使用 LTspice 进行噪声建模以及在 LTspice 中模拟噪声源。本文介绍如何使用 LTspice 测量运算放大器以及与双 JFET 输入级组合的运算放大器的噪声。测量的准确度如何？它们有用吗？为了找到答案，将结果与数据表中的噪声规格进行比较。
　　有关运算放大器噪声以及噪声源如何组合的精彩总结，请参阅Analog Devices 的本文和应用说明。 Analog Devices 的这段视频很好地解释了如何将 RMS 值转换为峰峰值。
　　LTspice 噪声仿真示例：低噪声运算放大器
　　个要测试的组件是低噪声运算放大器。该电路是一个标准的同相放大器，其电阻与同相输入串联，用于测量偏置电流噪声。
　　电源和输入电阻的值已参数化，以便于在 .STEP 指令中更改和使用它们。稍后会详细介绍这一点。为什么电阻值要加上“无噪音”？将这个未记录的属性添加到电阻器会告诉 LTspice 忽略该电阻器作为噪声源。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。可以使用组件属性编辑器添加无噪声属性。按住控制键并右键单击电阻体来启动此编辑器。添加“无噪音”一词作为附加值。有了这个特性，的噪声源就是运算放大器。完美的！
　　运算放大器是 Analog Devices 的 ADA4627。选择这一部分并没有做太多工作。快速浏览Analog Devices 的低噪声运算放大器选择表后，ADA4627 引起了我的注意。它具有低噪声并支持 ±5V 至 ±15V 的电源电压。然后，检查数据表后发现噪声已得到明确说明。未选择它是因为数据表规格与 LTspice 测试匹配或不匹配。

　　以下是ADA4627 数据表的噪声部分。左栏适用于“B 级”部件，右栏适用于“A 级”部件。下表中使用了规格。

　　该表来自Analog Devices ADA4627 数据表

　　以下是模拟中使用的 LTspice 指令。

　　测量条件通过左侧的说明进行设置。 .PARAM 语句为原理图中的变量提供值。这些是花括号中的变量名称，例如 {RINP}。 .STEP 语句使用不同的变量值运行多个模拟。例如，两次运行是使用不同的输入电阻值完成的。输入电压噪声测量值较小（步骤#1），输入电流噪声测量值较大（步骤#2）。

　　测量值由右侧的 .MEAS 语句指定。无需额外计算即可与数据表进行比较。我不会详细介绍每个 .MEAS 语句。不过，让我们看一下 1kHz 时的输入电压噪声。

　　.meas NOISE en1_1k_RMS FIND V(噪声)@1 AT 1K
　　噪声- 将测量应用于噪声模拟
　　en1_1k_RMS - 只是结果的名称。在日志文件中使用。
　　FIND - 指定测量，在本例中只是获取数据值
　　V(inoise)@1 - 测量中使用的数据集。详细信息如下。
　　AT 1K - 选择数据频率
　　现在来说说魔法。单击正在运行的工程师。

　　下图显示了两步模拟的结果。绿色迹线是具有 1Ω 输入电阻的步骤 #1。紫色迹线是具有 10MΩ 输入电阻的步骤 #2。红色迹线显示了两次运行之间的差异。

　　“V（噪声）”需要解释一下。 “V(噪声)”是返回到输入的整个电路的输出电压噪声。这是由 LTspice 针对每个噪声模拟计算的。这将在下面进一步解释。请记住，噪声源以 RMS 方式相加和相减。当一个噪声源变得比另一个噪声源大时，它开始完全占据主导地位。没问题！ LTspice 为我们处理计算！
　　通过在源后添加“@1”或“@2”来选择特定.STEP 运行的数据。例如，“@1”是使用小输入电阻运行。

　　.MEAS 语句中的数据可在 Spice 错误日志中找到。以下表格将数据表值与测量值进行比较。

　　数据表给出了 0.1 至 10 Hz（ 1/f区域）噪声的峰峰值，但 LTspice 计算 RMS。我使用因子 5 将 RMS 转换为峰峰值。 A 级和 B 级的电压噪声相同。然而，当前的噪音却不同。 B级如表所示。
　　测量结果在“Spice Error Log”中。通过选择绘图窗口并选择“查看”->“Spice 错误日志”来打开此文件。向下滚动到 .MEAS 结果。这是上面解释的电压噪声测量的条目。

