在LTspice仿真中对数字滤波器进行建模（第一部分）

时间：2026-07-27 17:19:27

关键字： LTspice仿真数字滤波器数字元件

[导读]在LTspice中进行电路仿真时，目标通常是深入了解电路的模拟行为并做出设计权衡。同时，电路的输出很可能会被数字化并进行后处理，因此将生成的数字元件纳入LTspice仿真往往更具挑战性。

在LTspice中进行电路仿真时，目标通常是深入了解电路的模拟行为并做出设计权衡。同时，电路的输出很可能会被数字化并进行后处理，因此将生成的数字元件纳入LTspice仿真往往更具挑战性。

在这篇博客文章中，我将介绍一些电路元件，以帮助您在LTspice中对数字滤波器进行建模。这样，您就可以探索对数字化信号施加滤波后的模拟电路的行为与性能。

介绍一种简单的数字滤波器：移动平均FIR滤波器

我们从最简单的低通滤波器示例，即移动平均滤波器开始讲起。维基百科关于FIR滤波器的文章展示了一个非常简单的使用三个抽头的移动平均示例。

图1：移动平均FIR滤波器的框图

《面向科学家和工程师的数字信号处理指南》第15章也是理解移动平均滤波器的有用参考资料。

在上述三抽头示例中，输出为输入信号连续三个采样点的平均值：

此算法还可进一步简化，以减少所需的乘法模块数量：

实现起来十分简单。那么如何在LTspice中实现这一功能呢？

在LTspice中引入滤波器模块

要在LTspice中实现此滤波器，需要三种函数：单位延迟、加法和乘法。

单位延迟模块可通过任意电压源（LTspice元件库中的bv）配合delay()函数来实现。此模块需要设置采样频率。该参数应在原理图的顶层使用.PARAM指令进行设置。例如以下指令：

.param Fs=1000

可将采样频率设置为1ksps。单位延迟模块会将采样频率转换为采样周期（1ms），并利用该值使模块的输入信号产生相应的延迟。

图2：LTspice单位延迟模块原理图

加法模块和乘法模块的实现则更为简单，无需了解采样周期。两者均可直接通过压控电压源来实现。加法模块需要两个输入信号进行相加。乘法模块需要一个输入信号，并使用参数M来设定乘数。

图3：LTspice加法器模块原理图

图4：LTspice乘法器模块原理图

在LTspice中实现移动平均FIR滤波器

将上述三个模块组合，即可在LTspice中创建一个简化的移动平均FIR滤波器。如需探索此示例，请打开附件.zip压缩包中的Moving Average FIR Filter.asc文件。为确保LTspice能够找到所有必需的文件，请在打开原理图前先解压该.zip文件。

Moving-Average-FIR-Filter.zip

上述示例中的滤波器模块已封装为层次化模块，双击相应模块即可打开其底层原理图。在该压缩包的各个模块文件夹中，均包含一个.asc文件和一个.asy文件。其中，.asc文件为底层原理图，.asy文件为对应的符号文件。

图5：三抽头移动平均FIR LTspice原理图

在瞬态仿真中探索结果

从菜单栏选择“Simulate -> Run/Pause”（仿真 -> 运行/暂停），以执行原理图中由.TRAN指令指定的瞬态仿真。图6展示了滤波器电路的输入节点、输出节点及内部延迟节点。点击原理图中的节点即可绘制波形，随后右键单击波形并选择“Add Plot Pane Below”（在下方添加绘图面板），以创建多个显示面板。