Virtuoso SpectreRF Simulation Option User Guidepicture.iczhiku.com/resource/eetop/SyifGkZytQeDdnnx.pdfVirtuoso© SpectreRF Simulation Option User Guide Product Version 5.1.41 July

Virtuoso© SpectreRF Simulation OptionUser Guide

Product Version 5.1.41July 2005November 2005

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SpectreRF Simulation Option User Guide

Contents

Preface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27Related Documents . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

1SpectreRF Analyses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

Periodic Analyses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29Quasi-Periodic Analyses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30Envelope Following Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

Large vs. Small Signal Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31Descriptions of SpectreRF Analyses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33Periodic Steady-State Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

The PSS Algorithm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34Parameters for PSS Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35The Initial Transient Analysis and Timing Relationships for PSS . . . . . . . . . . . . . . . . 38PSS Analysis with Autonomous and Driven Circuits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42Simulation Accuracy Parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43Plotting the Current Spectrum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43The Highorder and Finite Difference Refinement Parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43The errpreset Parameter in PSS Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

Periodic AC Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48Frequency Sweep . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52Parameters for PAC Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53

Periodic S-Parameter Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55Parameters for PSP Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59

Periodic Transfer Function Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61Parameters for PXF Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63Output Parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64Probe Parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65Output Parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66Modulation Parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66Swept PXF Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67

November 2005 3 Product Version 5.1.41


Periodic Noise Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68Parameters for Pnoise Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72

Quasi-Periodic Steady-State Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78Comparing Use of a QPSS Analysis with Use of PSS and PAC Analyses . . . . . . . . . 79Parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81The errpreset Parameter in QPSS Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85The Compression Parameter in QPSS Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86QPSS Outputs: qpss-fi and qpss-fd . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86

Quasi-Periodic Noise Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88QPnoise Output . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88QPnoise Parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93

Quasi-Periodic AC Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96QPAC Output Frequency and Sideband Vectors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96QPAC Parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98

Quasi-Periodic S-Parameter Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100QPSP Output Frequencies and Sideband Vectors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100Input and Output Frequencies in QPSP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101Noise Analysis with QPSP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104Swept QPSP Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107QPSP Parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107

Quasi-Periodic Transfer Function Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110QPXF Output Frequencies and Sideband Vectors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110Transfer Function Inputs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112Swept QPXF Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113QPXF Parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113

Envelope Following Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116The errpreset Parameter in Envlp Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121The compression Parameter in Envlp Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121

2SpectreRF Simulation Form Reference. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123The Choosing Analyses Form . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123

Opening the Choosing Analysis Form . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123The Spectre RF Analyses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125

Field Descriptions for the Choosing Analysis Form . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125



Accuracy Defaults (errpreset) (PSS, QPSS, and Envlp) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126Additional Time for Stabilization (tstab) (PSS and QPSS) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127Beat Frequency, Beat Period, and Auto Calculate (PSS) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128Clock Name and Select Clock Name Button (Envlp) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129Do Noise (PSP and QPSP) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130Enabled . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130Frequency Sweep Range (Hz), Sweep Type, and Add Specific Points (All Small-SignalAnalyses) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130Fundamental Tones (PSS and QPSS) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135Input Source and Reference Side-Band (Pnoise) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139Input Source and Reference Side-Band (QPnoise) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143Modulated Analysis (PXF) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147Noise Type (Pnoise) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150Options . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153Oscillator (PSS) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153Output (PXF and QPXF) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153Output (Pnoise and QPnoise) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154Output Harmonics (PSS and Envlp) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155PSS Beat Frequency (PAC, Pnoise, and PXF) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159Save Initial Transient Results (PSS and QPSS) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160Select Ports (PSP and QPSP) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160Sidebands (PAC, Pnoise, and PXF) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165Sidebands (QPAC, QPnoise, and QPXF) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169Specialized Analyses (PAC) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172Start ACPR Wizard (Envlp) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174Stop Time (Envlp) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175Sweep (PSS and QPSS) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175Sweep Range, Sweep Type, and Add Specific Points (PSS and QPSS) . . . . . . . . . 178Sweeptype (Pnoise) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181Sweeptype (PAC and PXF) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183Sweeptype (PSP and QPSP) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185View Harmonics (QPSS) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186

