如何使用LTspice获得出色的EMC仿真结果—第1部分
richard anslow 和 sylvain le bras
随着物联网互联设备和5g连接等技术创新成为我们日常生活的一部分，监管这些设备的电磁辐射并量化其emi抗扰度的需求也随之增加。满足emc合规目标通常是一项复杂的工作。本文介绍如何通过开源ltspice®仿真电路来回答以下关键问题：(a) 我的系统能否通过emc测试，或者是否需要增加缓解技术？(b) 我的设计对外部环境噪声的抗扰度如何？
为何要使用ltspice进行emc仿真？
针对emc的设计应该尽可能遵循产品发布日程表，但事实往往并非如此，因为emc问题和实验室测试可能将产品发布延迟数月。
通常，仿真侧重于电子设备的功能方面；但是，诸如 ltspice 之类简单的开源工具也可以用来仿真任何设备的emc行为。由于许多人在家工作，并且emc实验室的成本高昂（每天高达2000美元），因此准确的emc仿真工具更显价值。花几个小时对emc故障和电路修复情况进行仿真，有助于避免多次实验室测试迭代和昂贵的硬件重新设计。
为了发挥作用，emc仿真工具需要尽可能准确。本系列文章会提供一些指南和ltspice emc电路模型，这些模型经过仿真并与实际实验室测量结果非常吻合。
这是三篇系列文章的第一部分，这些文章为一个示例传感器信号链提供了emc仿真模型，其核心是mems振动传感器。不过，许多器件和emc仿真技术并非mems解决方案所独有的，而是可以广泛用于各种应用。
第1部分：电源器件与传导辐射和抗扰度。
第2部分：电缆驱动收发器链路上的信号完整性和瞬变鲁棒性。
第3部分：信号调理器件及如何提高对外部噪声的抗扰度。
使用ltspice解决辐射和抗扰度问题
阅读本文后，您应该能够回答以下关键问题：
(a) 我的系统是否有可能通过emc测试？是否应该为共模电感、滤波电感或电容预留空间？阅读本文后，您应该能够使用ltspice绘制降压转换器电源设计的差分和共模噪声图，并展示电路超过（失败）还是未超过（成功）传导辐射标准限值，如图1所示。
图1. 差分和共模噪声的ltspice图，附有传导辐射限值线
(b) 是否需要线性稳压器来为敏感负载提供稳定的电压？阅读本文后，基于设计容许的降压输出纹波电压电平，您应该能够使用ltspice了解降压转换器的输出端是否需要ldo稳压器。此外，本文还提供了一个可配置的电源抗扰度(psrr)测试电路。
用于传感器的降压转换器
mems振动传感器通常被置于一个小型金属外壳中，其直径通常为20 mm至30 mm，高度为50 mm至60 mm。带有数字信号链的传感器通常由长电缆提供9 vdc至30 vdc电源，功耗低于300 mw。为了能放入这种小型外壳内，需要高效率、宽输入范围的微型电源解决方案。
lt8618、lt8618-3.3 和 lt8604 是紧凑型高速降压开关稳压器，非常适合mems传感器应用。lt8618和lt8618-3.3已有相应的ltspice模型。lt8618具有良好的稳压能力，提供非常低的输出纹波，其峰峰值小于10 mv。然而，输出电容组的寄生电阻和电感会增加这种纹波，导致降压电路产生有害的传导辐射。容性负载、降压稳压器的输出开关寄生效应以及pcb设计和传感器外壳之间的耦合电容，都可能引起寄生效应。
提取和使用寄生值
接下来介绍工程师如何使用 würth redexpert 从实际电容中提取esl和esr寄生值，并使用ltspice进行电路仿真。在许多系统的输入端和输出端，电容和电感的寄生效应对emi性能起着重要作用。为了降低系统输出纹波，分离各种寄生贡献有助于用户做出最佳选择。
我们使用ltspice和würth redexpert流程来讨论降压转换器的传导辐射仿真，如图2所示。对于降压转换器，通常来说，输出纹波与信噪比(snr)相关，而输入纹波与emc性能密切相关。
