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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik PSpice OpAmp-Rauschparameter


Autor: Seb (Gast)
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Hallo Zusammen,


Ich bin gerade dabei mich in mit PSpice (Student_Version) zu 
beschäftigen. Mein Vorhaben ist es, einen OpAmp auf seine 
Rauscheigenschaften hin zu untersuchen. Es handelt sich dabei um das 
Modell LMC6001 von National semiconductor. Das Spice-Modell bekomme ich 
soweit auch in mein Programm reingeladen und kann erste Simulationen 
durchführen. Nun musste ich jedoch feststellen, dass in der .mod-Datei 
folgender Vermerk prangt: "Noise is not modeled". Da mich jedoch gerade 
das Rauschen des Opamps interessiert, stellt sich mir die Frage, wie ich 
die nötigen Parameter nachträglich einfügen kann und vor allem wieviel 
Aufwand das bedeutet?


Danke schonmal für eure Unterstützung...



Gruß

Seb

Autor: Seb (Gast)
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Kurzer Nachtrag:

Wo kann ich diesen Wert wie unten verlangt einstellen (Hinweis entstammt 
ebenfalls der .mod-Datei)?

"Caution: Set .options GMINS = 1E-16 to correctly model input bias 
current."

Autor: Helmut (Gast)
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Wenn du nur einen konstanten Vrelauf des Rauschspektrums brauchst, dann 
nimm eine E-Quelle und einen Widerstand. Die baust du in die Zuleitung 
zum +Eingang deines Opamps. Das klappt aber nur, wenn dein Opamp-Modell 
allein nicht mehr Rauschen generiert, als das Datenblatt angibt.

Autor: Seb (Gast)
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Hallo Helmut,


Danke für deine Hilfe. Die Idee ist einfach und gut.

Da könnte ich doch bei den Rauschstromquellen ähnlich verfahren, oder? 
Mir stellt sich außerdem die Frage, wie ich das 1/f-Rauschen 
berücksichtigen kann.

Den von dir am Schluss eingebrachten Punkt muss ich mal überprüfen. In 
der Modellbeschreibung steht jedenfalls, dass das Rauschen nicht 
modelliert wurde.

Autor: Seb (Gast)
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Wenn ich mir die von dir vorgeschlagene E-Source aufbaue, bekomme ich 
von PSpice den Fehler:

Less than 2 connections at node xy (rechter Knoten des Widerstandes an 
der E-source).

Eine junction ändert nix daran und was anderes will ich da eigentlich 
nicht reinbasteln. Vielleicht kennt ja jemand diesen Fehler?

Autor: Helmut (Gast)
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Hast du auch das richtige Ground-Symbol genommen? Nur ein einziges der 
vielen Ground-Symbole taugt für die Simulation in PSPICE (Stichwort net 
0).

Autor: Seb (Gast)
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Den Fehler habe ich jetzt einfach mit zwei parallelen Widerständen 
beseitigt. Ist zwar nicht schön, aber eine andere Lösung fällt mir nicht 
ein.

Den "flachen" Anteil des Eingangsrauschen bekomme ich nun relativ gut 
modelliert. Jetzt bin ich dran das Verhalten bei kleinen Frequenzen 
(<1kHz) nachzubilden. Da steigt die Rauschspannung immer weiter an. 
Vielleicht hast du da auch eine Idee (zusätzliche Diode oder FET ?!)?

Autor: Abdul K. (ehydra) Benutzerseite
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Zumindest bei LTspice ist ein universelles OpAmp-Symbol dabei, dem man 
die Daten aus dem Datenblatt des OpAmps reinschreiben kann. Damit hatte 
ich mir ein Modell für den NE5532 gebastelt, für den es offensichtlich 
kein gescheites Modell irgendwo gibt. Das von TI hat offensichtlich 
Macken. Der Vergleich mit den Kurven aus dem Datenblatt sieht sehr gut 
aus. Vielleicht bietet dein SPICE etwas ähnliches?
Eigentlich sollte diese Library von LTC auch mit deinem funzen. 
Eventuell mußt du nur simple Sachen anpassen.

Habe dir mal das Projekt angehangen.


Gruß -
Abdul

Autor: Seb (Gast)
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Hallo Abdul,


Danke für deine Antwort.