Options Forms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187Opening the Options Forms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187

Field Descriptions for the Options Forms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188



Accuracy Parameters (PSS, QPSS, and Envlp) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188Additional Parameters (PSS, QPSS and Envlp) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191Annotation Parameters (All) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191Convergence Parameters (All) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191Initial Condition Parameters (PSS, QPSS, and Envlp) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192Integration Method Parameters (PSS, QPSS, and Envlp) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193Multitone Stabilization Parameter (QPSS) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194Newton Parameters (PSS, QPSS, and Envlp) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194Output Parameters (All) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195Simulation Interval Parameters (Envlp, PSS and QPSS) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197Simulation Bandwidth Parameters (Envlp) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197State File Parameters (Envlp, PSS and QPSS) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197Time Step Parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198

Direct Plot Forms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198Opening a Direct Plot Form . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198Generating a Spectral Plot . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202Generating a Time Waveform . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204Saving a Displayed Output and Displaying Saved Outputs. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205

Field Descriptions for the Plot Forms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2061st Order Harmonic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2062nd-7th Order Harmonic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206Add To Outputs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207Circuit Input Power (QPSS, PAC) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207Close Contours (PSS and Envlp) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207Frequency Multiplier . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208Extrapolation Point (PSS and QPSS) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208First-Order Harmonic (PSS) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208First Order Harmonic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209First Order Sideband (PAC) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209Function . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 210Gain Compression (PSS and QPSS) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213Harmonic Frequency (PSS) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213Harmonic Number (Envlp) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214Integration Limits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214Input Harmonic (PSS) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215



Input Harmonic (QPSS) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215Input Power Value (dBm) (PSS, QPSS, and PAC) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216Input or Output Referred 1dB Compression (PSS and QPSS) . . . . . . . . . . . . . . . . 216Input or Output Referred IPN and Order (PSS, QPSS, and PAC) . . . . . . . . . . . . . . 217Maximum Reflection Magnitude (Envlp) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218Message Area . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219Min Reflection Mag . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219Modifier . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219Modulated Input/Output (PAC and PXF) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 220Noise Type . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 220Number of Contours . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221Number of Cycles (Pnoise Jitter) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221Nth Order Harmonic (QPSS) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221Nth Order Sideband (PAC) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222Order . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222Output Harmonic (PSS) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222Output Harmonic (For QPSS) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223Output Sideband (PAC, PXF, QPAC) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224Plot and Replot . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224Plotting Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225Plot Type . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225Plot Buttons (PSP and QPSP) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226Power Spectral Density Parameters (Envlp) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227Reference Resistance (Envlp) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228Resistance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228Select . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229Signal Level (PSS, QPSS, Pnoise) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 230Sweep (PSS, PXF, and Envlp) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231Variable Value (PSS, QPSS, and PAC) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231

The ACPR Wizard . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232Clock Name . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 234How to Measure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 234Channel Definitions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235Simulation Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 236Apply and OK . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237

The RF Simulation Forms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239



Choosing Analysis Form . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239Option Forms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 245Direct Plot Forms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247ACPR Wizard . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255

3Setting Up for the Examples. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 257Setting Up Environment Variables and the Path Statement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 257Using SpectreRF from the MMSIM Hierarchy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 257Accessing the Most Current SpectreRF Documentation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 258Creating a Local Editable Copy of the rfExamples Library . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 258Setting Up the Cadence Libraries . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 259

Using the Library Path Editor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 259Using a UNIX Shell Window . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261Conversion from CDBA to OA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261

Setting Up For Simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261Opening a Circuit in the Schematic Window. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261Choosing Simulator Options . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 264Specifying Outputs to Save . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 265Setting Up Model Libraries . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 266Editing Design Variable Values . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 267