图2. 使用ltspice进行传导辐射仿真的流程
概述图2所示的仿真方法之后，本文将使用 dc2822a lt8618演示板进行实际的实验室测量和仿真相关性分析。
使用würth redexpert数据的ltspice测试电路
降压转换器的输出纹波电压是电容阻抗和电感电流的函数。为了获得更好的仿真精度，可以使用würth redexpert来选择4.7 µf输出电容(885012208040)，并提取随频率变化的esr和esl。esl和esr有时会被加载到ltspice电容模型中，但快速检查将证明ltspice电容数据经常会忽略esl。图3a和3b显示了两个等效电路：(a) 使用4.7 µf输出电容以及分立的esl和esr值；(b) 使用包含esr和esl参数的würth电容。
图3. ltspice测试电路：(a) 使用4.7 μf电容以及分立的esl和esr值；(b) 使用包含esr和esl参数的würth电容
redexpert显示了许多元件的随频率而变化的阻抗，以帮助确定每个无源器件的关键寄生效应。这些寄生值稍后可以在ltspice模型中实现，从而能够单独评估其对总电压纹波的贡献。
如前所述，lt8618提供非常低的输出纹波，峰峰值小于10 mv。但是，当模拟容性负载和esl的影响时，输出纹波电压为44 mv p-p。在频率范围内，电容esl对噪声的贡献相当大，如图4的fft图所示。
图4. fft图显示了一个4.7 μf电容的纯电容、esl和esr各自对频谱的贡献
使用ltspice lisn电路评估降压输入端的emi合规性
为了评估传导设置中的emc合规性，大多数标准依赖于线路阻抗稳定网络(lisn)或人工电源网络(amn)。这些器件具有类似的功能，位于电路电源和被测器件(dut)——这里是降压转换器——之间。lisn/amn由低通和高通滤波器组成。低通滤波器提供从低频电源（直流至几百赫兹）到dut的路径。高通滤波器用于测量电源和返回电源线噪声。这些电压是在50 ω电阻上测量，如图5和图61所示。在实际实验室中，该电压使用emi接收器来测量。ltspice可用来探测噪声电压并绘制传导辐射测试频谱图。
图5. lisn置于电源和被测器件(dut)之间
图6. lisn内部的共模和差模干扰的表示1
传导辐射可分为两类：共模(cm)噪声和差模(dm)噪声。区分cm和dm噪声很重要，因为emi缓解技术可能对cm噪声有效，但对dm噪声无效，反之亦然。由于v1和v2电压同时输出，因此在传导辐射测试中可以使用lisn来分离cm和dm噪声，如图61所示
dm噪声在电源线和返回线之间产生，而cm噪声是通过杂散电容cstray在电源线和接地参考平面（例如铜测试台）之间产生。cstray实际上模拟了降压转换器输出端的开关噪声寄生效应。
图6对应的ltspice lisn电路如图7所示。为了获得更高的仿真精度，使用l5和l6电感来模拟lisn电源引线到测试电路的电感。电阻r10模拟测试板开槽接地层的阻抗。图7还包括用于模拟cstray的电容c10。电容c11模拟传感器pcb和传感器机械外壳之间的寄生电容。
图7. ltspice lisn电路、lt8618降压转换器和寄生建模
运行仿真时，应设置ltspice以帮助lisn电路更快达到稳定状态，因为启动条件选择错误可能导致长期持续振荡。
确保取消勾选start external dc supply voltages at zero（从零启动外部直流电源电压），并根据需要指定电路元件的初始条件（电压和电流）。
图8显示了cm和dm噪声，使用的是从lisn端子v1和v2测得的ltspice ftt图。为了再现图6所示的算术运算，对于dm噪声，v1和v2相减后乘以0.5；对于cm噪声，v1与v2相加，结果乘以0.5。
图8. dm噪声（黑色）和cm噪声（蓝色）的ltspice fft图