　　原理图上的指令：

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

　　相应的 Spice 错误日志条目：
　　测量：en1_1k_RMS
　　步骤 v(噪声)@1 at
　　5.03632e-009 1000
　　5.03632e-009 1000
　　显示每个步骤的测量结果。然而，在这些运行中，步骤 #2 值被步骤 #1 值覆盖，因为数据是使用“@1”规范指定的。
　　.MEAS 指令中的“V(inoise)”源是什么？在 LTspice 帮助中，V(inoise) 是“输入参考噪声电压密度”的计算结果。该噪声源是电路中所有噪声源返回输入的输出噪声。然而，由于所有电阻都是“无噪声”的，因此噪声只是运算放大器的输入噪声。再次，完美！

　　以下图表解释了“V（噪声）”或“输入参考噪声电压密度”。 V(噪声)、V(单噪声) 和增益显示在单独的窗口中。 V(噪声) 和 V(单噪声) 的测量光标置于 1kHz。将输出噪声 V(onoise) 除以 V(噪声) 得到电路增益 50。V(噪声) 是运算放大器的输入噪声，因为所有电阻器都是“无噪声”的。

　　LTspice 噪声仿真示例 2：低噪声 JFET 运算放大器

　　下一个要测试的组件是超低噪声双 JFET。这是电路图。

　　以下是使噪声测量与运算放大器电路的噪声测量几乎相同的关键点。

　　差分对的增益足够大，使得运算放大器的噪声与放大的 JFET 噪声相比非常小，可以忽略不计。
　　偏置 JFET (I1) 的电流源噪声对于两个运算放大器输入来说是共同的，并且可以通过运算放大器的共模抑制来消除。
　　LTspice 的“无噪声”属性消除了漏极电阻（RD1、RD2）产生的噪声。

　　双 JFET 是Linear Integrated Systems的LSK489。选择该器件是因为它位于标准 LTspice 库中，并且是一款噪声极低的器件。未选择它是因为数据表规格与 LTspice 测试匹配或不匹配。这是完整的原理图。

　　该电路改编自线性集成电路应用笔记

　　还有其他参数化部分。 R3 设置 JFET 的漏极电流，并与 R1 和 R2 一起设置漏极至源极电压。该电路改编自线性集成系统公司的应用笔记。我喜欢使用 LED 来设置 Q1 的工作点。这对我来说是新的！

　　测量结果与运算放大器模拟的测量结果非常相似。一个区别是该电路有两个 JFET，两者都会产生输入电压噪声。数据表给出了一个 JFET 的噪声。如果需要，将组合噪声的测量结果乘以 1/√2，即可得到单个设备的噪声。对于输入电流噪声的测量，无需进行此调整，因为大串联电阻仅位于一个输入上。数据表中的噪声规格假定漏源电压为 15 VDC。然而，测试电路使用 9.5 VDC 来保持在运算放大器的共模电压范围内。以防万一，在一定范围的漏源电压上进行了测试，结果表明漏源电压不会显着影响噪声。您能找到此测试的 .STEP 吗？
　　再次，魔杖触动了运行工程师。 LTspice 测量结果与数据表相比如何？
　　规格数据表值（典型值）LTspice 测量
　　噪声电压 (10 Hz)3.5nV/√Hz3.8nV/√Hz
　　噪声电压（1kHz）2.0nV/√Hz1.8nV/√Hz
　　电压噪声 0.1 至 10 Hz未指定0.12μV峰峰值
　　电流噪声密度（100 Hz）未指定1.8fA/√Hz
　　电流噪声 0.1 至 10 Hz未指定28 fA 页
　　不错！显示了数据表中未包含的其他测量结果，但可用于与运算放大器电路进行比较。
　　结论
　　LTspice 用于测量低噪声运算放大器以及在输入中添加了低噪声双 JFET 的同一运算放大器的电压和电流噪声。两种器件的模拟值和数据表中的值非常一致。 .STEP 和 .MEAS 指令用于计算值以直接与数据表进行比较。