4Simulating Mixers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 271The ne600p Mixer Circuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272Simulating the ne600p Mixer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273

Opening the ne600p Mixer Circuit in the Schematic Window. . . . . . . . . . . . . . . . . . 274Choosing Simulator Options . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 276Setting Up Model Libraries . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 278Setting Design Variables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 279

Harmonic Distortion Measurement with PSS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 280Setting Up the Simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 280Editing the Schematic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 281Setting Up the PSS Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282Running the Simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 285



Plotting and Calculating Harmonic Distortion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 285Noise Figure Measurement with PSS and Pnoise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 290

Setting Up the Simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 290Editing the Schematic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 291Setting up the PSS and Pnoise Analyses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 292Running the Simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 298Plotting the Noise Figure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 298

Noise Figure Measurement and Periodic S-Parameter Plots with PSS and PSP . . . . . 300Setting Up the Simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 301Editing the Schematic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 302Setting up the PSS and PSP Analyses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 303Running the Simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 314Plotting the Noise Figure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 314Plotting Periodic S-Parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 316

Conversion Gain Measurement with PSS and PXF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 319Setting Up the Simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 320Editing the Schematic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 320Setting Up the PSS and PXF Analyses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 321Running the Simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 325Plotting the Conversion Gain . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 325Plotting the Power Supply Rejection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 327

Calculating the 1 dB Compression Point with Swept PSS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 329Setting Up the Simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 329Editing the Schematic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 329Setting Up the Swept PSS Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 329Running the Simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 333Plotting the 1 dB Compression Point . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 333

Third-Order Intercept Measurement with Swept PSS and PAC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 336Setting Up the Simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 336Editing the Schematic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 336Setting Up the PSS and PAC Analyses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 339Running the Simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 345Plotting the IP3 Curve . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 345

Intermodulation Distortion Measurement with QPSS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 347Setting Up the Simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 348Editing the Schematic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 348



Setting Up the QPSS Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 349Selecting Simulation Outputs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 352Running the Simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 354Plotting the Voltage and Power . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 354

Noise Figure with QPSS and QPnoise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 358Setting Up the Simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 358Editing the Schematic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 358Setting Up the QPSS and QPnoise Analyses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 360Selecting Simulation Outputs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 366Running the Simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 367Plotting the Noise Figure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 367Plotting the Output Noise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 369

5Simulating Oscillators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 373Autonomous PSS Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 373

Phases of Autonomous PSS Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 373Phase Noise and Oscillators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 374Starting and Stabilizing the Oscillator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 374The tline3oscRF Oscillator Circuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 375Simulating tline3oscRF Oscillator Circuit with MIC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 376

Opening the tline3oscRF Circuit in the Schematic Window . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 376Choosing Simulator Options . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 377Setting Up Model Libraries . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 378

Periodic Steady State and Phase Noise with PSS and Pnoise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 379Setting Up the Simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 379Setting Up the MIC-PSS Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 380Setting Up the Pnoise Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 384Running the Simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 388Plotting the Fundamental Frequency . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 389Plotting the Periodic Steady State Solution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 392Plotting the Phase Noise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 395Checking the Simulation Log File for MIC-PSS Information . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 397

The oscDiff Circuit: A Balanced, Tunable Differential Oscillator . . . . . . . . . . . . . . . . . . 399Simulating the oscDiff Circuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 400



Opening the oscDiff Circuit in the Simulation Window . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 400Choosing Simulator Options . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 402Setting Up Model Libraries . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 403

Fundamental Frequency, Output Noise, and Phase Noise with PSS and Pnoise . . . . . 404Setting Up the Simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 404Editing Design Variables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 405Setting Up the PSS Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 405Setting Up the Pnoise Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 408Running the Simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 411Plotting the Fundamental Frequency . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 411Plotting the Output Noise and Phase Noise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 413

