第十次课程 噪声分析与傅里叶分析

第十次课程 噪声分析与傅里叶分析
第一部分 噪声分析
一、噪声分析功能
噪声分析就是针对电路中无法避免的噪声所做的分析，它是与交流分析一起使用的。

电路中所计算的噪声通常是电阻上产生的热噪声、半导体元件产生的散粒噪声和闪烁噪声。

二、噪声分析
为了定量表征电路中的噪声大小，PSpice 程序AC 分析的每个频率点上对指定输出端计算出等效输入噪声。

等效噪声相当于是将电路中所有的噪声源都集中到选定的独立电压源（或电流源）处。

其作用大小相当于是在输入独立源处加上大小等于等效噪声的噪声源，则在节点处产生的输出噪声大小正好等于实际电路中所有噪声源在输出节点处产生的噪声。

输出和输入噪声电平都对噪声带宽的平方根进行归一化，噪声电压的单位是V/sqrt(HZ), 噪声电流的单位是A/sqrt （HZ ）。

下面以带通滤波器电路为例，说明如何对电路进行噪声分析。

C3
R250
图10.1 电路图 电路图绘制好以后，设置仿真参数如下：
图10.2 设置参数
频率按10倍频程增加，频率范围为10KHZ~1GHZ ；选择独立电压源V1为计算等效输
入噪声的位置，对V（out）点作噪声分析（也就是说将out出处的等效输出电压除以从V1到V(out)的增益就得到在V1处的等效输入噪声，V1只计算输入等效噪声源的位置，其本身并不是噪声源）；在Interval栏中设置30，表示每隔30个点频详细输出电路中每一个噪声源在输出节点处产生的噪声分量大小，同时给出输出节点处的总噪声均方根值以及输入等效噪声的大小。

噪声分析的结果只存入.out输出文件。

噪声分析不涉及Probe数据文件。

表10.1列出了噪声分析的具体参数设置的意义，由于噪声分析与交流分析是同时进行的，因此噪声分析与交流分析的参数设置是相同的。

三噪声分析输出结果
设置完参数之后，执行仿真程序，在图形窗口中添加输入和输出等效噪声电压波形如下图所示。

图10.3 输入等效噪声电压波形图
图10.4 输出等效噪声电压波形图
第二部分 傅里叶分析
一、傅里叶分析功能
在时域分析和交流分析里提供了傅里叶分析功能。

傅里叶分析是对输出波形的最后一个周期（系统默认设置）进行谐波分析，计算出直流分量、基波、各次谐波分量以及失真度。

二、傅里叶分析
新建工程文件，如图10.5所示。

正弦电压源V1的参数为：VOFF=0,VAMPL=10,FREQ=100,PHASE=0.
VOFF = 0C11
L1
R1
图10.5电路图
新建仿真文件，仿真设置如下图10.6所示。

设置仿真开始时间为0，仿真到20ms ，步长为0.1ms 。

因为设置仿真时间比较短，电路仍处于瞬态过程。

图10.6 仿真设置
在图10.6所示的仿真参数设置对话框里，点击“Output File Options”按钮，打开输出文件设置对话框，如图10.7所示。

选择“Perform Fourier Anal”，设定基波为100HZ，这样输出文件里会以100HZ为基准进行归一化计算，谐波次数取到10次，所分析的变量是流过R1的电流I(R1).
图10.7 输出文件选项
仿真参数设置好后，在R1的节点上放置电流探针，运行仿真程序，输出I(R1)的时域波形如图10.8所示。

图10.8 I(R1)波形
点选“傅里叶分析”快捷按钮，出现傅里叶分析结果。

为了便于观察，将横轴的坐标范围设置为0到1000HZ。

点选Plot/Axis Settings…菜单，打开坐标设置对话框，如图10.9所示。

在坐标设置对话框里，Data Range选择User Define，范围从0到1KHZ，单击“OK”，
傅里叶分析结果如图10.10所示。

图10.9 自定义横轴坐标
图10.10 调整坐标后傅里叶分析结果从图10.10可以清楚地看出波形中主要包含直流分量和基波。

点选View/Output File菜单或者快捷方式，打开输出文件，其中傅里叶分析结果如图10.11所示。

从文件里可以看到I(R1)的直流分量是13.70275Ma,，基波直到10次谐波的幅值和相位以及归一化后的幅值相位均列表显示，最后给出了总的谐波失真系数。

图10.11 输出文件的傅里叶分析数据
上面的仿真时间只取了20ms，由于时间比较短，电路的瞬态过程没有结束。

下面修改仿真参数，把仿真时间设置为从0~10s，步长为100ms，运行后输出的I(R1)波形如图10.12所示。

对其进行傅里叶分析，结果如图10.13所示。

可以清楚地看到此时直流分量很小，可以认为电路已处于正弦稳态。

输出文件里的傅里叶分析数据如图10.14所示。

图10.12 I(R1)仿真波形
图10.13 10s时傅里叶分析结果
图10.1410s时傅里叶分析数据。