使用 LTspice 進行噪聲建模以及在 LTspice 中模擬噪聲源。本文介紹如何使用 LTspice 測量運算放大器以及與雙 JFET 輸入級組合的運算放大器的噪聲。測量的準(zhǔn)確度如何？它們有用嗎？為了找到答案，將結(jié)果與數(shù)據(jù)表中的噪聲規(guī)格進行比較。
　　有關(guān)運算放大器噪聲以及噪聲源如何組合的精彩總結(jié)，請參閱Analog Devices 的本文和應(yīng)用說明。 Analog Devices 的這段視頻很好地解釋了如何將 RMS 值轉(zhuǎn)換為峰峰值。
　　LTspice 噪聲仿真示例：低噪聲運算放大器
　　第一個要測試的組件是低噪聲運算放大器。該電路是一個標(biāo)準(zhǔn)的同相放大器，其電阻與同相輸入串聯(lián)，用于測量偏置電流噪聲。
　　電源和輸入電阻的值已參數(shù)化，以便于在 .STEP 指令中更改和使用它們。稍后會詳細(xì)介紹這一點。為什么電阻值要加上“無噪音”？將這個未記錄的屬性添加到電阻器會告訴 LTspice 忽略該電阻器作為噪聲源。此功能非常有用，因為不必從測量中減去電阻器產(chǎn)生的額外噪聲?？梢允褂媒M件屬性編輯器添加無噪聲屬性。按住控制鍵并右鍵單擊電阻體來啟動此編輯器。添加“無噪音”一詞作為附加值。有了這個特性，唯一的噪聲源就是運算放大器。完美的！
　　運算放大器是 Analog Devices 的 ADA4627。選擇這一部分并沒有做太多工作?？焖贋g覽Analog Devices 的低噪聲運算放大器選擇表后，ADA4627 引起了我的注意。它具有低噪聲并支持 ±5V 至 ±15V 的電源電壓。然后，檢查數(shù)據(jù)表后發(fā)現(xiàn)噪聲已得到明確說明。未選擇它是因為數(shù)據(jù)表規(guī)格與 LTspice 測試匹配或不匹配。　　以下是ADA4627 數(shù)據(jù)表的噪聲部分。左欄適用于“B 級”部件，右欄適用于“A 級”部件。下表中使用了規(guī)格。

　　該表來自Analog Devices ADA4627 數(shù)據(jù)表　　以下是模擬中使用的 LTspice 指令。

　　測量條件通過左側(cè)的說明進行設(shè)置。 .PARAM 語句為原理圖中的變量提供值。這些是花括號中的變量名稱，例如 {RINP}。 .STEP 語句使用不同的變量值運行多個模擬。例如，兩次運行是使用不同的輸入電阻值完成的。輸入電壓噪聲測量值較?。ú襟E#1），輸入電流噪聲測量值較大（步驟#2）?！　y量值由右側(cè)的 .MEAS 語句指定。無需額外計算即可與數(shù)據(jù)表進行比較。我不會詳細(xì)介紹每個 .MEAS 語句。不過，讓我們看一下 1kHz 時的輸入電壓噪聲。

　　.meas NOISE en1_1k_RMS FIND V(噪聲)@1 AT 1K
　　噪聲- 將測量應(yīng)用于噪聲模擬
　　en1_1k_RMS - 只是結(jié)果的名稱。在日志文件中使用。
　　FIND - 指定測量，在本例中只是獲取數(shù)據(jù)值
　　V(inoise)@1 - 測量中使用的數(shù)據(jù)集。詳細(xì)信息如下。
　　AT 1K - 選擇數(shù)據(jù)頻率
　　現(xiàn)在來說說魔法。單擊正在運行的工程師?！　∠聢D顯示了兩步模擬的結(jié)果。綠色跡線是具有 1Ω 輸入電阻的步驟 #1。紫色跡線是具有 10MΩ 輸入電阻的步驟 #2。紅色跡線顯示了兩次運行之間的差異。

　　“V（噪聲）”需要解釋一下。 “V(噪聲)”是返回到輸入的整個電路的輸出電壓噪聲。這是由 LTspice 針對每個噪聲模擬計算的。這將在下面進一步解釋。請記住，噪聲源以 RMS 方式相加和相減。當(dāng)一個噪聲源變得比另一個噪聲源大時，它開始完全占據(jù)主導(dǎo)地位。沒問題！ LTspice 為我們處理計算！
　　通過在源后添加“@1”或“@2”來選擇特定.STEP 運行的數(shù)據(jù)。例如，“@1”是使用小輸入電阻運行?！　?MEAS 語句中的數(shù)據(jù)可在 Spice 錯誤日志中找到。以下表格將數(shù)據(jù)表值與測量值進行比較。

　　數(shù)據(jù)表給出了 0.1 至 10 Hz（ 1/f區(qū)域）噪聲的峰峰值，但 LTspice 計算 RMS。我使用因子 5 將 RMS 轉(zhuǎn)換為峰峰值。 A 級和 B 級的電壓噪聲相同。然而，當(dāng)前的噪音卻不同。 B級如表所示。
　　測量結(jié)果在“Spice Error Log”中。通過選擇繪圖窗口并選擇“查看”->“Spice 錯誤日志”來打開此文件。向下滾動到 .MEAS 結(jié)果。這是上面解釋的電壓噪聲測量的條目?！　≡韴D上的指令：