The Van der Pol Circuit: Measuring AM and PM Noise Separation . . . . . . . . . . . . . . . . 417Simulating the vdp_osc Circuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 417

Opening the vdp_osc Circuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 417Editing Properties for the Inductor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 419Opening the Simulation Window . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 421

Measuring AM and PM Conversion with PSS and Pnoise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 422Setting Up the Simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 423Setting Up the PSS Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 423Setting Up the Pnoise Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 426Running the Simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 431Plotting Modulated Pnoise with the dBV Modifier . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 431Plotting Modulated Pnoise with the dBc Modifier . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 438

Measuring Jitter with PSS and Pnoise Jitter Analyses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 446Opening the oscDiff Circuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 447Opening the Simulation Window . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 448Editing Design Variables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 449Setting Up the Simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 450Specifying Outputs to Save . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 450Setting Up the PSS Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 451Setting Up the Pnoise Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 454Running the Simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 458Measuring Jitter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 458

Troubleshooting for Oscillator Circuits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 467



6Simulating Low-Noise Amplifiers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 469Analyses and Measurement Examples in this Chapter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 469Simulating the lnaSimple Example . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 470

Opening the lnaSimple Circuit in the Schematic Window . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 470Choosing Simulator Options . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 472Setting Up Model Libraries . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 474

Calculating Voltage Gain with PSS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 475Setting Up the Simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 475Editing the Schematic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 476Setting Up the PSS Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 477Running the Simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 479Plotting Voltage Gain . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 479

Calculating Output Voltage Distribution with PSS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 483Setting Up the Simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 483Editing the Schematic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 484Setting up the PSS Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 486Running the Simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 489Plotting the Output Voltage Distribution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 489

S-Parameter Analysis for Low Noise Amplifiers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 490Setting Up the Simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 491Editing the Schematic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 491Setting up the S-Parameter Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 491Running the Simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 493Plotting S-Parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 493Plotting the Voltage Standing Wave Ratio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 498

Linear Two-Port Noise Analysis with S-Parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 499Setting Up the Simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 499Editing the Schematic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 500Setting up the S-Parameter Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 501Running the Simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 504Plotting the Noise Figure and Minimum Noise Figure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 504Plotting the Equivalent Noise Resistance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 508Plotting Load and Source Stability Circles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 510Plotting the Noise Circles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 516



Noise Calculations with PSS and Pnoise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 519Setting Up the Simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 519Editing the Schematic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 520Setting up the PSS and Pnoise Analyses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 521Running the Simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 527Plotting the Noise Calculations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 527

Plotting the 1dB Compression Point . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 532Setting Up the Simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 532Editing the Schematic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 532Setting up the PSS Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 534Running the Simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 538Plotting the 1dB Compression Point . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 538

Calculating the Third-Order Intercept Point with Swept PSS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 540Setting Up the Simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 541Editing the Schematic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 541Setting up the Swept PSS Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 542Running the Simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 544Plotting the Third-Order Intercept Point . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 545

Calculating Conversion Gain and Power Supply Rejection with PSS and PXF . . . . . . . 547Setting Up the Simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 547Editing the Schematic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 548Setting up the PSS and PXF Analyses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 548Running the Simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 551Plotting Conversion Gain and Power Supply Rejection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 552

7Modeling Transmission Lines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 555The Transmission Line Models: tline3, mline, and mtline . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 555

The tline3 Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 555The mline Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 556The mtline Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 556

LMG Use Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 556Modeling Transmission Lines Using the LMG GUI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 556Modeling Transmission Lines Without Using the Visual Interface . . . . . . . . . . . . . . 558

Default Values and the initlmg File . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 558



Tline3 Transmission Line Modeling Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 559Creating a tline3 Macromodel in the LMG GUI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 559Using an Existing tline3 Macromodel in the Schematic Flow . . . . . . . . . . . . . . . . . . 569Resolving A Possible Error Message for a tline3 Model File . . . . . . . . . . . . . . . . . . 576Creating a tline3 Macromodel in the Schematic Flow . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 577

