在LTspice仿真软件中如何使用FFT进行频谱分析
在瞬态分析中，可以像示波器一样确认时间变化中的信号电平。而如果想确认信号中的频率，fft 功能将派上用场，通过仿真模拟可以确认电路的失真和噪声成分。
什么是 fft？
fft 即 fast fourier transform，是快速傅里叶变换的简称。fft 的一个常用场景是确定一个时域噪声信号的频率分量。在 ltspice 中，它像频谱分析仪可以计算并显示信号的频率成分和电平 (功率)。由于 fft 功能是以在瞬态分析 (时间轴) 中获得的数据为基础进行计算，因此它是内置于 waveform viewer 的功能。
fft 功能使用步骤
以一个由 3 个不同频率和幅值的正弦波合成的信号为例，通过瞬态分析查看其波形，并使用 fft 显示功能确认其频率的分布。瞬态分析产生正弦波合成波形的电路，如下图 (图1) 所示：
图1 产生正弦波合成波形的电路 (瞬态分析)
正弦波合成波形 (out 端子) 如下图 (图2) 所示，单看这个 out 端子的波形，无法知道频率成分和大小。
图2 正弦波合成波形 (out端子)
因此，以下将使用 fft 显示功能。如下图 (图3) 所示，从菜单栏中选择 “view” → “fft”。
图3 fft显示方法步骤1
然后会弹出下图 (图4) 所示的对话框，点击 “ok”。
图4 fft 表示方法步骤 2
fft 显示结果如下图 (图5) 所示，得到纵轴为信号电平 (db)、横轴为频率 (hz) 的对数曲线。峰值位于频率 1khz、3khz、10khz 处，这样我们就能掌握波形的成分和大小。
图5 fft显示结果
fft 功能使用要点
使用 fft 功能时，建议设置 “.options plotwinsize=0” 命令，这样可以防止分析数据被压缩。通过使用该命令，并降低本底噪声，如上图 (图5) 所示。另外，如果设定瞬态命令的 “最大时间步长” 短于一个信号周期的 1/100，则可得到良好的 fft 结果。然而，更短的时间设定会带来更长的仿真时间，所以请根据需要来权衡调整。
为了进行比较，在 .options 中没有指定 plotwinsize，而是用默认的最大时间步长来运行模拟。与上图 (图5) 的结果相比，本底噪声的基底较大，并且在非预期的频率处也存在峰值，如下图 (图6) 所示。这个结果表明，.options plotwinsize=0 命令对 fft 分析很重要。
图6 fft表示結果 (未指定 plotwinsize，maxiumtimestep 默认设置)
用 fft 观察电源 ic 的输出电压信号
在以往文章《活学活用 ltspice 进行电路设计 — dc-dc 转换器仿真》中，我们以降压转换器 lt8640 为例，示范了如何确认输出纹波电压。这次我们继续以 lt8640 为例，用 fft 功能查看其频率成分。fft 分析需要在稳定状态下获得结果，因此在电源启动后需要确认纹波电压。由于这个原因，瞬态分析的模拟时间定为 500u~700usec。
图7 使用 lt8640 模拟输出电压的频率分析
输出电压的纹波波形，如下图 (图8) 所示：
图8 输出电压波形 (时间轴)
通过 fft 分析，不仅能确认 1mhz 的开关频率成分，还包含 2 倍、3 倍偶数和奇数的频率成分，如下图 (图9) 所示：
图9 输出电压波形 (频率轴)
来自电源电路的噪音可能会影响外围电路和 emi 测试。通过使用 fft 功能掌握频率成分，可以在模拟研究噪声对策，如滤波器设计等。
总结
本文介绍了在 ltspice 仿真软件中 fft 功能的使用步骤及要点，以及如何用 fft 观察电源 ic 的输出电压信号。
区块之间是如何相互链接
烙铁头由哪些材料组成
2021什么蓝牙耳机好用平价？性价比高的无线蓝牙耳机推荐
当奥迪、百达翡丽、兰蔻大牌遇上新媒体艺术，会碰撞出怎样的火花
基于DSP器件TMS320F2812实现同步采样模块的方案设计
在LTspice仿真软件中如何使用FFT进行频谱分析
基于FPGA器件的内块存储器资源功能验证方法设计详解
浅谈dvdt滤波器的功能及应用
关于Type c连接器的未来发展趋势
工业4.0助力智能工厂的发展
国民技术与Intel达成合作推进可信计算
回顾六大亮点推动生态圈建设的相关活动和介绍
激光雷达激烈战,Velodyne推新款128线激光雷达传感器
LED显示屏驱动IC技术的重要性和作用
iPhone 12 Pro的需求量大于iPhone 12?
