如何使用LTspice进行瞬态分析和噪声源仿真？

让我们讨论如何使用噪声分析在频域中构建噪声源，并使用瞬态分析在时域中构建噪声源。我们将通过仿真LTspice中的电路噪声来实现这一点。本文假设您对“仿真 - >编辑仿真命令”菜单中的瞬态和噪声分析选项有一定的经验，并且对电阻等电路元件的噪声有一定的了解。

仿真1：频域噪声分析源

在噪声分析中，LTspice使用它在电阻器、晶体管和运算放大器等电路元件中找到所有噪声源。这对于许多分析任务来说已足够，但有时使用一个独立噪声源是有用的。例如，噪声源可以是传感器的一部分。没有可用于噪声分析的标准信号源。我们从一个新的特殊数字开始：60.328×10 18。别担心，它不会在测试中。LTspice认为会产生1.000001 V/Hz1/2热噪声的电阻值。如果在电阻器的热噪声计算中使用了大量有效数字，即，则可以得到相同的数√4kBTR。这里描述源的关键是使用电阻器作为白噪声发生器。

电阻产生的电压噪声是电压相关电压源的输入。这部分是LTspice组件库中的“e”。这里的“e”源使用值1来产生输出为1 V / Hz 1/2的源。将值更改为0.001会产生1mV/Hz1/2，依此类推。具有相同值的另一个电阻器被施加到电压相关电流源的输入端（库中的“g”）以产生电流噪声。

LTspice中的“无噪声”功能

R102是用来将电流噪声转换成电压进行绘图的。使用实际负载时应将其移除。R102被分配了未记录的器件属性“无噪声”，它告诉LTspice忽略电阻器作为噪声源。此功能非常有用，因为不必从测量中减去电阻器产生的额外噪声。

通过按住控制键并右键单击电阻器，使用组件属性编辑器添加无噪声属性。添加“无噪声”一词作为附加值。双击可见字段，使其在原理图上显示为附加值。将当前输出称为“cnoise”而不是“inoise”，以避免与LTspice用作特殊标签的“inoise”混淆。V100和V101是噪声仿真所需的输入源。

仿真2：在时域中使用随机函数

现在转到时域和瞬态分析。在时域中需要产生称为噪声的“模糊”波形。这里显示的信号源产生近似的“白色”噪声。我们将对LTspice中的伪随机函数进行深入研究并详细探讨它们。

LTSPICE内置任意行为电压或电流源。它们被称为“B”函数，我们将使用库中的“bv”。电流来源是“bi”。B源使用函数来指定输出。LTspice中有三个函数可以产生噪声或随机数作为这些源的输入。这三个函数是RAND（）、RANDOM（）和WHITE（）。它们产生具有不同特征的伪随机数。

该图显示了一个重复三次的反相放大器。每个实例使用三个函数之一。时域图显示了输出的差异。RAND（）是顶部图。输出不平滑，看起来不像我们想要的模糊波形。中间的图是RANDOM（）。RANDOM（）平滑输出但注意直流偏移。底部的图是WHITE（）。输出更平滑，没有直流偏移。

这三个来源产生相关产出。换句话说，它们一起移动。在准确的噪声仿真中，所有源都是独立的或不相关的。内部随机数生成器产生类似的输出，可能是因为所有函数都基于相同的时间变量。如果你需要多个不相关的噪声源，PWL源（如下所述）可能会更好。该仿真包括.MEASURE指令，将波形的均方根值和峰间值打印到SPICE错误日志中。以下是此次运行的结果。

“wh--”是WHITE（）。“Rdm--”是RANDOM（）。“Rd--”是RAND（）。峰峰值应接近1伏。峰峰值与RMS的比值应为4至6，这是白噪声的典型值。请注意，偏移量从RAND（）和RANDOM（）中删除。通过将函数内部时间变量乘以比例因子来控制源的高频截止。很多这些东西没有记录。以下是两个显示比例因子为1000和10000的图表。

让我们更详细地看一下输出。以下是图表的前几毫秒，其中突出显示了数据点。

有时RANDOM（）和WHITE（）被描述为RAND（）的低通滤波版本。这些详细的图表显示情况并非如此。此外，WHITE（）不仅仅是RANDOM（）的偏移版本。这是两个函数的差减去了偏移量，差别很大。

仿真3：在时域中使用PWL

另一种时域技术使用PWL（分段线性）源。波形的各个部分用文本文件中的时间-电压对列表来指定。这是用电子表格和RND（）函数创建的1000点文件的开头。RND（）的输出偏移为-0.5，使数字居中于0左右。大多数电子表格程序应接受“= RND（） - 0.5”。

LTspice使用空白分隔符。我用了一个标签。将文件放在与原理图相同的目录中，并在为源设置PWL功能时在PWL文件框中输入文件名。例如，我使用 random_data.txt。

以下是此次运行的峰峰值和RMS测量值。

可以将运行中的数据导出为与输入文件格式相同的文本文件。请参见“ 文件 - >将数据导出为文本”。以下是此次运行的导出文件的开头。LTspice为time = 0添加了一个条目，该条目不在输入文件中。在比较输入和输出文件时，可以看到运算放大器反转和其他电路效应。

提示：导出到.wav音频文件

LTspice可以将绘图数据导出到.wav音频文件。将此指令放入上面的原理图中，只产生一个工程师可能喜欢的声音。

你还可以免费制作一个.csv到.wav的文件转换器。

总结

本文介绍了几种仿真白噪声源的方法，并讨论了它们的一些局限性。还有其他创造性的方法可以为LTspice制作噪声源。例如，有些人使用半导体器件来产生1/噪声。