Mline Transmission Line Modeling Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 582Creating an mline Transmission Line Model Starting LMG From UNIX . . . . . . . . . . 582Using an mline Macromodel in the Schematic Flow . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 587Resolving a Possible Error Message for an mline Model File . . . . . . . . . . . . . . . . . 592Creating an mline Transmission Line in the Schematic Flow . . . . . . . . . . . . . . . . . . 594

Using LMG and mtline Together in the Analog Design Environment . . . . . . . . . . . . . . . 599Coplanar Waveguide Modeling and Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 611

Using LMG to Obtain Subcircuit Macromodel and LRCG Files . . . . . . . . . . . . . . . . 612General Theory of Coplanar Waveguide Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 619Simulating Coplanar Waveguides with the Generated LRCG File . . . . . . . . . . . . . . 621Verifying Input Signal Corruption by Microstrip Line Reflection . . . . . . . . . . . . . . . . 634Simulating Coplanar Waveguides with the Generated Subcircuit Macromodel File . 647

Internal Techniques in LMG and Model Accuracy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 658The LMG GUI Reference . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 660

Menus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 662Display Section . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 666Data Entry Section . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 666Function Buttons . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 670

8Modeling RF IC Packages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 673The Four PKG Building Blocks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 675

Package Physical Geometry Modeling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 675EM Solvers and Mesh Making . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 677Macromodel Generation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 677

PKG Setup Requirements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 678License Checking . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 678Executables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 678PKG GUI Files . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 678Initialization Files . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 678



Running pkg . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 679The PKG RF IC Package Modeler Window . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 679

Menu Buttons . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 680Function Buttons . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 682

Package Dimension Setup . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 683QFP Packages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 683Data Entries for QFP Packages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 684SOIC Packages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 686Data Entries for SOIC Packages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 686DIP Packages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 687Data Entries for DIP Packages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 688

Die Attach Setup . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 689Data Entries for SOIC Packages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 690

Internal Lead Frame Setup . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 690Menu Buttons . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 690Function Buttons . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 691Data Entries for the Internal Lead Frame Setup . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 692More about Using Symmetry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 693Lead Frame File Format . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 693

Bond Wire Setup . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 695Menu Buttons . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 695Function Buttons . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 695Data Entries for the Bond Wire Setup . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 697Bond Wire Configurations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 698Bond Wire File Format . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 699Save the Current Setting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 700

Parameter Extraction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 700Capacitance Calculation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 701Inductance Calculation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 703Function Buttons for Parameter Extraction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 705

Macromodel Generation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 706Data Entries and Buttons for Macromodel Generation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 706Die Attach Terminal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 706Macromodel Schematic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 707High Frequency Resonance Damping for the Spectre Simulator . . . . . . . . . . . . . . . 708Accuracy Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 709



Simulation of Package Models in the Analog Circuit Design Environment . . . . . . . . 710Example of Package Modeling With a Mixer Using PKG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 714

9Creating and Using Receiver K-Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 739

Procedures for Simulating k_mod_extraction_example . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 740Analysis Setup . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 746Setting Up the Analyses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 749Running the Simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 755Checking the Simulation Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 755Creating the K-Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 758More About the K-Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 762K-model data files . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 768

10Creating and Using Transmitter J-Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 771

Procedures for Simulating j_mod_extraction_example . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 772Analysis Setup . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 777Running the Simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 785Creating the J-Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 785Using the J-model in a Circuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 787More About the J-model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 798

11Modeling Transmitters. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 811Envelope Following Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 812

Opening the EF_example Circuit in the Schematic Window . . . . . . . . . . . . . . . . . . 812Opening the Simulation Window . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 814Setting Up the Model Libraries . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 815PORT0 and PORT1 in the Schematic Window . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 816Setting Up an Envelope Following Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 818Looking at the Envelope Following Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 820Following the Baseband Signal Changes Through an Ideal Circuit . . . . . . . . . . . . . 824Following the Baseband Signal Changes Through a Non-Ideal Circuit . . . . . . . . . . 831