400G并行系列光模块在数据中心如何应用
辨别传感器输出信号真伪的方法
新基建对Wi-Fi领域带来了哪些新的机会？
DeviceNet现场总线在大众BORA A4总装生产线的应用
虹软光学屏下指纹和屏下摄像头解决方案 成像质量提升
什么是 fft？
fft 即 fast fourier transform，是快速傅里叶变换的简称。fft 的一个常用场景是确定一个时域噪声信号的频率分量。在 ltspice 中，它像频谱分析仪可以计算并显示信号的频率成分和电平 (功率)。由于 fft 功能是以在瞬态分析 (时间轴) 中获得的数据为基础进行计算，因此它是内置于 waveform viewer 的功能。
fft 功能使用步骤
以一个由 3 个不同频率和幅值的正弦波合成的信号为例，通过瞬态分析查看其波形，并使用 fft 显示功能确认其频率的分布。瞬态分析产生正弦波合成波形的电路，如下图 (图1) 所示：
图1 产生正弦波合成波形的电路 (瞬态分析)
正弦波合成波形 (out 端子) 如下图 (图2) 所示，单看这个 out 端子的波形，无法知道频率成分和大小。
图2 正弦波合成波形 (out端子)
因此，以下将使用 fft 显示功能。如下图 (图3) 所示，从菜单栏中选择 “view” → “fft”。
图3 fft显示方法步骤1
然后会弹出下图 (图4) 所示的对话框，点击 “ok”。
图4 fft 表示方法步骤 2
fft 显示结果如下图 (图5) 所示，得到纵轴为信号电平 (db)、横轴为频率 (hz) 的对数曲线。峰值位于频率 1khz、3khz、10khz 处，这样我们就能掌握波形的成分和大小。
图5 fft显示结果
fft 功能使用要点
使用 fft 功能时，建议设置 “.options plotwinsize=0” 命令，这样可以防止分析数据被压缩。通过使用该命令，并降低本底噪声，如上图 (图5) 所示。另外，如果设定瞬态命令的 “最大时间步长” 短于一个信号周期的 1/100，则可得到良好的 fft 结果。然而，更短的时间设定会带来更长的仿真时间，所以请根据需要来权衡调整。
为了进行比较，在 .options 中没有指定 plotwinsize，而是用默认的最大时间步长来运行模拟。与上图 (图5) 的结果相比，本底噪声的基底较大，并且在非预期的频率处也存在峰值，如下图 (图6) 所示。这个结果表明，.options plotwinsize=0 命令对 fft 分析很重要。
图6 fft表示結果 (未指定 plotwinsize，maxiumtimestep 默认设置)
用 fft 观察电源 ic 的输出电压信号
在以往文章《活学活用 ltspice 进行电路设计 — dc-dc 转换器仿真》中，我们以降压转换器 lt8640 为例，示范了如何确认输出纹波电压。这次我们继续以 lt8640 为例，用 fft 功能查看其频率成分。fft 分析需要在稳定状态下获得结果，因此在电源启动后需要确认纹波电压。由于这个原因，瞬态分析的模拟时间定为 500u~700usec。
图7 使用 lt8640 模拟输出电压的频率分析
输出电压的纹波波形，如下图 (图8) 所示：
图8 输出电压波形 (时间轴)
通过 fft 分析，不仅能确认 1mhz 的开关频率成分，还包含 2 倍、3 倍偶数和奇数的频率成分，如下图 (图9) 所示：
图9 输出电压波形 (频率轴)
来自电源电路的噪音可能会影响外围电路和 emi 测试。通过使用 fft 功能掌握频率成分，可以在模拟研究噪声对策，如滤波器设计等。
总结
本文介绍了在 ltspice 仿真软件中 fft 功能的使用步骤及要点，以及如何用 fft 观察电源 ic 的输出电压信号。
区块之间是如何相互链接
烙铁头由哪些材料组成
2021什么蓝牙耳机好用平价？性价比高的无线蓝牙耳机推荐
当奥迪、百达翡丽、兰蔻大牌遇上新媒体艺术，会碰撞出怎样的火花
基于DSP器件TMS320F2812实现同步采样模块的方案设计
在LTspice仿真软件中如何使用FFT进行频谱分析
基于FPGA器件的内块存储器资源功能验证方法设计详解
浅谈dvdt滤波器的功能及应用
关于Type c连接器的未来发展趋势
工业4.0助力智能工厂的发展
国民技术与Intel达成合作推进可信计算
回顾六大亮点推动生态圈建设的相关活动和介绍
激光雷达激烈战,Velodyne推新款128线激光雷达传感器
LED显示屏驱动IC技术的重要性和作用
iPhone 12 Pro的需求量大于iPhone 12?
400G并行系列光模块在数据中心如何应用
辨别传感器输出信号真伪的方法
新基建对Wi-Fi领域带来了哪些新的机会？
DeviceNet现场总线在大众BORA A4总装生产线的应用
虹软光学屏下指纹和屏下摄像头解决方案 成像质量提升