Die Bib konnte ich bei mir importieren. Es sieht auch soweit aus, als 
wenn keine Fehler aufgetreten wären. Im Prinzip bin ich nun jedoch nicht 
weiter als vorher. Von dem LMC besitze ich ja durchaus eine library, die 
jedoch kein Rauschen berücksichtigt. Für mich wäre es wichtig zu wissen, 
wie ich das in mein Modell "reinbasteln" kann. Für PSpice existiert zwar 
ein Modelleditor, aber ich ich habe keine Ahnung, welche Parameter ich 
hinzufügen oder an welchem Rädchen gedreht werden muss, um das Verhalten 
aus dem Datenblatt nachzubilden.



Gruß

Seb

Autor: Seb (Gast)
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ok, zu früh Entwarnung gegeben. Die Simulation läuft doch nicht. Die 
.lib wird nicht richtig eingebunden. Vielleicht kannst du mir dennoch 
bei meinem Anliegen helfen?

Autor: Abdul K. (ehydra) Benutzerseite
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Ich kann dir leider nicht weiterhelfen. An deiner Stelle würde ich 
woanders Hilfe suchen, oder eben meinen Weg gehen.

Vielleicht den OpAmp wechseln bzw. das Modell eines sehr ähnlichen 
nehmen? Ich meine, was soll ein OpAmp-Modell ohne Rauschen? Will der 
Hersteller nichts verkaufen? grusel


Tut mir leid -
Abdul

Autor: Seb (Gast)
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Hallo Abdul,


Also in der Modelldati steht "noise is not modelled", jedoch bekomme ich 
bei Simulationen zumindestens für 1kHz einen korrekten Wert für das 
input noise. Leider stimmt der Verlauf für kleinere Frequenzen nicht und 
der gerade die interessieren mich.

Deinen Weg habe ich leider noch nicht ganz verstanden.

"Zumindest bei LTspice ist ein universelles OpAmp-Symbol dabei, dem man
die Daten aus dem Datenblatt des OpAmps reinschreiben kann."

Welche Daten hast du da z.B. reingeschrieben? Für mich ist diese 
Textliste etwas kryptisch.


Falls das doch nichts wird ... trotzdem danke ;)


Gruß
Seb

Autor: ehydra (Gast)
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Hm. Vielleicht einfach LTspice installieren. Läßt sich auch wieder 
problemlos deinstallieren.
Habe dir das Projekt als Bild angehängt.
Du schreibst die gewünschten OpAmp-Parameter in das Projekt rein und die 
vorgefertigte Modell berechnet daraus eine schöne SPICE-Beschreibung.

Schau dir das SPICE-Modell einfach mal an. Ist mit jedem Editor zu 
öffnen.


Probiers einfach aus. Kann man schlecht beschreiben.


Gruß -
Abdul

Autor: Seb (Gast)
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Hab zwar schon nen Bierchen hinter mir, aber das sieht ja nicht schlecht 
aus. Bin bisher noch nicht in die Lage gekommen, an einem Modell 
rumzubasteln zu müssen. Werde mir das Programm morgen mal zu Gemüte 
führen und mich nochmal melden.

danke !

Autor: Helmut (Gast)
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Die wenigsten Opamp-Modelle haben das Rauschem im Subcircuit 
implementiert.

1/f Rauschen generiert man mit einer Diode deren Rauschstrom als 
Rauschspannung in den Eingangspfad eingefügt wird (mittels einer 
gesteuerten Quelle).

Autor: Seb (Gast)
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Das mit der Diode hatte ich gestern schon versucht. Stromgesteuerte 
Spannungsquelle an den Eingangspfad, aber nichts passiert. Vielleicht 
rauscht meine Diode nicht?

Autor: Helmut (Gast)
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So ist es. Du musst die zwei richtigen Parameter setzen im Diodenmodell.

Autor: Seb (Gast)
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Japp, KF und AF. Bisher bekomme ich einen Fehler, wenn ich das Modell 
speichern will. Wird bestimmt noch ;)

Autor: Seb (Gast)
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Also ich kann an den Koeffizienten + Exponenten drehen wie ich will, 
aber ein 1/f-Verhalten will sich nicht einstellen. Ich habe dazu einfach 
eine Diode aus der Bib von PSpice genommen und im Editor die Parameter 
Kf und Af hinzugefügt.

Autor: Helmut (Gast)
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So ähnlich gehts auch in PSPICE.
Die H-Quelle kannst du dann in die + Eingangsleitung des Opamp einfügen.