Plotting the Complete Baseband Signal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 836Plotting the Baseband Trajectory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 839

Measuring ACPR and PSD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 851The ACPR Wizard . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 851Measuring ACPR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 853Setting Up the ACPR Wizard and the envlp Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 853Estimating PSD From the Direct Plot Form . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 865Reference Information for ACPR and PSD Calculations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 871

Measuring Load-Pull Contours and Load Reflection Coefficients . . . . . . . . . . . . . . . . . 881Creating and Setting Up the Modified Circuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 882Setting Up and Running the PSS and Parametric Analyses . . . . . . . . . . . . . . . . . . 893Displaying Load Contours . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 896Adding the Reflection Contours to the Plot . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 901Moving to Differential Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 912

Using S-Parameter Input Files . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 913Setting Up the EF_example Schematic for the First Simulation . . . . . . . . . . . . . . . . 913Adding Components to the Schematic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 916Setting Up the s.param.first Schematic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 920Running the SP Simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 920The S-Parameter File . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 921Setting Up and Running the Second sp Simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 921Using an S-Parameter Input File with a SpectreRF Envlp Analysis . . . . . . . . . . . . . 928

Measuring AM and PM Conversion with Modulated PAC and PXF Analyses . . . . . . . . 938The Modulated Analysis Settings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 939Creating the EF_AMP Circuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 939Setting Up the EF_AMP Circuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 947Opening the Simulation Window for the EF_AMP Circuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 947Edit the Variable Values . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 948Setting up the Model Libraries for the EF_AMP Circuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 949Selecting Outputs To Save . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 949Setting Up and Running the PSS, PAC Modulated and PXF Modulated Analyses . 952Running the Simulations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 963Plotting and Calculating PAC Modulated Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 963Plotting and Calculating PXF Modulated Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 968

Measuring Jitter with PSS and Pnoise Analyses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 972Setting Up the EF_AMP Circuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 972



Open the EF_AMP Schematic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 973Open the Simulation Window for the EF_AMP Circuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 974Setting Up and Running the PSS and Pnoise Analyses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 975Running the Simulations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 982Plotting the Jitter Measurement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 982

12Modeling Spiral Inductors, Bonding Pads, and Transformers .995

Modeling Spiral Inductors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 995Process File Preparation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 997Spiral Inductor Simulation in the Schematic Flow . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1000Spiral Inductor Modeling under the RF Sub-Menu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1009Equivalent Circuit Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1012Rectangular Spiral Inductor Example . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1014

Modeling Bonding Pads . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1027Process Files . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1029Parameter Sets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1030Modeling Issues . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1032LNA Example with Bonding Pads . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1033References for the Bondpad Section . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1043

Modeling Planar Transformers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1044Process File . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1044Symbols and CDF Parameters for Planar Transformers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1045Planar Transformer Modeling Under the RF Sub-Menu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1049Equivalent Circuit Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1051

13Methods for Top-Down RF System Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1055Methods for Top Down RF System Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1055Top-Down Design of RF Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1056

Use Model for Top Down Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1058Baseband Modeling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1060

Example Comparing Baseband and Passband Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1062



Library Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1074Warnings You Can Ignore . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1078Use Model and Design Example . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1078

Opening a New Schematic Window . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1079Opening the Analog Environment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1080Constructing the Baseband Model for the Receiver . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1081Setting Variable Values for the Receiver Schematic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1119Setting Up and Running a Transient Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1122Examining the Results: Eye Diagram, Histogram, and Scatter Plot . . . . . . . . . . . . 1124The Various Instrumentation Blocks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1129Measuring RMS EVM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1130Computing Minimized RMS Noise Using the Optimizer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1136Summarizing the Design Procedure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1158Creating a Passband View of the Architectural Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1158Comparing Baseband and Passband Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1162