在实验室中，传导辐射通常以dbµv为单位进行测量，而ltspice的默认单位为1 dbv。两者之间的关系为1 dbv = 120 dbµv。
因此，dm噪声（以dbµv为单位）的ltspice表达式为
cm噪声的表达式为
添加传导辐射限值线
ltspice fft波形查看参数可以通过绘图设置文件进行编辑。使用ltspice fft菜单，导航到save plot settings（保存绘图设置）并点击保存。绘图设置文件可以使用文本编辑器打开，并且可以进行操作以添加en 55022传导辐射限值线以及相关的emc频率范围（10 khz至30 mhz）和幅度（0 dbµv至120 dbµv）。
en 55022传导辐射标准频率和幅度限值可以利用excel进行操作，以提供正确的语法来复制和粘贴到ltspice绘图设置文件，如图9所示。线定义可以粘贴到绘图设置参数中，如图10所示。图10还显示了x频率和y幅度参数。
图10. 添加传导辐射通过/失败线定义和频率/幅度刻度
图11显示了传导辐射限值线，以及降压电路的dm和cm传导辐射。电路在2.3mhz至30 mhz频段内未通过辐射测试。
图11. ltspice fft图和en 55022传导辐射限值线
解决降压转换器emi
为了降低电路的dm噪声，可以在输入轨上放置一个esl和esr非常低的电容，例如c12 22 µf würth 885012209006，如图12所示。
图12. 解决降压转换器辐射问题
为了降低cm噪声，可以从ltspice库中选择würth共模扼流圈，例如250 µh 744235251（we-cnsw 系列）。封装尺寸4.5 mm × 3.2 mm × 2.8 mm非常适合空间受限的mems传感器外壳。图13显示了问题解决后的降压转换器的fft图。
图13. 解决降压转换器问题后的fft图
使用dc2822a lt8618演示板的实际实验室测量和仿真相关性
本文为ltspice进行传导辐射仿真提供了指导。这些方法可用于任何降压转换器电路。现在我们将注意力转向使用dc2822a lt8618演示板的仿真和emc实验室相关性，如图14所示。dc2822a演示板包括多个输入和输出电容，这些电容未包含在以前的仿真模型中（例如图7和图12）。图15中显示的ltspice模型包括这些电容，以及使用würth redexpert获得的电容esl和esr值。
图14. dc2822a lt8618演示板
图15. dc2822a演示板vin配置对应的ltspice模型
dc2822a演示板包括两个电源输入：vin和vemi。vin输入电源轨绕过了pcb上使用的铁氧体磁珠。图15 ltspice模型对应于演示板vin配置。图16显示了ltspice仿真的fft，共模辐射在2 mhz时略微超过传导辐射限值线。
图16. dc2822a vin 配置对应的ltspice fft图
为了减少仿真时间，并优化ltspice仿真与dc2822a演示板实验室测量的匹配度，相比之前的模型（图7和图12），我们对图15进行了以下更改：
无需模拟外壳和pcb之间的100 pf电容。我们只为dc2822a演示板建模。
从一开始就假设这个设计良好的pcb上的开关噪声可以忽略不计。之前，我们在图7和图12中估计了5 pf的开关噪声。
忽略lisn和dc2822a演示板之间导线的非常小电感。
添加1 kω电阻与50 µh lisn电感并联以减少仿真时间（缩短lisn建立时间）。
对图15电路进行上述改变之后，图17显示了ltspice仿真与emc实验室中dc2822a演示板的实际测量的比较。ltspice仿真模型非常准确地预测到实际实验室辐射的主要峰值。
图17. dc2822a vin配置，ltspice和实际emc实验室辐射的比较
通过铁氧体磁珠（emi滤波器）vemi轨测量，dc2822a演示板轻松符合60 dbµv的传导辐射限值线。事实上，在较低频率时，dc2822a演示板只有30 dbµv至35 dbµv的辐射。