Autor: Seb (Gast)
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Hi Helmut,


Der Fehler lag irgendwie an der verwendeten Diode. Habe nun eine eigene 
gebastelt und die gibt mir ein wunderbares Spektrum.

Finde ich echt bemerkenswert, dass du dich immer wieder gemeldet hast. 
Danke nochmal dafür.


Gruß

Seb

Autor: Abdul K. (ehydra) Benutzerseite
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Jetz hab ich noch was:
Wer weiß, wie slewrate und phasemargin genau definiert sind? Hatte mit 
beiden Werten gespielt, aber nichts sinnvolles rausbekommen. Entweder 
ergab sich keine Änderung, oder das Modell ging überhaupt nicht mehr. 
Leider sind in den Datenblättern dieses Chips auch nur spärliche 
Testschaltungen abgebildet.

Ansonsten funzt das Modell wie im Datenblatt angegeben.


Und wer kennt noch vergleichbare OpAmps? Niedriges Rauschen und relativ 
schnell bei sehr günstigem Preis scheint nur für den NE5532/4 
zuzutreffen. Habe ich einen übersehen? Einer, der mit niedrigerer 
Versorgungsspannung auch gut zurechtkommt, wäre toll.


Gruß -
Abdul

Autor: Helmut (Gast)
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Hallo

"slew rate" ist die maximale Anstiegsgeschwindigkeit am Ausgang, z.B. 
5V/us.
Die hängt natürlich auch von der Verstärkung ab. Am größten ist die bei 
Verstärkung +1.

Phase margin ist die Differenz der Phasenverschiebung zu -180° bei der 
Frequenz bei der die Leerlaufverstärkung auf 0dB(=1) abgefallen ist.

phase margin = phi(f_0dB)-(-180°) = phi(f_0dB)+180°

Siehe Bild auf Seite 7, Mitte links. Da sind Punkte eingezeichnet für 
die "phase margin".
http://www.farnell.com/datasheets/81525.pdf

Zu jeder Spezifikation gehört natürlich auch die Angabe des 
Lastwiderstandes der am Ausgang angeschlossen ist.

Autor: Abdul K. (ehydra) Benutzerseite
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Slew-rate ist mir schon klar. Nur hat die Angabe irgendwie mit der 
Simulation nichts zu tun. Jedenfalls nichts sinnvolles.

Bislang rätselte ich mir zusammen, daß phase-margin sicherlich mit der 
Schleifenstabilität zu tun hat, also ob der OpAmp stabil bei V=1 oder 
V=5 oder sonstwas ist. Vermutlich gibt es für den NE5532 eigentlich nur 
zwei Möglichkeiten: 45° oder 60°.

Bin also nun genauso schlau wie vorher, da:
1. Slew-rate im DB des NE5532 angegeben, aber die Wirkung in LTspice 
obskurr ist
2. Phase-margin im DB nicht angegeben ist, LTspice aber einen Wert 
möchte.
3. Die gewünschten Einheiten für LTspice unklar sind.

Keiner da, der sich mit dem NE5532 UND SPICE auskennt?
Mir scheint es so, daß die billigen Typen als Marketing-Magneten bei den 
Herstellern angeboten werden, aber dort diese keiner wirklich will, da 
zu billig. Also keinerlei saubere Doku.


Gruß -
Abdul

Autor: Helmut (Gast)
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"Slew-rate ist mir schon klar. Nur hat die Angabe irgendwie mit der
Simulation nichts zu tun. Jedenfalls nichts sinnvolles."

10Meg bedeutet da 10e6V/s also 10V/us.
Du musst schon ein sehr schnelles Signal anlegen (Rechteck, große 
Amplitude) um in die Slewrate-Begrenzung zu kommen.

"Bislang rätselte ich mir zusammen, daß phase-margin sicherlich mit der
Schleifenstabilität zu tun hat, also ob der OpAmp stabil bei V=1 oder
V=5 oder sonstwas ist. Vermutlich gibt es für den NE5532 eigentlich nur
zwei Möglichkeiten: 45° oder 60°."
"Bin also nun genauso schlau wie vorher, da:
1. Slew-rate im DB des NE5532 angegeben, aber die Wirkung in LTspice
obskurr ist"

Was heißt da obskur?

