,一般取到1024點或者2048點就已經非常足夠了,因為超過2048點之後所計算出來的SNR,SFDR,THD....其實變化的只有小數點後面幾位的不同而以,取樣到32768點,其實真的不需要
- S* a+ r9 G! @! Y8 }2 K- l5 |# w
clear all
. V2 ~* v& K- @7 S( |fid=fopen('dual_measure_rms.txt','w')
" m: _; e* k2 V" Jfor M=1:1:1024
' q1 m+ r; T) K: J6 V       T=M-1;
6 g& F/ p3 n$ |% i- D0 ^/ f% |       from=(50*T)+45; %DUAL DAC measure time
       to=50+(50*T);
0 X: F8 J6 S% C1 K7 o. D# I       fprintf(fid,'.MEASURE TRAN A%g RMS v(daci_outp) from=%gn to=%gn\n',M,from,to);
0 f* @8 a/ h( |' O+ Q# Kend
9 W( A! q) e' i  XMATLAB程式會產生一個dual_measure_rms.txt檔,你將這個檔裡面的.MEASURE複製到HSPICE中即可,不過,如我前面所言,取樣頻率是輸入信號的2^N倍,然後再算出我的取樣點的時間點為何,如果不知道這些關係式,那這個MATLAB程式將無法使用
這個程式很簡單,只是一個迴圈再加上幾行計算時間的式子

finster

不好意思,昨天一時眼花沒看清楚單位,把Fin的KHz看成MHz,sorry....
0 m5 c+ q" L4 A% u7 q5 l所以才會說你的取樣頻率和輸入信號頻率非常地接近,這是我這方面的缺失

7 x) q- n& |4 M) o; ], h至於FFT取樣點的問題,我之前是作88MHz,10-bit dual channel DAC,我之前有比較過FFT取樣2048點和4096點,甚至是8192點的差別,結果誠如我前面所言,MATLAB跑出來的結果只有小數點後面3位-5位之後才有差異,前面的數值都是一樣的,所以我才會說一般取到1024點或者2048點就已經非常足夠了
而且,用SPICE跑模擬從2048點到4096點的時間非常地久,所增加的時間可能不只一倍,而是數倍,可是從MATLAB所計算出來的卻是差異不大,故而,如果paper提供到這麼大的取樣點,那就跑吧,只不過,時間會非常地久,印象中,我之前跑2048點的SPICE模擬DAC大概需要5-7天,而取樣到4096點大概就增加到接近三週的時間,這,純是個人以前的小小經驗,如果是ADC的話,那會更久
4 Y/ V& a5 I( e
至於另外個問題,我的回答是,對的
+ l" e2 e* O+ Z% H但,要先把一些參數改成你們自己的規格才行

finster

我看了一下你的MATLAB程式,發覺到有一個地方有問題
7 J6 t# J* y4 J1 ], m% M那就是你設ptst和ptfi是同一個值是不對的
/ u/ q( z' N: ?+ h. E* J$ T! Kptst是計算fft開始的值
而ptfi則是計算fft的range,如8~519,total則為512點
0 l+ W3 {: _- H故而你在執行MATLAB程式時就會出現錯誤

% h# J8 Q: g) e+ Y9 @3 L3 F5 `我看了一下你的MATLAB程式,基本上沒有多大問題
不過,要小心計算THD的值和範圍
因為有不少人問過我為什麼在這個地方會出現錯誤,而當我看到他們的錯誤訊息時,便會發覺到他們的取様範圍太少,以致會計算不到第9個harmonic distortion components而出現錯誤
1 f; z5 o2 n  ^4 {% J& t
最後,計算noise有好幾種定義方式
' G, ?: l+ J9 \( }原本我所寫的程式有兩種計算SNR,SFDR的計算式,後來,經過我們內部討論的結果只用我給你的那一種計算方式,因為那個方式比較合理
9 o, G/ k2 G9 t7 N' ~我個人覺得計算noise的方式,只要能夠說服的了別人,同時也能夠提出合理的解釋即可
5 Z+ i, I8 \% K# ]! M因為目前在計算noise上並沒有很統一的說詞,故而,只要解釋的合理即可

finster

我想,你可能有點誤解了我的意思了
' C9 @0 P) N+ h# J# |( C我列出我當初寫ptst和ptfi的式子關係式
ptst=2^3;          % calculated fft of start point
pts=2^9;           % calculated fft of end point
ptfi=ptst+pts-1;   % calculated fft range: 8 ~ 519, total: 512 point
因為我們不是從第一點就取來作fft運算,故而在設ptfi時,它的值是取(2^N)再加上從第幾個cysle值所取的值
如此一來才能夠取到足夠運算fft的值

另外,還有一點,x陣列的值要比ptfi的值大,或者等同於此值
如果你的x陣列內的值沒有到達ptfi,那MATLAB就會判斷出錯誤

如果對於要設的參數仍有問題
我可以把我最原始的程式寄給你參考

[ 本帖最後由 finster 於 2007-12-2 09:43 PM 編輯 ]

finster

基本上作ADC,DAC的模擬,還是以HSPICE為首選建議的模擬軟體
. K( m2 ?0 Q7 R, o; k至於用spectre,h-sim,matlab....等,均可對ADC,DAC作模擬
但,在業界,個人的建議是,還是要跑HSPICE會比較保險
至於INL,DNL,SFDR,SNR....等,基本上很難直接用HSPICE跑出來,因為有些計算式子在HSPICE中要撰寫出來很麻煩(用.measure指令來作計算),我曾經嘗試過,但最後不得不放棄,因為有些計算真的很麻煩,而且用MATLAB很快便可達到計算
. v$ g# |  r0 e& G一般都是把HSPICE模擬出來的數值帶到MATLAB中去作計算會比較簡易
而如果沒有MATLAB,也可以用C來作數學運算,不過,印象中C沒有FFT的計算函式,所以,可能會需要一些額外的撰寫FFT運算程式才行