传导抗扰度
有线状态监控传感器具有严格的抗扰度要求。对于铁路、自动化和重工业（例如纸浆和纸张加工）的状态监控，振动传感器解决方案需要输出低于1 mv的噪声，以避免在数据采集/控制器处触发错误的振动水平。这意味着电源设计向测量电路（mems信号链）输出的噪声必须非常低（低输出纹波）。电源设计还必须不受耦合到电源电缆的噪声的影响（高psrr）。
如前所示，由于非理想的容性负载和突发操作，lt8618可能有数十毫伏的输出纹波。对于mems传感器应用，lt8618的输出端需要一个超低噪声和高psrr的ldo稳压器，例如 lt3042。
针对抗扰度(psrr)的灵活仿真电路
图18所示的ltspice电路可用来仿真lt3042的psrr。图18所示的时域瞬变模型是交流扫描方法的替代方法。这种时域模型比交流方法更灵活，甚至允许用户对开关稳压器的psrr进行仿真。仿真电路频率扫描电压输入轨的变化，并模拟输出电压的相应变化。换句话说，仿真评估如下方程：psrrlt3042 = 频率范围内(vin变化)/(vout变化)。
图18. 在10 khz至80 mhz范围内仿真lt3042 ldo稳压器的psrr
图18含有几个强大的语句。.meas和.step语句的组合使用户能够在ldo输入端添加电压噪声源，并在频率范围内测量电压输入阶跃变化情况下的ldo psrr。
.meas语句
允许用户在一个时间范围内测量信号的峰峰值并将其输出到spice错误日志。图18测量了输入和输出纹波，并计算测量数据的psrr。所有这些都输出到spice错误日志中。
.step语句
在单次仿真运行中，.step命令可用于扫描变量的一系列值。图18中的.step语句在50 hz至10 mhz范围内阶跃改变v2电压源正弦波。
c2输出电容初始电压可设置为3.3v，以加快建立（和仿真）时间。这是通过编辑电容属性来完成的，通过禁用ltspice中的start external dc supply voltage at 0 v选项可以进一步加快速度。
使用spice错误日志
仿真完成后，右键单击其中一个窗口，选择查看并选择spice错误日志（或使用ctrl+l热键）。spice错误日志包含.meas语句的数据点。
要绘制.meas数据图，请右键单击错误日志并选择绘制阶跃.meas数据，右键单击空白屏幕以选择add trace（添加迹线，或使用ctrl+a）并选择psrr。右键单击x轴，选中单选按钮以显示对数刻度。这将显示psrr随频率的变化，如图19所示。
图19. 绘制lt3042 ldo稳压器的仿真psrr图
原始lt3042数据手册曲线中的一些伪影不可见（约2 mhz），但整体形状和值与数据手册接近。
图20显示了频率范围内的输出电压纹波。在50 hz至10 mhz范围内，它小于200 µv。在相同频率范围内，输入电压纹波为1 v p-p。lt3042为噪声敏感的mems解决方案提供了出色的psrr和低噪声电源。
图20. 绘制lt3042仿真输出电压纹波随频率的变化图
使用spice错误日志的.meas方法可用来仿真许多其他参数，包括：
开关稳压器的psrr
psrr、电压差与频率三者的关系
psrr与旁路网络的关系
rms输出纹波与直流输入的关系
效率与元件值的关系
小结
本文提供了ltspice仿真电路和方法，用以绘制降压转换器电源设计的差分和共模噪声图。本文让用户能够绘制传导辐射限值线，并帮助预测emc实验室故障。仿真方法通过实验室测量得到验证，与lt8618 dc2822a演示板实测结果匹配。
在lt8618降压转换器的输出端使用lt3042 ldo稳压器，可为mems传感器应用提供超低噪声、高psrr解决方案。针对psrr的灵活仿真电路表明结果与lt3042数据手册有良好的一致性。在50 hz至10 mhz范围内，即使存在较大的1 v p-p输入电压噪声，lt3042的仿真输出纹波也小于200 µv。