" 2. Phase-margin im DB nicht angegeben ist, LTspice aber einen Wert
möchte. "

Die kannst du im Datenblatt meistens in der Openloop Gain Kurve ablesen.
Das ist die Phase bei Gain 0dB plus 180°.
Wenn nichts im Datenblatt drin steht, dann nimm einen Wert zwischen 45° 
und 60°. Das gilt natürlich nur für "unity stable" opamps.


" 3. Die gewünschten Einheiten für LTspice unklar sind.

In dem UniversalOpamp2-Modell ist alles im MKS-system,
Meter, Kilogramm, Sekunde.

Autor: Abdul K. (ehydra) Benutzerseite
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Ich habe mal nachgeforscht:

1. phase-margin = 180°-phase
2. optimale Impulsantwort bei 60°. Optimaler "Oszillator" bei 180°.
3. Die Datenblätter für NE5532 sind durchweg extrem knapp. Beim NJM5532 
wurde ich fündig und gehe davon aus, daß dieser dem originalen NE5532 
zumindest sehr ähnlich ist: Bild oben links auf Seite 3
http://eicom.ru/downloads/?pdf=/NJR_PDFs/NJM5532/NJM5532.pdf
Demnach hat er bei V=0 eine phase-margin von 50°. Oder sollte man den 
Plateau-Wert nehmen?

4. Die NE5532 von TI sind ein verbesserter DIE der Originalentwicklung 
von Philips. Die von TI verzerren weniger, neigen aber dafür etwas eher 
zum Schwingen.


Würde mir soweit ein OpAmp-Experte zustimmen, oder gibts was zu 
verbessern?


5. In welcher Einheit muß nun die phase-margin in dem Modell von LTspice 
eingetragen werden? Numerisch als 45°? Oder als Radiant?

6. Die Eckfrequenz für die Rauschwerte habe ich abgeschätzt auf 300Hz. 
Ist da jemand anderer Meinung?


Die slew-rate werde ich nochmals simulieren. Danke

Der NE5532 scheint auch ein Spezialfall zu sein, da er intern mehrfach 
kompensiert ist. Da sieht man im Schaltplan mehrere Kondensatoren. 
Vielleicht käme man mit dem LTspice-Modell 3b weiter?

Soweit wäre das Modell dann brauchbar. Fürs Archiv :)


Gruß -
Abdul

Autor: Helmut (Gast)
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> 3. Demnach hat er bei V=0 eine phase-margin von 50°. Oder sollte man den
Plateau-Wert nehmen?

Nein. Den Wert bei V=1(0dB) nehmen.

> 5. In welcher Einheit muß nun die phase-margin in dem Modell von LTspice
eingetragen werden? Numerisch als 45°? Oder als Radiant?

z.B. 45 für 45°

Autor: Abdul K. (ehydra) Benutzerseite
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Helmut schrieb:
>> 3. Demnach hat er bei V=0 eine phase-margin von 50°. Oder sollte man den
> Plateau-Wert nehmen?
>
> Nein. Den Wert bei V=1(0dB) nehmen.

Bei V=1 ist das Diagramm bereits am Ende angekommen. Hast du dir das 
Bild mal angesehen?


>
>> 5. In welcher Einheit muß nun die phase-margin in dem Modell von LTspice
> eingetragen werden? Numerisch als 45°? Oder als Radiant?
>
> z.B. 45 für 45°

Aha. Wo steht das eigentlich beschrieben?

Das Thema scheint nur uns beide zu interessieren. Kann ich mal wieder 
nicht verstehen.


Gruß -
Abdul

Autor: Hagen Re (hagen)
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>Das Thema scheint nur uns beide zu interessieren. Kann ich mal wieder
>nicht verstehen.

Da täuscht du dich, ich lese diesen Thread sehr interessiert mit. Kann 
dir aber auch nicht mit Antworten dienen ;)

Gruß Hagen

Autor: Abdul K. (ehydra) Benutzerseite
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Na wenn du keine Antworten hast, dann vielleicht eine Frage??

Mich wunderts halt, weil der NE5532 total gängig ist und SPICE doch 
eigentlich auch. Bauen die meisten alles erstmal per Formeln und 
Experimentierbrett auf? Bei mir kommt nach den grundsätzlichen 
Überlegungen erstmal LTspice, wenns da reinpaßt.
Ganz sicher werde ich jedenfalls im 21. Jahrhundert keine Rauschspannung 
am Ausgang per Hand ausrechnen. Das machte ich vor 20 Jahren 
(vielleicht).


