這里是以LTspice為例看下如何進(jìn)行噪聲仿真，以及相關(guān)要點(diǎn)。因?yàn)長(zhǎng)Tspice非常容易上手，最重要的，它是免費(fèi)軟件，所以用它進(jìn)行電路仿真比較常見(jiàn)。

仿真電路參見(jiàn)圖1。 噪聲仿真之前，我們首先需要確認(rèn)電路是否工作正常，因?yàn)槿绻母€沒(méi)有連好，仿真軟件是不會(huì)報(bào)錯(cuò)的，這樣仿真出來(lái)的結(jié)果就都是錯(cuò)誤的了！ 那么噪聲仿真之前如何確認(rèn)電路是否工作正常呢？答案就是利用頻域仿真，看結(jié)果是否符合預(yù)期。

其他項(xiàng)目仿真也是一樣的，需要確定電路是否正常再進(jìn)行。比如穩(wěn)定性仿真之前，可以先進(jìn)行直流仿真以確認(rèn)各個(gè)節(jié)點(diǎn)直流電平正確后，再仿真穩(wěn)定性。

圖1 仿真電路舉例

根據(jù)圖1可得出電路的增益為11，1+Rf/Rg=1+10K/1K=11，大概是20dB（實(shí)測(cè)為20.08dB）。用LTspice頻域仿真時(shí)，一定要注意Vin AC=1，否則直流增益是錯(cuò)誤的。這是因?yàn)槲覀兎抡娴玫降闹皇禽敵鯲out，而不是增益（Gain=Vout/Vin），所以當(dāng)Vin等于1時(shí)，Vout才是增益。仿真得到它的截止頻率f-3dB大概是8MHz。參見(jiàn)圖2和圖3。

其實(shí)這里也是挺奇怪的。因?yàn)楣I(yè)上一般認(rèn)為±200mV以內(nèi)算小信號(hào)，可以使用增益帶寬積這些參數(shù)。1V輸入算是大信號(hào)了，需要用壓擺率才行。所以圖4中的測(cè)試條件也是特別標(biāo)注了輸出范圍在2Vp-p以內(nèi)。不過(guò)我也看了ADI提供的LTspice運(yùn)放仿真文件，里面AC仿真輸入信號(hào)也是1V，所以這樣頻域仿真是沒(méi)問(wèn)題的。

圖2 頻域仿真確認(rèn)電路是否搭建正確

圖3 截止頻率帶寬大約8MHz

那么如何判定電路沒(méi)有問(wèn)題呢？ 可以對(duì)照datasheet中的不同閉環(huán)增益與頻率的曲線，參見(jiàn)圖4。從圖中可以看到，G=＋10的時(shí)候，它的截止頻率可以粗略看到是6MHz。我們的增益為11，截止頻率大概為8MHz，相差是不多的。實(shí)際應(yīng)該是增益越大帶寬越小，但圖4是對(duì)數(shù)圖，目測(cè)誤差會(huì)很大。所以可以認(rèn)為電路沒(méi)有問(wèn)題，可以繼續(xù)噪聲仿真了。

可能有人會(huì)問(wèn)，為什么不用增益帶寬積確認(rèn)呢？ 因?yàn)槭褂迷鲆鎺挿e算出的截止頻率，與仿真得到的相差太大了，以至于我仿真時(shí)候懷疑自己弄錯(cuò)了，后來(lái)才發(fā)現(xiàn)圖4這條曲線。實(shí)際上AD8065數(shù)據(jù)手冊(cè)中并沒(méi)有增益帶寬積的參數(shù)，只給了G=＋1的帶寬，典型值為145MHz，如果把它當(dāng)作增益帶寬積使用，那么除以增益11后得到的帶寬大概為11MHz，距離我們仿真得到的截止頻率差了37%！ADI的一些運(yùn)放貌似都未給出這一參數(shù)，也就是不能使用GBW，可能開(kāi)環(huán)增益并不是經(jīng)過(guò)主極點(diǎn)后呈20dB/dec滾降的，期間還存在其他零極點(diǎn)，斜率變化了，所以沒(méi)有了增益帶寬積參數(shù)。

圖4 AD8065小信號(hào)在不同增益下的頻域響應(yīng)

好了，確認(rèn)好電路工作正常之后，終于可以噪聲仿真了。 仿真設(shè)置的參數(shù)參見(jiàn)圖5，這里也有要說(shuō)的。 第一，每十倍頻程的數(shù)據(jù)點(diǎn)100就足夠了，當(dāng)然更多的點(diǎn)數(shù)精度更高，只是仿真速度會(huì)變慢；第二，起始頻率設(shè)置到1Hz就夠了，因?yàn)榍懊骖l域仿真得到了帶寬大概8MHz，所以可以知道該電路主要的噪聲源頭不是1/f噪聲，而是寬帶噪聲，所以仿真的開(kāi)始頻率1Hz就夠了，對(duì)于結(jié)果沒(méi)啥影響。對(duì)于帶寬低的電路如20Hz，起始頻率一般設(shè)置在0.1Hz；第三，截止頻率一般要比電路截止頻率的10倍，因?yàn)椴](méi)有理想濾波器，過(guò)了截止頻率點(diǎn)后，信號(hào)就完全無(wú)法通過(guò)了，它會(huì)有一個(gè)滾降的過(guò)程。

圖5 噪聲仿真參數(shù)設(shè)置

圖6 設(shè)置好噪聲仿真參數(shù)后的仿真電路

仿真結(jié)果參見(jiàn)圖7和圖8。其中圖9是很有用處的，我也是最近才發(fā)現(xiàn)軟件有這個(gè)功能。通過(guò)它可以找到主要的噪聲源頭。比如用探頭點(diǎn)到圖6中的R2，就會(huì)出現(xiàn)電阻的噪聲頻率密度曲線，10K電阻的熱噪聲剛好就是大約40nV/sqrt（Hz），結(jié)果也是這樣的。但是LTspice沒(méi)有把運(yùn)放自身貢獻(xiàn)的噪聲源顯示出來(lái)的功能，這是比較遺憾的。

圖7 輸出噪聲頻率密度曲線

圖8 得到總輸出噪聲的RMS值

圖9 各個(gè)器件的噪聲頻率密度曲線

其實(shí)每次整理筆記都有一些收獲，可以挖到一些自己一直自以為已經(jīng)掌握了，實(shí)際卻沒(méi)有的小知識(shí)點(diǎn)。也挺開(kāi)心的，這說(shuō)明時(shí)間沒(méi)有白費(fèi)掉，因?yàn)閷?duì)工作會(huì)有幫助。