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为何要使用ltspice进行emc仿真？
针对emc的设计应该尽可能遵循产品发布日程表，但事实往往并非如此，因为emc问题和实验室测试可能将产品发布延迟数月。
通常，仿真侧重于电子设备的功能方面；但是，诸如 ltspice 之类简单的开源工具也可以用来仿真任何设备的emc行为。由于许多人在家工作，并且emc实验室的成本高昂（每天高达2000美元），因此准确的emc仿真工具更显价值。花几个小时对emc故障和电路修复情况进行仿真，有助于避免多次实验室测试迭代和昂贵的硬件重新设计。
为了发挥作用，emc仿真工具需要尽可能准确。本系列文章会提供一些指南和ltspice emc电路模型，这些模型经过仿真并与实际实验室测量结果非常吻合。
这是三篇系列文章的第一部分，这些文章为一个示例传感器信号链提供了emc仿真模型，其核心是mems振动传感器。不过，许多器件和emc仿真技术并非mems解决方案所独有的，而是可以广泛用于各种应用。
第1部分：电源器件与传导辐射和抗扰度。
第2部分：电缆驱动收发器链路上的信号完整性和瞬变鲁棒性。
第3部分：信号调理器件及如何提高对外部噪声的抗扰度。
使用ltspice解决辐射和抗扰度问题
阅读本文后，您应该能够回答以下关键问题：
(a) 我的系统是否有可能通过emc测试？是否应该为共模电感、滤波电感或电容预留空间？阅读本文后，您应该能够使用ltspice绘制降压转换器电源设计的差分和共模噪声图，并展示电路超过（失败）还是未超过（成功）传导辐射标准限值，如图1所示。
图1. 差分和共模噪声的ltspice图，附有传导辐射限值线
(b) 是否需要线性稳压器来为敏感负载提供稳定的电压？阅读本文后，基于设计容许的降压输出纹波电压电平，您应该能够使用ltspice了解降压转换器的输出端是否需要ldo稳压器。此外，本文还提供了一个可配置的电源抗扰度(psrr)测试电路。
用于传感器的降压转换器
mems振动传感器通常被置于一个小型金属外壳中，其直径通常为20 mm至30 mm，高度为50 mm至60 mm。带有数字信号链的传感器通常由长电缆提供9 vdc至30 vdc电源，功耗低于300 mw。为了能放入这种小型外壳内，需要高效率、宽输入范围的微型电源解决方案。
lt8618、lt8618-3.3 和 lt8604 是紧凑型高速降压开关稳压器，非常适合mems传感器应用。lt8618和lt8618-3.3已有相应的ltspice模型。lt8618具有良好的稳压能力，提供非常低的输出纹波，其峰峰值小于10 mv。然而，输出电容组的寄生电阻和电感会增加这种纹波，导致降压电路产生有害的传导辐射。容性负载、降压稳压器的输出开关寄生效应以及pcb设计和传感器外壳之间的耦合电容，都可能引起寄生效应。
提取和使用寄生值
接下来介绍工程师如何使用 würth redexpert 从实际电容中提取esl和esr寄生值，并使用ltspice进行电路仿真。在许多系统的输入端和输出端，电容和电感的寄生效应对emi性能起着重要作用。为了降低系统输出纹波，分离各种寄生贡献有助于用户做出最佳选择。
我们使用ltspice和würth redexpert流程来讨论降压转换器的传导辐射仿真，如图2所示。对于降压转换器，通常来说，输出纹波与信噪比(snr)相关，而输入纹波与emc性能密切相关。
图2. 使用ltspice进行传导辐射仿真的流程
概述图2所示的仿真方法之后，本文将使用 dc2822a lt8618演示板进行实际的实验室测量和仿真相关性分析。
使用würth redexpert数据的ltspice测试电路
