Wie simuliert man Spannungsrauschen mit LTSpice?

Gibt es eine Möglichkeit, eine Spannungsversorgung mit Spannungsjitter/Rauschen einzurichten? Ich möchte mit dem Herausfiltern von Rauschen bei verschiedenen Spannungen usw. experimentieren, bin mir aber nicht sicher, wie ich LTSpice konfigurieren soll, um eine verrauschte Spannungsversorgung zu erzeugen.

Antworten (7)

Ja, Sie können Rauschen mit der beliebigen Spannungs- (oder Strom-) Quelle injizieren und dann Dinge wie die randomoder white-Funktion verwenden, um Rauschen zu erzeugen.

Hier ist eine Beispielschaltung (ich habe das Rauschen vom Signal getrennt, um die Dinge klarer zu machen - natürlich können Sie sie auf Wunsch in einer Funktion kombinieren):

Rauschschaltung

Simulation:

Rauschschaltkreis-Simulation

Alle Funktionen sind in der Hilfe unter detailliert beschrieben circuit elements -> arbitrary behavioral voltage or current sources.

Geräuschsimulationsmodus

Nur für den Fall, dass Sie es nicht wussten, SPICE hat einen Rauschsimulationsmodus, um aus den Hilfedateien zu zitieren:

.NOISE -- Perform a Noise Analysis
This is a frequency domain analysis that computes the noise due to
Johnson, shot and flicker noise. The output data is noise spectral 
density per unit square root bandwidth.

Syntax: .noise V(<out>[,<ref>]) <src> <oct, dec, lin> <Nsteps> <StartFreq> <EndFreq>

Einfaches Beispiel:

Rauschmodus

Simulation:

Rauschmodus-Sim

Das Obige ist ziemlich langweilig, da es nur das Widerstandsrauschen modelliert (ich habe den Widerstand durch verschiedene Werte gestuft, um zu zeigen, wie das Johnson-Rauschen mit dem Widerstand zunimmt). Es kann jedoch bei komplexeren Schaltungen mit Dioden / Transistoren / Operationsverstärkern / usw. sehr nützlich sein.

Auch wenn es zu spät ist, können Sie anstelle von durch Widerstände hinzugefügten Spannungsquellen einfach verwenden: V1 out 0 sin() Rser=1 B1 0 out I=white()mit einer direkten Verbindung. Für niedrigere Rauschwerte (und Ausgangswiderstand) niedriger Rser.
Die Rauschspannungsquelle ist „bv“, wenn Sie F2 drücken, um die Komponente zu suchen.
Die Antwort ist in einem Screenshot? Ist das verschwommene Ding eine Klammer oder eine Klammer?

(Noch nicht genug Repräsentanten, um einen Kommentar zu Olis Beitrag zu erstellen, also kommt dies in einen eigenen Beitrag).

Olis obiger Beitrag ist sehr nützlich, aber für den LTSpice-Anfänger lohnt es sich vielleicht zu erklären, wie man tatsächlich eine dieser "willkürlichen Verhaltensspannungsquellen" erstellt: Ich hatte naiv erwartet, den Wert einer normalen Spannungsquelle ändern zu können Geben Sie die weiße (...) Formel ein, aber es funktioniert natürlich nicht.

Stattdessen müssen Sie in der Symbolleiste auf die Schaltfläche "Komponente" klicken und in dem sich öffnenden Fenster eine Komponente vom Typ "bv" auswählen.

SPICE (ich kann Ihnen nicht sagen, ob LTSPice eine Teilmenge von normalem SPICE ist oder nicht) hat normalerweise die Fähigkeit, das Rauschen zu modellieren, das jedes Gerät erzeugt. Ich denke, Ihre Frage bezieht sich eher darauf, wie Sie messen können, wie effektiv Ihre Filterung ist und wie stark ein externes Störsignal jeden Knoten beeinflussen kann.

Dazu müssen Sie eine .AC-Analyse der Schaltung durchführen.

