怎么使用LTspice教程进行噪声分析？

LTspice的一个功能是能够对电路中的噪声进行建模。本文介绍了用LTSPICE进行基本电路仿真之外的噪声分析和结果显示的基本知识。假设你知道如何创建LTspice原理图并运行AC分析。如果你对噪声理论知之甚少，可以使用LTspice和这里介绍的技术来帮助你学习。如果你熟悉噪声，请使用本文快速开始使用LTspice的这一部分，甚至还有一个提示。

建模噪声与其他建模（如AC分析）略有不同。LTspice在电路的各个组件中找到噪声源；换句话说，这些噪声源没有用放置在原理图中的单独信号源指定。噪声分析涉及跟踪各个噪声源以及这些源如何相加以产生总输出噪声。让LTspice自动完成所有“簿记”是一个比手动分析更大的优势。稍后将讨论一些限制，但让我们开始基础知识。以下是一些LTspice噪声仿真示例。

模拟1：电阻分压器

我们从一个分压器开始，这个分压器用来建立一个单电源电压电路中的电压基准或偏压。电阻产生“热”噪声，噪声量取决于电阻值、带宽和温度（从默认温度开始）。

与AC分析一样，从“编辑模拟命令”窗口开始，选择“噪声”选项卡。然后，填写参数以构建命令。

输出：电路中的一个点，所有单独的噪声源将组合成一个值。这里使用“REF”。

输入：将“输入”设置为电路中的无噪声源。我们使用电源V1。LTspice在此处输入的源处计算“等效噪声输入”。

扫描类型：选择与AC分析一样。这里使用了十年。

每十年的点数：输入一个数字以提供所需的绘图和分析分辨率；此处使用100。

起始频率 和停止频率：这些参数类似于AC分析中的相应参数; 它们指定了分析的频率范围。但是，它们还指定LTspice计算输出总噪声时使用的通带。稍后会有更多内容。现在使用1和100K。单击“确定”并将噪声分析命令放在原理图上。你可以猜到下一步。运行模拟！就像在AC分析中一样，使用探针光标并单击REF节点。请注意，LTspice将输出图的名称更改为“V（onoise）”。

该图显示9.1nV/Hz1/2的平坦线。这是以RMS方式加在一起的所有单个噪声源的总和，以在输出端产生噪声。垂直轴的单位为nV/ Hz1/2。这是一个不起眼的单位，并解释它超出了本文的范围。只要知道以这种方式描述的噪声源意味着噪声随频率而变化，并且在频率范围内通过带宽的平方根进行积分。例如，如果噪声源是从150Hz到250 Hz的13nV/Hz1/2，则该频率范围内的总噪声为13nV/Hz，即100的平方根的1/2倍，即13 nV/Hz1/2×10 Hz1/2=130nV RMS。单击R1的主体。这增加了仅来自R1的输出噪声图。它是6.4nV/Hz1/2的扁平线。

模拟2：添加滤波器

接下来，添加一个电容器过滤电源噪声。电容器还可过滤R1和R2的噪声。再次运行相同的模拟。低频噪声没有改变，但高频噪声被过滤了。电阻器和电容器构成低通滤波器。将光标放在C1上。没有探头！纯电容器被认为是无噪声的，没有任何可绘制的。增加电容器的电阻（例如漏电阻），并出现探头，以便绘制此电阻。

现在我们有了一个很好的工具来探索权衡并更深入地了解电路的噪声性能。例如，R1和R2可以做得更小，以减少它们的热噪声，但这会消耗更多的功率，C1必须更大，以保持相同的低通滤波器特性。

模拟3：添加缓冲放大器

偏置电路的一种变化是用电压跟随器缓冲电阻分压器。我们添加了一个运算放大器，用于高输出电流、宽带宽以及驱动相当大的容性负载的能力。这部分是在标准的LTspice Opamps库中。运行相同的模拟，但将模拟输出更改为BREF。由于运算放大器的1 /噪声，低频噪声已经上升，并且由于运算放大器的额外噪声未被过滤，因此返回了更高频率的噪声。特别是在低频时，可以看到运算放大器噪声远大于电阻分压器的噪声。

模拟4：温度

温度怎么样？LTspice的默认值为27°C。使用.STEP或.OPTIONS指令对不同温度下的噪声进行建模。temp变量内置于LTspice中。下一个图表显示了温度范围-25°C至125°C，以25°C的步骤显示，使用.STEP指令指定。可以使用.OPTIONS指令指定单个温度。例如，“.OPTIONS temp = 100”。

总输出噪声

在某些时候，你希望将总噪声知道为单个电压。LTspice通过首先在感兴趣的频带上运行模拟来计算频带内的总噪声。例如，使用500 Hz至1500 Hz。然后，绘制输出噪声。按住键的同时，左键单击绘图顶部的V（onoise）标签。弹出一个小窗口，显示频段内的总RMS噪声。

局限性

总噪声计算使用理想的平方通带。必须根据实际通带形状调整输出端的总噪声；电阻器被建模为理想的热噪声源。实际电阻可能会产生额外的噪声，称为过量噪声；1 /区域的运算放大器噪声建模可能不准确。

提示

LTspice允许在分析中忽略电阻器中的噪声。例如，运算放大器电路中较大反馈电阻可以控制噪声，并且很难看出运算放大器的贡献。你可以通过在原理图中的电阻值之后添加无噪声一词来关闭电阻器噪声。例如，值10Meg变为10Meg无噪声。在图4中，将无噪声添加到R1和R2的值以仅查看来自U1的噪声。采用LTspice的低噪音设计非常简单，只需使用无噪声即可改善你的设计！