降压转换器的输出纹波电压是电容阻抗和电感电流的函数。为了获得更好的仿真精度，可以使用würth redexpert来选择4.7 µf输出电容(885012208040)，并提取随频率变化的esr和esl。esl和esr有时会被加载到ltspice电容模型中，但快速检查将证明ltspice电容数据经常会忽略esl。图3a和3b显示了两个等效电路：(a) 使用4.7 µf输出电容以及分立的esl和esr值；(b) 使用包含esr和esl参数的würth电容。
图3. ltspice测试电路：(a) 使用4.7 μf电容以及分立的esl和esr值；(b) 使用包含esr和esl参数的würth电容
redexpert显示了许多元件的随频率而变化的阻抗，以帮助确定每个无源器件的关键寄生效应。这些寄生值稍后可以在ltspice模型中实现，从而能够单独评估其对总电压纹波的贡献。
如前所述，lt8618提供非常低的输出纹波，峰峰值小于10 mv。但是，当模拟容性负载和esl的影响时，输出纹波电压为44 mv p-p。在频率范围内，电容esl对噪声的贡献相当大，如图4的fft图所示。
图4. fft图显示了一个4.7 μf电容的纯电容、esl和esr各自对频谱的贡献
使用ltspice lisn电路评估降压输入端的emi合规性
为了评估传导设置中的emc合规性，大多数标准依赖于线路阻抗稳定网络(lisn)或人工电源网络(amn)。这些器件具有类似的功能，位于电路电源和被测器件(dut)——这里是降压转换器——之间。lisn/amn由低通和高通滤波器组成。低通滤波器提供从低频电源（直流至几百赫兹）到dut的路径。高通滤波器用于测量电源和返回电源线噪声。这些电压是在50 ω电阻上测量，如图5和图61所示。在实际实验室中，该电压使用emi接收器来测量。ltspice可用来探测噪声电压并绘制传导辐射测试频谱图。
图5. lisn置于电源和被测器件(dut)之间
图6. lisn内部的共模和差模干扰的表示1
传导辐射可分为两类：共模(cm)噪声和差模(dm)噪声。区分cm和dm噪声很重要，因为emi缓解技术可能对cm噪声有效，但对dm噪声无效，反之亦然。由于v1和v2电压同时输出，因此在传导辐射测试中可以使用lisn来分离cm和dm噪声，如图61所示
dm噪声在电源线和返回线之间产生，而cm噪声是通过杂散电容cstray在电源线和接地参考平面（例如铜测试台）之间产生。cstray实际上模拟了降压转换器输出端的开关噪声寄生效应。
图6对应的ltspice lisn电路如图7所示。为了获得更高的仿真精度，使用l5和l6电感来模拟lisn电源引线到测试电路的电感。电阻r10模拟测试板开槽接地层的阻抗。图7还包括用于模拟cstray的电容c10。电容c11模拟传感器pcb和传感器机械外壳之间的寄生电容。
图7. ltspice lisn电路、lt8618降压转换器和寄生建模
运行仿真时，应设置ltspice以帮助lisn电路更快达到稳定状态，因为启动条件选择错误可能导致长期持续振荡。
确保取消勾选start external dc supply voltages at zero（从零启动外部直流电源电压），并根据需要指定电路元件的初始条件（电压和电流）。
图8显示了cm和dm噪声，使用的是从lisn端子v1和v2测得的ltspice ftt图。为了再现图6所示的算术运算，对于dm噪声，v1和v2相减后乘以0.5；对于cm噪声，v1与v2相加，结果乘以0.5。
图8. dm噪声（黑色）和cm噪声（蓝色）的ltspice fft图
在实验室中，传导辐射通常以dbµv为单位进行测量，而ltspice的默认单位为1 dbv。两者之间的关系为1 dbv = 120 dbµv。
因此，dm噪声（以dbµv为单位）的ltspice表达式为
cm噪声的表达式为
添加传导辐射限值线
