نویز

تجزیه و تحلیل نویز با استفاده از LTspice

تجزیه و تحلیل نویز با استفاده از LTspice

 

آیا می دانید که چگونه با استفاده از LTspice نویز را شبیه سازی کنید؟

در این مقاله قصد داریم تا روند شبیه سازی نویز را برای شما انجام دهیم که می تواند به شما در کاهش دادن سر و صداهای اضافه، کمک شایانی کند.

یکی از قابلیت های جذاب LTspice، توانایی مدل سازی نویز در مدار شما است.

در این مقاله اصول اولیه انجام یک تحلیل نویز و نمایش نتایج، فراتر از شبیه سازی مدار اساسی با LTspice، ارائه شده است.

فرض می کنیم شما می دانید که چگونه یک LTspice شماتیک ایجاد کنید و آنالیز AC را انجام دهید.

اگر در مورد نظریه نویز چیز زیادی نمی دانید، از LTspice با تکنیک های ارائه شده در اینجا برای یادگیری استفاده کنید.

نویز مدل سازی کمی متفاوت از مدل سازی های دیگر مانند تجزیه و تحلیل AC است.

LTspice منابع نویز را در اجزای جداگانه مدار شما پیدا می کند و به عبارت دیگر، این منابع صوتی با منابع سیگنال جداگانه که در شماتیک قرار داده شده اند مشخص نمی شوند.

تجزیه و تحلیل نویز

تجزیه و تحلیل Noise شامل پیگیری منابع Noise فردی و چگونگی اضافه کردن این منابع برای ایجاد کل صدای خروجی است.

داشتن LTspice به طور خودکار تمام کارهای شما را انجام می دهد و یک مزیت بزرگ در مقایسه با تجزیه و تحلیل دستی است.

همچنین با استفاده از این کار محدودیت هایی وجود دارد که بعدا مورد بحث قرار می گیرد اما اجازه دهید در مورد اصول اولیه کار را شروع کنیم.

در اینجا چند نمونه شبیه سازی نویز LTspice آورده شده است.

شبیه سازی ۱: تقسیم کننده ولتاژ مقاوم

ما با یک تقسیم ولتاژ که برای ایجاد یک مرجع ولتاژ یا تعصب در یک مدار با یک ولتاژ منبع تغذیه استفاده می شود، شروع می کنیم.

نویز

مقاومت ها Noise “حرارتی” تولید می کنند و میزان Noise به مقدار مقاومت، پهنای باند و درجه حرارت بستگی دارد.

مانند تحلیل AC، از پنجره “Edit Simulation Command” شروع کنید و زبانه “نویز” را انتخاب کنید. سپس برای ساختن یک دستورالعمل پارامترها را پر کنید.

Output: نقطه ای از مدار شما که در آن همه منابع نویز جداگانه با یک مقدار واحد ترکیب می شوند. “REF” در اینجا استفاده می شود.

نویز

Input: “ورودی” را به عنوان منبع بدون Noise در مدار تنظیم کنید. ما از منبع تغذیه، V1 استفاده می کنیم. LTspice “equivalent noise input” را در منبع وارد شده در اینجا محاسبه می کند.

Type of sweep: مانند آنالیز AC انتخاب کنید.

Number of points per decade: یک عدد را وارد کنید تا وضوح طرح و تجزیه و تحلیل مورد نظر را بدست آورید. ۱۰۰ در اینجا استفاده کردیم.

Start Frequency و Stop Frequency: این پارامترها شبیه به پارامترهای مربوطه در یک تحلیل AC هستند. آن ها دامنه فرکانس تجزیه و تحلیل را مشخص می کنند. با این حال، آن ها همچنین گذرگاه را برای استفاده در هنگام محاسبه LTspice کل نویز در خروجی مشخص می کنند.

بر روی “OK” کلیک کنید و دستور تجزیه و تحلیل نویز را بر روی شماتیک قرار دهید.

شبیه سازی را اجرا کنید!

دقیقا مانند آنالیز AC، از نشانگر پروب استفاده کرده و روی گره REF کلیک کنید. توجه داشته باشید که LTspice نام طرح خروجی را به “V (Onoise)” تغییر می دهد.

طرح یک خط صاف در ۹.۱ nV / Hz1 / 2 را نشان می دهد.

این تعداد کل منابع صدایی جداگانه است که به صورت RMS به یکدیگر اضافه می شوند تا Noise خروجی تولید شود.

محور عمودی دارای واحد nV / Hz1 / 2 است.

این یک بخش مبهم است و توضیح درباره آن خارج از محدوده این مقاله است.

فقط بدانید که یک منبع Noise به این روش توصیف شده است به این معنی که نویز به عنوان تابعی از فرکانس متفاوت است و توسط یک ریشه مربع پهنای باند در یک محدوده فرکانس یکپارچه می شود.