Um eine Rauschanalyse durchzuführen, müssen Sie sowohl .ac als auch .noise verwenden. Die Rauschanalyse ist also eine Teilmenge der Wechselstromanalyse.

Gerade nachgeprüft. LTSpice verfügt über eine Rauschanalyse. Aber ich kann keine Geräuschquelle im Teilekatalog finden --- hoffentlich kann jemand vorbeikommen und sagen, wo es zu finden ist.
@ThePhoton Alle Geräte in Spice SOLLTEN laut sein, dh nicht ideal - weniger Rauschen. Das sollte also schon in den Modellen stecken. Ich vermute, LTSpice sollte das auch haben.
In der Hilfedatei heißt es: „Dies ist eine Frequenzbereichsanalyse, die das Rauschen aufgrund von Johnson-, Schuss- und Flimmerrauschen berechnet.“ Wenn Sie also einen Schaltplan Ihrer Schaltung haben, sind Sie gut. Wenn Sie jedoch beispielsweise ein Operationsverstärkermodell basierend auf Datenblattparametern und/oder Messungen erstellen, verwenden Sie häufig idealisierte Komponenten wie gesteuerte Quellen, und Sie möchten ein Rauschquellenelement haben, um die Rauscheigenschaften zu korrigieren.
@ThePhoton Es heißt Ehrlichkeit, ich habe kein LTSPICE am Laufen und ich werde nichts vermuten. Es ist ideal, wenn Sie Informationen zu Ihrer Instanz zurückgeben. Das Zeigen von Ergebnissen meiner vollständigen EDA-Tools kann nützlich sein oder auch nicht. Jede SPICE-Variante macht die Dinge etwas anders.
@Photon und rawbrawb - da die Modelle für verschiedene SPICEs im Allgemeinen miteinander kompatibel sind, würde dies darauf hindeuten, dass das Problem eher bei den Modellen als bei der SPICE-Variante liegt. Soweit mir bekannt ist, enthalten die Basismodelle keine Geräuschmodellierung für zB eine transiente Simulation, aber alle funktionieren mit der dedizierten Geräuschsimulation. Wenn Sie beispielsweise die letzte Simulation in meiner Antwort als Transient ohne Eingangsspannung ausprobieren, erhalten Sie 0 V (im Gegensatz zu den vorhergesagten 20-44 nV).
@OliGlaser im .noise-Modell ist das V (<out> usw.) KEINE Rauschquelle, es ist (laut Handbüchern) "die gesamte Ausgangsrauschspannung; es kann ein einzelner Knoten sein, in diesem Fall ist es auf Masse bezogen. . Diese Quelle ist kein Rauschgenerator; sie ist eine Referenz zur Beschreibung des Eingangs ..." Sie können also beschreiben, auf welchen Eingang sich Ihr Rauschen bezieht. Alle Spice-Modelle SOLLTEN über eine eingebaute Rauschmodellierung verfügen gleich sein, nicht alle Varianten von SPICE verwenden sie auf die gleiche Art. Im Rauschen kann es der Fall sein, aber ich weiß es nicht, also erhebe ich keine Behauptungen.
@rawbrawb - Ich habe nicht vorgeschlagen, dass es sich um eine Rauschquelle handelt , es ist nur ein Bezugspunkt, wie Sie sagen - mein Punkt war, dass dieser Modus die einzige Rauschmodellierung ist, die mir bekannt ist. Ich stimme zu, dass es schön wäre, wenn die Komponenten Geräuschmodellierung für die anderen Sims eingebaut hätten, aber ich habe noch keine wirklichen Beweise dafür in Standard-SPICE-Varianten gesehen. Ich denke, sie verwenden sie auf ziemlich dieselbe Weise, nur einige haben die Fähigkeit, spätere Modelle bestimmter Komponenten zu verwenden, z. B. MOSFETS (LTSPice unterstützt 7 verschiedene Arten von monolithischen Modellen und ein vertikales Modell), während andere dies möglicherweise nicht tun.
Trotzdem würde ich mich hier gerne als falsch erweisen, ich würde es sehr praktisch finden, eingebaute Rauschtransientensimulationen in einem Tool zu haben (wie ich mir sicher bin, dass andere es tun würden).
@OliGlaser, "Die Basismodelle enthalten keine Rauschmodellierung für zB eine transiente Simulation". Meines Wissens nach enthalten die Gerätemodelle nicht genügend Informationen, sondern die transiente Simulation versucht nicht, Rauschen zu modellieren. Ein guter Grund dafür ist, dass das Hinzufügen von weißen Rauschquellen den Transientensimulator wahrscheinlich dazu bringen würde, jederzeit minimale Zeitschritte zu verwenden und die Simulation dramatisch zu verlangsamen.
@OliGlaser .noise erfordert .ac, aus der Dokumentation geht hervor, wie man einen "rauschfreien" Widerstand für bestimmte Analysen herstellt. Um zu zitieren: "Es gibt keine Möglichkeit, das Rauschmodell für den Widerstand abzuschalten, aber manchmal möchten Sie vielleicht ein Element ...", dies gilt für HSPice, PSpice, Spectre.
@ThePhoton - ja, es würde die Dinge verlangsamen, aber es wäre schön, eine Option zum Einschließen zu haben, die normalerweise weggelassen würde. Die verschiedenen Transistormodelle haben (optionale) Rauschparameter, sodass es möglich wäre, etwas aufzurüsten, um diese zu nutzen. Vielleicht schaue ich mal genauer hin, wenn ich Zeit habe.
@rawbrawb - ja, du hast recht, es wird nur im Frequenzbereich modelliert.