ltspice fft波形查看参数可以通过绘图设置文件进行编辑。使用ltspice fft菜单，导航到save plot settings（保存绘图设置）并点击保存。绘图设置文件可以使用文本编辑器打开，并且可以进行操作以添加en 55022传导辐射限值线以及相关的emc频率范围（10 khz至30 mhz）和幅度（0 dbµv至120 dbµv）。
en 55022传导辐射标准频率和幅度限值可以利用excel进行操作，以提供正确的语法来复制和粘贴到ltspice绘图设置文件，如图9所示。线定义可以粘贴到绘图设置参数中，如图10所示。图10还显示了x频率和y幅度参数。
图10. 添加传导辐射通过/失败线定义和频率/幅度刻度
图11显示了传导辐射限值线，以及降压电路的dm和cm传导辐射。电路在2.3mhz至30 mhz频段内未通过辐射测试。
图11. ltspice fft图和en 55022传导辐射限值线
解决降压转换器emi
为了降低电路的dm噪声，可以在输入轨上放置一个esl和esr非常低的电容，例如c12 22 µf würth 885012209006，如图12所示。
图12. 解决降压转换器辐射问题
为了降低cm噪声，可以从ltspice库中选择würth共模扼流圈，例如250 µh 744235251（we-cnsw 系列）。封装尺寸4.5 mm × 3.2 mm × 2.8 mm非常适合空间受限的mems传感器外壳。图13显示了问题解决后的降压转换器的fft图。
图13. 解决降压转换器问题后的fft图
使用dc2822a lt8618演示板的实际实验室测量和仿真相关性
本文为ltspice进行传导辐射仿真提供了指导。这些方法可用于任何降压转换器电路。现在我们将注意力转向使用dc2822a lt8618演示板的仿真和emc实验室相关性，如图14所示。dc2822a演示板包括多个输入和输出电容，这些电容未包含在以前的仿真模型中（例如图7和图12）。图15中显示的ltspice模型包括这些电容，以及使用würth redexpert获得的电容esl和esr值。
图14. dc2822a lt8618演示板
图15. dc2822a演示板vin配置对应的ltspice模型
dc2822a演示板包括两个电源输入：vin和vemi。vin输入电源轨绕过了pcb上使用的铁氧体磁珠。图15 ltspice模型对应于演示板vin配置。图16显示了ltspice仿真的fft，共模辐射在2 mhz时略微超过传导辐射限值线。
图16. dc2822a vin 配置对应的ltspice fft图
为了减少仿真时间，并优化ltspice仿真与dc2822a演示板实验室测量的匹配度，相比之前的模型（图7和图12），我们对图15进行了以下更改：
无需模拟外壳和pcb之间的100 pf电容。我们只为dc2822a演示板建模。
从一开始就假设这个设计良好的pcb上的开关噪声可以忽略不计。之前，我们在图7和图12中估计了5 pf的开关噪声。
忽略lisn和dc2822a演示板之间导线的非常小电感。
添加1 kω电阻与50 µh lisn电感并联以减少仿真时间（缩短lisn建立时间）。
对图15电路进行上述改变之后，图17显示了ltspice仿真与emc实验室中dc2822a演示板的实际测量的比较。ltspice仿真模型非常准确地预测到实际实验室辐射的主要峰值。
图17. dc2822a vin配置，ltspice和实际emc实验室辐射的比较
通过铁氧体磁珠（emi滤波器）vemi轨测量，dc2822a演示板轻松符合60 dbµv的传导辐射限值线。事实上，在较低频率时，dc2822a演示板只有30 dbµv至35 dbµv的辐射。
传导抗扰度