Relationship Between Baseband and Passband Noise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1165Intro to Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1166Prep Steps for Analyses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1167

AOscillator Noise Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1175Phase Noise Primer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1176Models for Phase Noise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1179

Linear Time-Invariant (LTI) Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1179Linear Time-Varying (LTV) Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1181Amplitude Noise and Phase Noise in the Linear Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1185Details of the SpectreRF Calculation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1186

Calculating Phase Noise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1190Setting Simulator Options . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1190Tips for Getting a PSS Analysis to Converge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1191How to Tell if the Answer Is Correct . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1192

Troubleshooting Phase Noise Calculations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1192Known Limitations of the Simulator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1193What Can Go Wrong . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1193Phase Noise Error Messages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1196



The tstab Parameter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1197Frequently Asked Questions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1197Further Reading . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1203References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1203

BUsing PSS Analysis Effectively . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1205General Convergence Aids . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1205

Adjusting the steadyratio and tstab Parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1205Additional Convergence Aids . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1206

Convergence Aids for Oscillators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1207Running PSS Analysis Hierarchically . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1208

CUsing the psin Component . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1211

Independent Resistive Source (psin) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1211Capabilities of the psin Component . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1211Terminating the psin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1212Parameter Types for the psin Component . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1213Name Parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1216psin Instance Parameter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1216General Waveform Parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1216Sinusoidal Waveform Parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1217Amplitude Modulation Parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1218FM Modulation Parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1220Noise Parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1223Port Parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1224Temperature Effect Parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1224Small-Signal Parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1225Additional Notes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1227

DThe RF Library . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1229The Contents of the rfLib . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1229



Elements for Transistor-Level RF Circuit Design: Original_RFAHDL_lib Category 1229Elements for Top-Down System-Level RF Design: the top_dwnBB and top_dwnPBCategories . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1230Elements for Both Transistor-Level and System-Level RF Design: the measurement andtestbenches Categories . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1230Elements for Bottom Up Transmitter Design: the bot_upBB Category . . . . . . . . . . 1231

Models for Transistor-Level RF Circuit Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1231Original_RFAHDL_lib Elements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1231Balun . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1232Butterworth and Chebyshev Filters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1233Low-Noise Amplifier (lna) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1236Mixer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1239Oscillator (osc) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1243Power Amplifier (pa) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1245Quadrature Signal Generator (quadrature) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1247Phase Shifter (shifter) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1248

Measurement Elements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1250CDMA Signal Source (CDMA_reverse_xmit) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1251GSM Signal Source (GSM_xmtr) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1255Pi/4-DQPSK Signal Source (pi_over4_dqpsk) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1258Eye-Diagram Generator (eye_diagram_generator) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1261Modifying the Baseband Signal Generators Using the Modelwriter . . . . . . . . . . . . 1263

Testbenches Elements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1267Uncategorized Elements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1268Bottom-Up Design Elements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1268Models for Top-Down RF System Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1269

Baseband and Passband Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1270Assumptions About Behavioral Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1273Inputs and Outputs for Baseband Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1273Some Common Model Parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1274

Library Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1294Notes on models involving frequency translation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1295

Top Down Baseband and Passband Models: top_dwnBB and top_dwn PB . . . . . . . . 1296Power Amplifier Models (PA_BB and PA_PB) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1296Low Noise Amplifier Baseband Models (LNA_BB and LNA_PB) . . . . . . . . . . . . . . 1298IQ Modulator Models (IQ_mod_BB and IQ_mod_PB) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1300



IQ Demodulator (IQ_demod_BB and IQ_demodulator) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1307RF-to-IFand IF-to-RF Mixers (up_cnvrt, dwn_cnvrt and MIXER_PB) . . . . . . . . . . 1315Passive Devices (res_BB, cap_BB and ind_BB) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1322Linear Time Invariant Filters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1330BB_Loss . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1338Phase Shifter Splitter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1339Phase Shifter Combiner . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1343Comparison of Baseband and Passband Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1349

