試著使用LTspice-使用"FFT"進行頻率分析

2020年12月23日

文章來源

Macnica Engineer

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。

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。

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。

FFT_Simulation__1.zip
收藏了這次運行的2個仿真文件。

更多資訊：