有线状态监控传感器具有严格的抗扰度要求。对于铁路、自动化和重工业（例如纸浆和纸张加工）的状态监控，振动传感器解决方案需要输出低于1 mv的噪声，以避免在数据采集/控制器处触发错误的振动水平。这意味着电源设计向测量电路（mems信号链）输出的噪声必须非常低（低输出纹波）。电源设计还必须不受耦合到电源电缆的噪声的影响（高psrr）。
如前所示，由于非理想的容性负载和突发操作，lt8618可能有数十毫伏的输出纹波。对于mems传感器应用，lt8618的输出端需要一个超低噪声和高psrr的ldo稳压器，例如 lt3042。
针对抗扰度(psrr)的灵活仿真电路
图18所示的ltspice电路可用来仿真lt3042的psrr。图18所示的时域瞬变模型是交流扫描方法的替代方法。这种时域模型比交流方法更灵活，甚至允许用户对开关稳压器的psrr进行仿真。仿真电路频率扫描电压输入轨的变化，并模拟输出电压的相应变化。换句话说，仿真评估如下方程：psrrlt3042 = 频率范围内(vin变化)/(vout变化)。
图18. 在10 khz至80 mhz范围内仿真lt3042 ldo稳压器的psrr
图18含有几个强大的语句。.meas和.step语句的组合使用户能够在ldo输入端添加电压噪声源，并在频率范围内测量电压输入阶跃变化情况下的ldo psrr。
.meas语句
允许用户在一个时间范围内测量信号的峰峰值并将其输出到spice错误日志。图18测量了输入和输出纹波，并计算测量数据的psrr。所有这些都输出到spice错误日志中。
.step语句
在单次仿真运行中，.step命令可用于扫描变量的一系列值。图18中的.step语句在50 hz至10 mhz范围内阶跃改变v2电压源正弦波。
c2输出电容初始电压可设置为3.3v，以加快建立（和仿真）时间。这是通过编辑电容属性来完成的，通过禁用ltspice中的start external dc supply voltage at 0 v选项可以进一步加快速度。
使用spice错误日志
仿真完成后，右键单击其中一个窗口，选择查看并选择spice错误日志（或使用ctrl+l热键）。spice错误日志包含.meas语句的数据点。
要绘制.meas数据图，请右键单击错误日志并选择绘制阶跃.meas数据，右键单击空白屏幕以选择add trace（添加迹线，或使用ctrl+a）并选择psrr。右键单击x轴，选中单选按钮以显示对数刻度。这将显示psrr随频率的变化，如图19所示。
图19. 绘制lt3042 ldo稳压器的仿真psrr图
原始lt3042数据手册曲线中的一些伪影不可见（约2 mhz），但整体形状和值与数据手册接近。
图20显示了频率范围内的输出电压纹波。在50 hz至10 mhz范围内，它小于200 µv。在相同频率范围内，输入电压纹波为1 v p-p。lt3042为噪声敏感的mems解决方案提供了出色的psrr和低噪声电源。
图20. 绘制lt3042仿真输出电压纹波随频率的变化图
使用spice错误日志的.meas方法可用来仿真许多其他参数，包括：
开关稳压器的psrr
psrr、电压差与频率三者的关系
psrr与旁路网络的关系
rms输出纹波与直流输入的关系
效率与元件值的关系
小结
本文提供了ltspice仿真电路和方法，用以绘制降压转换器电源设计的差分和共模噪声图。本文让用户能够绘制传导辐射限值线，并帮助预测emc实验室故障。仿真方法通过实验室测量得到验证，与lt8618 dc2822a演示板实测结果匹配。
在lt8618降压转换器的输出端使用lt3042 ldo稳压器，可为mems传感器应用提供超低噪声、高psrr解决方案。针对psrr的灵活仿真电路表明结果与lt3042数据手册有良好的一致性。在50 hz至10 mhz范围内，即使存在较大的1 v p-p输入电压噪声，lt3042的仿真输出纹波也小于200 µv。
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