Um in LTSpice eine Spannungsrauschquelle zu erstellen, wählen Sie die Komponente „bv“

Geben Sie für die Funktion "V=white(time)" ein

Dies gibt Ihnen eine weiße Quelle von + -0,5 V mit einem oberen Band um 1 Hz.

Multiplizieren Sie time*BW, um das obere Band des Rauschens zu BW zu verschieben.

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Da Sie Rauschen von der Stromversorgung einspeisen möchten, ist es meiner Meinung nach am einfachsten, eine Wechselspannungsquelle mit kleiner Amplitude in Reihe mit der bereits vorhandenen Gleichspannungsquelle zu schalten und ihre Frequenz durch den Bereich zu führen, an dem Sie interessiert sind.

.ac erledigt das automatisch für Sie
Ich muss wohl mein SPICE-Wissen aufpolieren.

Fügen Sie in Reihe mit Ihrer Spannungsquelle ein E-Element hinzu, dessen Eingänge an einen 60,34e18-Ohm-Widerstand angeschlossen sind und dessen Verstärkung die gewünschte V/rt-Hz ist. Dieser Widerstandswert erzeugt 1 V/rt-Hz bei 300 K. (Achtung: Sie müssen eine Seite des Eingangs erden.)

Sie können den gleichen Widerstandswert wie den Eingang einer spannungsgesteuerten Stromquelle verwenden, deren Verstärkung dem gewünschten Ampere/RT-Hz entspricht. (Auch hier muss eine Eingangsleitung geerdet werden.) Die Rauschstromquelle wird parallel zu Ihrer rauschfreien Stromquelle geschaltet.

Sie müssen für jede Rauschquelle einen separaten Widerstand verwenden.

Wenn Sie nach einer Spannungsrauschquelle und/oder Stromrauschquelle zur Verwendung mit LTspice suchen, können Sie solche Rauschquellen auf meiner GitHub-Seite https://github.com/yildi1337/LTspiceNoiseSources herunterladen .

Nachfolgend finden Sie Screenshots von zwei Beispielen:

Beispiel mit Spannungsrauschquelle Beispiel mit aktueller Rauschquelle

Wie simuliert man Spannungsrauschen mit LTSpice?
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