打通技术壁垒：将数字滤波器集成到LTspice模拟仿真中

让我们打通技术壁垒，学习如何对模拟电路与数字滤波器进行联合仿真。我将继续在LTspice中探索数字滤波器模型，通过将其与模拟电路元件相结合，展示在LTspice中将数字滤波器置于模拟信号链输出端的价值。

承接上一篇博客的内容，接下来探讨几个使用交流分析的电路。参见图1。如需跟随操作，请打开附件中的FIR Filter – AC and Noise.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。

FIR Filter - AC and Noise.zip

图1：FIR滤波器电路（上）及RC滤波器+FIR滤波器电路（下）

从可正常运行的.AC仿真开始

查看示例原理图时，请注意蓝色的指令均处于被注释状态。首先检查.AC仿真。从菜单栏选择“Simulate -> Run/Pause”（仿真 -> 运行/暂停），以执行原理图中由.AC指令指定的仿真。点击原理图中的OUT1节点，以绘制V(out1)波形（图2中的绿色曲线）。V(out1)显示了FIR滤波器模型的响应。有关该电路及仿真结果的详细信息，请参阅《在LTspice仿真中结合数字滤波器建模》一文。右键单击次坐标轴以禁用相位图显示；随后右键单击绘图窗口，选择在现有绘图面板的上方或下方添加新面板。

观察模拟与数字滤波器的组合响应

底部电路由一个RC滤波器（R1和C1）及其后级联的相同FIR滤波器组成。添加一个新的绘图面板，并分别点击IN2和OUT2节点，以观察RC滤波器的频率响应以及RC滤波器与FIR滤波器的组合响应（图2中的蓝色和红色曲线）

图2：绘制数字和模拟滤波器的频率响应

再添加一个绘图面板，点击OUT1和OUT2节点，将两个滤波器的输出同时显示在底部绘图面板中。右键单击图例标签V(out2)，修改表达式以绘制V(out2)/V(in2)。参见图3。V(out2)/V(in2)代表FIR滤波器单独的频率响应（不受RC滤波器影响），该结果与V(out1)完全一致（图2中的绿色和黄色曲线）。

图3：绘制表达式以隔离数字滤波器的响应

检查 .NOISE仿真波形

验证.AC仿真按预期工作后，接下来切换到.NOISE仿真。有关.NOISE仿真的快速入门，请参阅这篇博客文章。

按住Shift键并点击.AC指令以将其注释掉，然后按住Shift键点击其下方的.NOISE指令以激活该指令。激活的.NOISE指令应为：

.noise V(OUT2) V2 dec 1000 10 {10*Fs/2}

其中，V2为输入源，V(OUT2)为输出节点，频率扫描参数与先前的.AC指令参数保持一致。关闭波形窗口（以重置图形和面板数量），然后重新运行仿真。在原理图中点击OUT2节点以绘制噪声结果。按住Ctrl键并点击波形标题V(onoise)，即可显示当前绘制频率范围内的积分有效值噪声（图4）。

正如《提高噪声》一文中所述，这种电路中唯一的噪声源是R1。R1产生的噪声会经过由R1和C1组成的RC滤波器和数字滤波器共同整形处理。

图4：绘制OUT2节点的噪声密度并计算积分噪声

结论

通过在LTspice中对模拟和数字滤波电路进行联合建模，可以轻松观察组合电路的整体频率响应与噪声特性。这使得分析预期性能和评估潜在设计权衡变得更加简便。我将在后续博客文章中引入更复杂的电路来进一步探讨此主题，敬请期待！阅读LTspice数字滤波器系列全部博客文章。