　　.meas NOISE en1_1K_RMS FIND V(噪聲)@1 AT 1K

　　相應(yīng)的 Spice 錯誤日志條目：
　　測量：en1_1k_RMS
　　步驟 v(噪聲)@1 at
　　5.03632e-009 1000
　　5.03632e-009 1000
　　顯示每個步驟的測量結(jié)果。然而，在這些運行中，步驟 #2 值被步驟 #1 值覆蓋，因為數(shù)據(jù)是使用“@1”規(guī)范指定的。
　　.MEAS 指令中的“V(inoise)”源是什么？在 LTspice 幫助中，V(inoise) 是“輸入?yún)⒖荚肼曤妷好芏取钡挠嬎憬Y(jié)果。該噪聲源是電路中所有噪聲源返回輸入的輸出噪聲。然而，由于所有電阻都是“無噪聲”的，因此噪聲只是運算放大器的輸入噪聲。再次，完美！　　以下圖表解釋了“V（噪聲）”或“輸入?yún)⒖荚肼曤妷好芏取薄?V(噪聲)、V(單噪聲) 和增益顯示在單獨的窗口中。 V(噪聲) 和 V(單噪聲) 的測量光標(biāo)置于 1kHz。將輸出噪聲 V(onoise) 除以 V(噪聲) 得到電路增益 50。V(噪聲) 是運算放大器的輸入噪聲，因為所有電阻器都是“無噪聲”的。

　　LTspice 噪聲仿真示例 2：低噪聲 JFET 運算放大器　　下一個要測試的組件是超低噪聲雙 JFET。這是電路圖。

　　以下是使噪聲測量與運算放大器電路的噪聲測量幾乎相同的關(guān)鍵點。

　　差分對的增益足夠大，使得運算放大器的噪聲與放大的 JFET 噪聲相比非常小，可以忽略不計。
　　偏置 JFET (I1) 的電流源噪聲對于兩個運算放大器輸入來說是共同的，并且可以通過運算放大器的共模抑制來消除。
　　LTspice 的“無噪聲”屬性消除了漏極電阻（RD1、RD2）產(chǎn)生的噪聲?！　‰p JFET 是Linear Integrated Systems的LSK489。選擇該器件是因為它位于標(biāo)準(zhǔn) LTspice 庫中，并且是一款噪聲極低的器件。未選擇它是因為數(shù)據(jù)表規(guī)格與 LTspice 測試匹配或不匹配。這是完整的原理圖。

　　該電路改編自線性集成電路應(yīng)用筆記　　還有其他參數(shù)化部分。 R3 設(shè)置 JFET 的漏極電流，并與 R1 和 R2 一起設(shè)置漏極至源極電壓。該電路改編自線性集成系統(tǒng)公司的應(yīng)用筆記。我喜歡使用 LED 來設(shè)置 Q1 的工作點。這對我來說是新的！

　　測量結(jié)果與運算放大器模擬的測量結(jié)果非常相似。一個區(qū)別是該電路有兩個 JFET，兩者都會產(chǎn)生輸入電壓噪聲。數(shù)據(jù)表給出了一個 JFET 的噪聲。如果需要，將組合噪聲的測量結(jié)果乘以 1/√2，即可得到單個設(shè)備的噪聲。對于輸入電流噪聲的測量，無需進行此調(diào)整，因為大串聯(lián)電阻僅位于一個輸入上。數(shù)據(jù)表中的噪聲規(guī)格假定漏源電壓為 15 VDC。然而，測試電路使用 9.5 VDC 來保持在運算放大器的共模電壓范圍內(nèi)。以防萬一，在一定范圍的漏源電壓上進行了測試，結(jié)果表明漏源電壓不會顯著影響噪聲。您能找到此測試的 .STEP 嗎？
　　再次，魔杖觸動了運行工程師。 LTspice 測量結(jié)果與數(shù)據(jù)表相比如何？
　　規(guī)格數(shù)據(jù)表值（典型值）LTspice 測量
　　噪聲電壓 (10 Hz)3.5nV/√Hz3.8nV/√Hz
　　噪聲電壓（1kHz）2.0nV/√Hz1.8nV/√Hz
　　電壓噪聲 0.1 至 10 Hz未指定0.12μV峰峰值
　　電流噪聲密度（100 Hz）未指定1.8fA/√Hz
　　電流噪聲 0.1 至 10 Hz未指定28 fA 頁
　　不錯！顯示了數(shù)據(jù)表中未包含的其他測量結(jié)果，但可用于與運算放大器電路進行比較。
　　結(jié)論
　　LTspice 用于測量低噪聲運算放大器以及在輸入中添加了低噪聲雙 JFET 的同一運算放大器的電壓和電流噪聲。兩種器件的模擬值和數(shù)據(jù)表中的值非常一致。 .STEP 和 .MEAS 指令用于計算值以直接與數(shù)據(jù)表進行比較。