怎么使用LTspice教程進行噪聲分析？

LTspice的一個功能是能夠對電路中的噪聲進行建模。本文介紹了用LTSPICE進行基本電路仿真之外的噪聲分析和結果顯示的基本知識。假設你知道如何創建LTspice原理圖并運行AC分析。如果你對噪聲理論知之甚少，可以使用LTspice和這里介紹的技術來幫助你學習。如果你熟悉噪聲，請使用本文快速開始使用LTspice的這一部分，甚至還有一個提示。

建模噪聲與其他建模（如AC分析）略有不同。LTspice在電路的各個組件中找到噪聲源；換句話說，這些噪聲源沒有用放置在原理圖中的單獨信號源指定。噪聲分析涉及跟蹤各個噪聲源以及這些源如何相加以產生總輸出噪聲。讓LTspice自動完成所有“簿記”是一個比手動分析更大的優勢。稍后將討論一些限制，但讓我們開始基礎知識。以下是一些LTspice噪聲仿真示例。

模擬1：電阻分壓器

我們從一個分壓器開始，這個分壓器用來建立一個單電源電壓電路中的電壓基準或偏壓。電阻產生“熱”噪聲，噪聲量取決于電阻值、帶寬和溫度（從默認溫度開始）。

與AC分析一樣，從“編輯模擬命令”窗口開始，選擇“噪聲”選項卡。然后，填寫參數以構建命令。

輸出：電路中的一個點，所有單獨的噪聲源將組合成一個值。這里使用“REF”。

輸入：將“輸入”設置為電路中的無噪聲源。我們使用電源V1。LTspice在此處輸入的源處計算“等效噪聲輸入”。

掃描類型：選擇與AC分析一樣。這里使用了十年。

每十年的點數：輸入一個數字以提供所需的繪圖和分析分辨率；此處使用100。

起始頻率 和停止頻率：這些參數類似于AC分析中的相應參數; 它們指定了分析的頻率范圍。但是，它們還指定LTspice計算輸出總噪聲時使用的通帶。稍后會有更多內容?，F在使用1和100K。單擊“確定”并將噪聲分析命令放在原理圖上。你可以猜到下一步。運行模擬！就像在AC分析中一樣，使用探針光標并單擊REF節點。請注意，LTspice將輸出圖的名稱更改為“V（onoise）”。

該圖顯示9.1nV/Hz1/2的平坦線。這是以RMS方式加在一起的所有單個噪聲源的總和，以在輸出端產生噪聲。垂直軸的單位為nV/ Hz1/2。這是一個不起眼的單位，并解釋它超出了本文的范圍。只要知道以這種方式描述的噪聲源意味著噪聲隨頻率而變化，并且在頻率范圍內通過帶寬的平方根進行積分。例如，如果噪聲源是從150Hz到250 Hz的13nV/Hz1/2，則該頻率范圍內的總噪聲為13nV/Hz，即100的平方根的1/2倍，即13 nV/Hz1/2×10 Hz1/2=130nV RMS。單擊R1的主體。這增加了僅來自R1的輸出噪聲圖。它是6.4nV/Hz1/2的扁平線。

模擬2：添加濾波器

接下來，添加一個電容器過濾電源噪聲。電容器還可過濾R1和R2的噪聲。再次運行相同的模擬。低頻噪聲沒有改變，但高頻噪聲被過濾了。電阻器和電容器構成低通濾波器。將光標放在C1上。沒有探頭！純電容器被認為是無噪聲的，沒有任何可繪制的。增加電容器的電阻（例如漏電阻），并出現探頭，以便繪制此電阻。

現在我們有了一個很好的工具來探索權衡并更深入地了解電路的噪聲性能。例如，R1和R2可以做得更小，以減少它們的熱噪聲，但這會消耗更多的功率，C1必須更大，以保持相同的低通濾波器特性。

模擬3：添加緩沖放大器

偏置電路的一種變化是用電壓跟隨器緩沖電阻分壓器。我們添加了一個運算放大器，用于高輸出電流、寬帶寬以及驅動相當大的容性負載的能力。這部分是在標準的LTspice Opamps庫中。運行相同的模擬，但將模擬輸出更改為BREF。由于運算放大器的1 /噪聲，低頻噪聲已經上升，并且由于運算放大器的額外噪聲未被過濾，因此返回了更高頻率的噪聲。特別是在低頻時，可以看到運算放大器噪聲遠大于電阻分壓器的噪聲。

模擬4：溫度

溫度怎么樣？LTspice的默認值為27°C。使用.STEP或.OPTIONS指令對不同溫度下的噪聲進行建模。temp變量內置于LTspice中。下一個圖表顯示了溫度范圍-25°C至125°C，以25°C的步驟顯示，使用.STEP指令指定?？梢允褂?OPTIONS指令指定單個溫度。例如，“.OPTIONS temp = 100”。

總輸出噪聲

在某些時候，你希望將總噪聲知道為單個電壓。LTspice通過首先在感興趣的頻帶上運行模擬來計算頻帶內的總噪聲。例如，使用500 Hz至1500 Hz。然后，繪制輸出噪聲。按住鍵的同時，左鍵單擊繪圖頂部的V（onoise）標簽。彈出一個小窗口，顯示頻段內的總RMS噪聲。

局限性

總噪聲計算使用理想的平方通帶。必須根據實際通帶形狀調整輸出端的總噪聲；電阻器被建模為理想的熱噪聲源。實際電阻可能會產生額外的噪聲，稱為過量噪聲；1 /區域的運算放大器噪聲建?？赡懿粶蚀_。

提示

LTspice允許在分析中忽略電阻器中的噪聲。例如，運算放大器電路中較大反饋電阻可以控制噪聲，并且很難看出運算放大器的貢獻。你可以通過在原理圖中的電阻值之后添加無噪聲一詞來關閉電阻器噪聲。例如，值10Meg變為10Meg無噪聲。在圖4中，將無噪聲添加到R1和R2的值以僅查看來自U1的噪聲。采用LTspice的低噪音設計非常簡單，只需使用無噪聲即可改善你的設計！