文章來源 Macnica Engineer

試著使用LTspice-使用"FFT"進行頻率分析

試著使用LTspice系列中,介紹了LTspice的用法。

 

在TRAN分析-一種基於時間軸的分析中,可以像示波器一樣查看信號電平隨時間的變化。

另一方面,當你想要查看一個信號的頻率成分時,FET功能是很有用的,並且通過仿真你可以查看電路的失真和噪聲成分。

 

這次我來介紹一下這個FFT功能。

FFT

FFT(Fast Fourier Transform)是指高速傅立葉變換,是一種在計算機上進行高速計算的算法。

 

SPICE可以像頻譜分析儀那樣展示信號的頻率成分和電平(功率)。由於FFT功能是以TRAN分析(時間軸)所得到的數據為基礎進行計算的,所以它是嵌入在Waveform Viewer中的。

使用FFT功能

步驟

這次我們以一個由3個不同頻率和幅值的正弦波合成的信號為例,用TRAN分析來查看其波形,並採用FET顯示功能來確認其頻率分佈。

TRAN分析的結果如下圖所示。
只看這個OUT端子的波形是無法知道頻率成分和大小的。

所以讓我們來嘗試使用FFT顯示功能。
從功能表列中選擇View→FFT。

然後會彈出下圖所示的對話框,通常選擇“OK”。

FFT顯示結果如下圖所示。

 

我們得到了一個對數曲線,縱軸表示信號幅度(dB),橫軸表示信號頻率(Hz)。

峰值位於1kHz、3kHz、10kHz處,這樣我們就能掌握波形的成分和大小。

使用要點

使用FFT功能時,建議設置".options plotwinsize=0"命令。

這樣可以防止分析的結果被壓縮,並降低本底噪聲。

 

另外,如果TRAN命令的"最大時間步長"短於一個信號週期的1/100,則可以得到良好的FFT結果。

然而,更短的時間設定會帶來更長的仿真時間,所以請根據需要來權衡調整。

 

當我沒有在選項中設定plotwinsize,並以默認的最大時間步長來仿真時。

即使是複合正弦波,也可以看到FET分析的結果中本底噪聲的基底較大,並且在非預期的頻率處也存在峰值。

用FFT觀察電源IC的輸出電壓信號

之前在 ”試著使用LTspice-直流-直流轉換器的動作確認”一 文中已經觀察了輸出紋波電壓的水平,這次我們用FFT功能查看其頻率成分。
以LT8640的Demo文件作為仿真電路,FFT分析需要穩定狀態下的結果,因此在電源啟動後需要確認紋波電壓。

輸出電壓的紋波成分如下圖所示。

通過FFT分析,可以看到不僅包含1MHz的開關頻率成分,還包含2倍、3倍甚至其他奇數倍的頻率成分。

電源電路的噪音會影響周邊電路和EMI測試。
可以通過仿真來研究一些噪聲的對策,如濾波器設計等。

請趁此機會嘗試FFT功能。

此次驗證的LTspice演示文件

FFT_Simulation__1.zip

收藏了這次運行的2個仿真文件。

LTspice 下載

如果您還沒有使用過LTspice,請通過以下連結下載LTspice:

https://www.analog.com/jp/design-center/design-tools-and-calculators/ltspice-simulator.html

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