Measurement Blocks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1352Ideal Transformer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1352Rectangular-to-Polar Transformation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1354Polar-to-Rectangular Transformation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1355Instrumentation and Terminating Blocks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1356Baseband Drive Signals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1359BB_driver . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1359References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1366

EPlotting Spectre S-Parameter Simulation Data . . . . . . . . . . . . . 1367Network Parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1367

Equations for Network Parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1368Two-Port Scalar Quantities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1370

Equations for Two-Port Scalar Quantities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1371Two-Port Gain Quantities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1373

Equations for Two-Port Gain Calculations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1374Two-Port Network Circles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1377

Equations for Two-Port Network Circle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1377Equation for VSWR (Voltage Standing Wave Ratio) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1380Equation for ZM (Input Impedance) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1381Equation for GD (group delay) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1381

FUsing QPSS Analysis Effectively . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1383When Should You Use QPSS Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1384Essentials of the MFT Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1385



QPSS and PSS Analyses Compared . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1390QPSS and PSS/PAC Analyses Compared . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1392QPSS Analysis Parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1392Application Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1393

Switched Capacitor Filter Example . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1394High-Performance Receiver Example . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1395

Running a QPSS Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1397Picking the Large Fundamental . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1397Setting Up Sources . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1398Sweeping a QPSS Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1399

Convergence Aids . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1400Memory Management . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1402Dealing with Sub-harmonics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1403Understanding the Narration from the QPSS Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1403References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1408

GIntroduction to the PLL library . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1409Models in the PLL library . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1410Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1411Phase-Domain Model of a Simple PLL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1411

Example 1: Dynamic Test for Capture Range and Lock Range . . . . . . . . . . . . . . . 1416Example 2: Loop Gain Measurement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1417Example 3: PM Input . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1435

Modeling a PFD-Based PLL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1437VCO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1438Frequency Divider . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1439Charge Pump . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1439Loop Filter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1439State-Space Averaged PFD (Phase-Domain Phase-Frequency Detector Model) . 1440Lock Indicator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1443Example 5: Comparison With a Voltage-Domain Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1445

How the PFD Model Works . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1447How the PDF/CP Pump Works . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1447

References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1452



HUsing the Port Component . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1455The Independent Resistive Source or Port Component . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1455

Capabilities of the Port Component . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1455Terminating the Port Component . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1456

Port Component Parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1456General Port Parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1458General Waveform Parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1459DC Waveform Parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1460Pulse Waveform Parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1461PWL Waveform Parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1464Sinusoidal Waveform Parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1469Modulation Parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1471Display Second Sinusoid Parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1476Exponential Waveform Parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1477Noise Parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1478Small-Signal Parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1481Temperature Parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1483

How the Temperature Parameters Affect the Voltage Level . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1484Active Parameters in Specific Analyses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1485

IAnalyzing Time-Varying Noise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1487Characterizing Time-Domain Noise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1487Calculating Time Domain Noise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1490Calculating Noise Correlation Coefficients . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1493Cyclostationary Noise Example . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1495Reference Information on Time-Varying Noise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1503

Thermal Noise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1504Linear Systems and Noise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1510Time-Varying Systems and the Autocorrelation Function . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1514Time-Varying Systems and Frequency Correlations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1518Time-Varying Noise Power and Sampled Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1521

Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1523



JUsing Tabulated S-parameters. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1527Using the nport Components . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1528Controlling Model Accuracy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1530

Using relerr and abserr . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1530Using the ratorder Parameter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1532

Troubleshooting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1532Assessing the Quality of the Rational Interpolation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1533

Model Reuse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1534The S-Parameter File Format Translator (SPTR) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1534References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1535

KMeasuring AM, PM and FM Conversion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1537Derivation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1537

Positive Frequencies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1541FM Modulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1542

Simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1543Results . . . . . . . . . . . . . . . . . .