به عنوان مثال، اگر یک منبع نویز از ۱۳ نانو ولت / هرتز از ۲ از ۱۵۰ هرتز تا ۲۵۰ هرتز باشد، کل Noise در آن محدوده فرکانس ۱۳ nV / Hz1 / 2 برابر ریشه مربع ۱۰۰ است، یعنی ۱۳ nV / Hz1 / 2 × RH 10 هرتز ۱/۲ = ۱۳۰ نانو ولت.

روی بدنه R1 کلیک کنید. این مسئله باعث افزایش صدای نویز در خروجی فقط از R1 می شود.

شبیه سازی ۲: اضافه کردن یک فیلتر

در مرحله بعد، یک خازن را اضافه کنید تا Noise از منبع تغذیه فیلتر شود.

خازن همچنین نویزهای R1 و R2 را فیلتر می کند.

دوباره همین شبیه سازی را اجرا کنید.

Noise در فرکانس های پایین تغییر نکرده است اما Noise در فرکانس های بالاتر فیلتر می شود، مقاومت و خازن یک فیلتر کم گذر تشکیل می دهند.

ماوس (موس) را روی C1 قرار دهید.

پس از آن خازن های خالص بدون Noise در نظر گرفته می شوند و چیزی برای ترسیم وجود ندارد.

مقاومت را به خازن اضافه کنید و حال به نظر می رسد که می توانید این مقاومت را ترسیم کنید.

نویز

اکنون ما یک ابزار عالی برای کشف معاملات تجاری و بینش بیشتر از عملکرد نویز مدار داریم.

به عنوان مثال، R1 و R2 می توانند کوچکتر شوند تا نویز حرارتی آن ها کاهش یابد اما این کار از قدرت بیشتری استفاده می کند و C1 باید بزرگتر باشد تا همان مشخصات فیلتر پایین را حفظ کند.

شبیه سازی ۳: اضافه کردن یک تقویت کننده بافر

تغییر در مدار برای بافر تقسیم مقاومت با یک دنبال کننده ولتاژ است.

ما یک op-amp را انتخاب می کنیم که برای جریان خروجی بالا، پهنای باند پهن و توانایی مدیریت یک بار خازنی نسبتا بزرگ انتخاب شده است.

این بخش در لیبراری (کتابخانه) LTspice استاندارد “Opamps” قرار دارد.

همان شبیه سازی را اجرا کنید، اما خروجی شبیه سازی را به “BREF” تغییر دهید.

حال می بینید که Noise فرکانس پایین به دلیل Noise 1 / from از آمپر تقویت شده است و Noise فرکانس بالاتر بازگردانده شده است زیرا صدای اضافی آمپ OP- فیلتر نشده است.

بلافاصله می بینیم که نویز op-amp بسیار بیشتر از Noise تقسیم کننده مقاومت، مخصوصا در فرکانس های پایین است.

شبیه سازی ۴: دما

دما چیست؟ پیش فرض دما در LTspice بیست و هفت درجه سانتی گراد است.

مدل سازی Noise در دماهای مختلف با دستورالعمل های STST یا .OPTIONS انجام می شود و متغیر “دما” و یا به زبان انگلیسی “Temp” در LTspice ساخته شده است.

نقشه بعدی میزان Noise بیش از محدوده دما -۲۵ تا ۱۲۵ درجه سانتیگراد را در مراحل ۲۵ درجه سانتیگراد، با یک دستورالعمل .STEP مشخص می کند.

با یک دستورالعمل OPTIONS می توان دمای واحد را مشخص کرد. به عنوان مثال، “.OPTIONS temp = 100”.

کل داده ها و نویز خروجی

در بعضی مقاطع می خواهید کل نویز را به عنوان یک ولتاژ واحد کنید و LTspice با اجرای اولین شبیه سازی بر روی باند فرکانس مورد نظر، Noise کل را در یک باند فرکانس محاسبه می کند.

به عنوان مثال، از ۵۰۰ هرتز تا ۱۵۰۰ هرتز استفاده کنید، سپس صدای خروجی را ترسیم کنید.

هنگام نگه داشتن کلید CTRL همراه با V در بالای طرح کلیک کنید. یک پنجره کوچک با کل Noise RMS درون باند برای شما باز می شود

 

نویز

برخی محدودیت ها

  • کل نویز در خروجی باید برای اشکال گذر واقعی تنظیم شود.
  • مقاومت ها به عنوان منبع Noise حرارتی شناخته می شوند. مقاومت های واقعی می توانند دارای صدای اضافی به نام “Extra Noise” باشند.
  • مدل سازی نویز Op-amp در منطقه ۱ ممکن است دقیق نباشد.

نکات اضافی

LTspice اجازه می دهد تا نویز موجود در مقاومت در تجزیه و تحلیل نادیده گرفته شود. به عنوان مثال، یک مقاومت بازخورد بزرگ در یک مدار op-amp می تواند بر Noise غلبه کند و دیدن آمار op-amp را دشوار می کند.

می توانید با اضافه کردن کلمه “Mute” پس از مقدار مقاومت در شماتیک، Noise مقاومت را خاموش کنید. به عنوان مثال، مقدار “۱۰Meg” می شود “۱۰Meg noisless”.

 

پاسخی را بگذارید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *