LTspice噪聲仿真示例：低噪聲運算放大器

第一個要測試的元件是低噪聲運算放大器。該電路是標準的非反相放大器，其電阻與非反相輸入串聯，以測量偏置電流噪聲。

電源和輸入電阻的值已經參數化，以便于更改和使用.STEP指令。為什么電阻值會增加無噪聲？將此未記錄的屬性添加到電阻器會使LTspice忽略電阻器作為噪聲源。此功能非常有用，因為不必從測量中減去電阻器產生的額外噪聲。可以使用組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器主體，啟動此編輯器。添加無噪音一詞作為附加值。使用此功能，唯一的噪聲源是運算放大器。

運算放大器是ADI公司的ADA4627。ADA4627引起了對ADI公司低噪聲運算放大器選擇表快速掃描的注意。它具有低噪聲、支持±5V至±15V的電源電壓。然后，檢查數據表顯示噪聲已明確指定。它沒有被選中，因為數據表規格與LTspice測試相符或不相符。以下是ADA4627數據表的噪聲部分。左欄是B級部件，右欄是A級部件。下面的比較表顯示規格。

該表來自ADI公司的ADA4627數據表

以下是模擬中使用的LTspice指令。

測量條件設置在左側的語句中。.PARAM語句為原理圖中的變量提供值。這些是大括號中的變量名，例如{RINP}。.STEP語句使用不同的變量值運行多個模擬。例如，使用輸入電阻的不同值完成兩次運行。輸入電壓噪聲測量值（步驟＃1）較小，輸入電流噪聲測量值較大（步驟＃2）。使用右側的.MEAS語句指定測量值。無需額外計算即可與數據表進行比較。讓我們看一下輸入電壓噪聲為1kHz。

噪聲：將測量應用于噪聲模擬；en1_1k_RMS：只是結果的名稱，用于日志文件；FIND ：指定測量，在這種情況下只是獲取數據值；V（inoise）@ 1：用于測量的數據集，詳情如下；AT 1K：選擇數據的頻率。

單擊正在運行的工程。這是一個顯示兩步模擬結果的圖表。綠色跡線為步驟＃1，輸入電阻為1Ω。紫色跡線是步驟＃2，帶有10MΩ輸入電阻。紅色曲線顯示兩次運行之間的差異。

V（inoise）需要解釋。V（inoise）是返回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方式加減。當一個噪聲源比另一個噪聲源大時，它開始完全占主導地位。通過在源之后添加“@ 1”或“@ 2”來選擇特定.STEP運行的數據。例如，“@ 1”表示使用小輸入電阻運行。來自.MEAS語句的數據可在Spice錯誤日志中找到。下表是將數據表值與測量值進行比較的表格。

數據表給出了0.1到10 Hz（1 /區域）噪聲的峰峰值，但LTspice計算RMS。應用系數5將RMS轉換為峰峰值。A級和B級的電壓噪聲相同。但是，目前的噪音是不同的。B級顯示在表中。測量結果在Spice Error Log中。選擇繪圖窗口打開此文件，然后選擇View-> Spice Error Log。向下滾動到.MEAS結果。以下是上述電壓噪聲測量的條目。原理圖指令：

相應的Spice錯誤日志條目：

顯示每個步驟的測量結果。但是，在這些運行中，步驟＃2值被步驟＃1值覆蓋，因為數據是使用“@ 1”規范指定的。什么是.MEAS指令中的V（inoise）源？從LTspice幫助中，V（inoise）是輸入參考噪聲電壓密度的計算。此噪聲源是輸出噪聲，返回到電路中所有噪聲源的輸入。但是，由于所有電阻都是無噪聲，因此噪聲僅是運算放大器的輸入噪聲。

以下是解釋V（inoise）或輸入參考噪聲電壓密度的圖表。V（inoise）、V（onoise）和增益顯示在單獨的窗口中。V（inoise）和V（onoise）的測量光標位于1kHz。將輸出噪聲V（onoise）除以V（inoise）的電路增益為50. V（inoise）是運算放大器的輸入噪聲，因為所有電阻都是無噪聲。

LTspice噪聲仿真示例2：低噪聲JFET運算放大器

下一個要測試的元件是一個非常低噪聲的雙JFET。這是電路圖。

以下是使噪聲測量與運算放大器電路幾乎相同的關鍵點：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）的電流源噪聲對兩個運算放大器輸入都是通用的，并且通過運算放大器的共模抑制消除；使用LTspice無噪聲屬性消除了漏極電阻（RD1、RD2）的噪聲。

雙JFET是Linear Integrated Systems的LSK489。選擇此部分是因為它位于標準LTspice庫中，并且是一種噪聲非常低的器件。因為數據表規范與LTSPICE測試不匹配，所以沒有選擇它。

該電路采用 Linear Integrated Circuits應用筆記

還有其他參數化部分。R3設置JFET的漏極電流，并與R1和R2一起設置漏極—源極電壓。該電路改編自Linear Integrated Systems 的應用筆記。我喜歡使用LED來設置Q1的工作點。

測量結果與運算放大器仿真非常相似。一個區別是電路有兩個JFET，都有助于輸入電壓噪聲。數據表給出了一個JFET的噪聲。如果需要，將組合噪聲的測量值乘以1 /√2，以獲得單個器件的噪聲。這種調整對于測量輸入電流噪聲不是必需的，因為大串聯電阻僅在一個輸入上。數據表中的噪聲規格假設漏極—源極電壓為15 VDC。但是，測試電路使用9.5 VDC保持在運算放大器的共模電壓范圍內。測試是在一系列漏源電壓下進行的，結果表明漏源電壓不會顯著影響噪聲。你能發現這個測試的.STEP嗎？LTspice測量與數據表相比如何？

顯示的附加測量值不在數據表中，但可用于與運算放大器電路進行比較。

總結

LTspice用于測量低噪聲運算放大器的電壓和電流噪聲，以及在輸入端添加低噪聲雙JFET的相同運算放大器。模擬值與兩個器件的數據表中的值之間存在良好的一致性。.STEP和.MEAS指令用于計算與數據表直接比較的值。

提示

低噪聲運算放大器數據表通常有一個數字，顯示0.1 Hz至10 Hz頻段內10秒的示波器噪聲跡線。使用現成的工具，你可以將此跟蹤數字化并將其轉換為CSV文件。然后，CSV文件用于指定PWL電壓源。這些圖顯示了數據表圖和來自帶有PWL源的瞬態分析的相應圖。

該圖來自ADI公司的ADA4627數據表