使用TINA-TI进行噪声分析的噪声仿真特性

作者：Hooman Hashemi
对于我们在本《模拟线路》系列第 1 部分或第 2 部分中讨论的 tiNA-TI 主题，无论有没有您所“不敢”问的内容，我都希望我的下一个主题《使用 TINA-TI 进行噪声分析》能为您的日常工作带来帮助。
下面是一些可使 TINA-TI 成为出色分析及优化工具的噪声仿真特性：
1. 任何噪声带宽下的输出 RMS 噪声图

• 启动噪声分析时输入整合“下限”及“上限”频率。
• 使用光标读取任何带宽下的 RMS 噪声。
  

2. 噪声密度图 — 参考输入输出

• 输入参考噪声密度，与信号功率比较时可直接观察 SNR。
• 输出参考密度图用于发现可能影响噪声的意外峰值。
  

3. 噪声增益频率依赖性自动计算在内。

• 例如互阻抗放大器，其中光电二极管电容可影响噪声增益。
  

在 TINA-TI 中运行噪声分析的要求如下：
1. 只设计一个输入源。既可以是电压源，也可以是电流源！一个以上电源的情况随后介绍。
2. 至少一个输出节点。
3. 包含噪声行为的有源器件宏模型。

• 当部件放在原理图中时可在 TINA-TI 中自动完成。
• 确保建模噪声与下面给出的产品说明书相匹配。
  

4. 需要指定开始及停止频率

• 这些输入内容不仅可定义噪声密度 x 轴平面图的范围，而且还可决定输出 RMS 噪声的整合带宽。
  

下图 1 是噪声分析面板，以及输入开始及停止整合带宽的位置。


图 2 是使用光标找到较窄频带上的噪声。看该方法在这里是否有用，主要看通过过滤多余带宽可减少多少噪声。


如果您的电路需要使用多个电源，只需遵照图 3 中的指导即可。


如果您对器件噪声模型的精确度表示怀疑，请使用图 4 中的仿真电路生成曲线图（图 5），随后您可将其与产品说明书对比：


图 5 是通过对图 4 电路进行噪声仿真生成的曲线图。结果与 LMH6629 产品说明书曲线图非常吻合！


在噪声分析过程中，如需了解任意电阻器的热噪声（约翰逊噪声）是否占主导地位，可使用图 6 中的电路（或下面链接中提供的宏模块）替代该电阻器。如果你发现输出噪声因此而降低了，就可通过降低该电阻器阻值（热噪声）来改善电路噪声！这种方法在很多放大器电路中都很奏效，因为在通过降低电阻器值来降低噪声时如果电阻器比值保持不变，电路工作就不会受到影响。


点击这里获得使用图 6 方法的 TINA-TI 宏模块。您可通过在任何 TINA-TI 电路中复制粘贴该宏模块进行热噪声测试（右键点击“宏模块”，选择“输入宏模块”，并将“HCCVS1”从 10k 改为您所需要的任意电阻器值，如图 7 所示）：


在本文最后我将为您提供一个适用于低噪声设计的器件列表。表 1 中包含一个名为“临界电阻”的列，该列电阻高于电源电阻值，输入噪声电流在整个输入噪声电压范围内占主导地位。当电源电阻超过该临界电阻时，可能需要改用具有更低噪声电流的器件。好在我们提供可任意使用的 TINA-TI 工具，其不仅可快速更换其它类型的器件，而且还可运行新的仿真来检验更低的噪声。

器件	电压噪声	电流噪声	临界电阻 请参见前文
	(nV/RtHz)	(pA/RtHz)	(Ω)
低电压噪声：
LMH6629	0.69	2.6	265
LMH6624	0.92	2.3	400
LMH6626	1	1.8	550
LMH6628	2	2	1k
低电流噪声：
OPA211	1.1	1.7	650
OPA300	3	0.0015	2M
OPA827	4	0.0022	1.8M
OPA657	4.8	0.0013	3.7M

TINA TI 无噪声电阻器宏模块.TSC