Außerirdischer Gruß -
Abdul

Autor: Hagen Re (hagen)
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>Bauen die meisten alles erstmal per Formeln und
>Experimentierbrett auf? Bei mir kommt nach den grundsätzlichen
>Überlegungen erstmal LTspice, wenns da reinpaßt.

So gehe ich auch vor, muß man sogar. Spice ist wirklich nur eine grobe 
Richtung für die Realität besonders wenn man OpAmp Modelle, deren 
Simulation dann mit der Realität vergleicht. Ich nutze es um ein 
"Gefühl" für die Bauteileänderungen die mich in der Realität erwarten zu 
bekommen. Wenn ich eine Frage habe mache ich einen neuen Thread auf ;)

Gruß Hagen

Autor: Helmut (Gast)
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>>> 5. In welcher Einheit muß nun die phase-margin in dem Modell von LTspice
>>> eingetragen werden? Numerisch als 45°? Oder als Radiant?
>>
>> z.B. 45 für 45°

>Aha. Wo steht das eigentlich beschrieben?

Der vorbesetzte Wert im platzierten UniversalOpamp ist

phimargin=45

Das kann ja nur in Grad sein weil 45 im Bogenmaß bei einem System 2. 
Ordnung nicht möglich ist.

Ansonsten in der LTspice Gruppe nachfragen. Den Helmut den du da 
findest, das bin ich.
http://tech.groups.yahoo.com/group/LTspice/

Ansonsten werf mal einen Blick auf Seite 203.
http://ltspice.linear.com/software/scad3.pdf

Autor: Abdul K. (ehydra) Benutzerseite
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Hagen Re schrieb:

> So gehe ich auch vor, muß man sogar. Spice ist wirklich nur eine grobe
> Richtung für die Realität besonders wenn man OpAmp Modelle, deren
> Simulation dann mit der Realität vergleicht. Ich nutze es um ein
> "Gefühl" für die Bauteileänderungen die mich in der Realität erwarten zu
> bekommen. Wenn ich eine Frage habe mache ich einen neuen Thread auf ;)
>

Ganz am Anfang als Schüler hatte ich mal mit OpAmps in Gitarrenprojekten 
gespielt. Da hatte ich allerdings keinerlei Ahnung und es hörte sich 
dann entsprechend an. Der Frust hat mich dann (auch) zu Mikrocontrollern 
geführt. So kam es, daß ich Jahrezehnte OpAmps praktisch nie intensiv 
benutzte.
Nach der Entdeckung von LTspice wurde Simulation einfach - auch wenn 
mein damaliger Chef es für unnütz hielt. Na gut, wir trennten uns :-)
Kurz gesagt: Was LTspice an Ergebnissen liefert, liegt bei meinen 
Messungen bis 100MHz immer ziemlich genau am Skope-Bild! Wenn man alle 
wichtigen Parasitäten mit einbaute - was ich grundsätzlich tue. Dafür 
braucht man natürlich viel Erfahrung. In meinem Alter hat man die :-))

Vielleicht sind die OpAmp-Modelle in SPICE nicht ganz so gut. 
Andererseits hat Mike im I-Net behauptet, man würde mit seinem 
generischen OpAmp-Modell oftmals besser laufen als mit den originalen 
der einzelnen Hersteller. Und was er sagt, stimmt meist (- aus meiner 
Erfahrung).

Das schnelle Probieren von Veränderungen, das gefahrlose Messen an 
Hochspannung, die Messung an Punkten die normalerweise gar nicht 
erreichbar sind - das sind die großen Vorteile von SPICE.


Gruß -
Abdul

Autor: Abdul K. (ehydra) Benutzerseite
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Helmut schrieb:

>>> z.B. 45 für 45°
>
>>Aha. Wo steht das eigentlich beschrieben?
>
> Der vorbesetzte Wert im platzierten UniversalOpamp ist
>
> phimargin=45
>
> Das kann ja nur in Grad sein weil 45 im Bogenmaß bei einem System 2.
> Ordnung nicht möglich ist.

Stimmt. Die Vorbesetzung ist mir komplett entgangen. Danke!


>
> Ansonsten in der LTspice Gruppe nachfragen. Den Helmut den du da
> findest, das bin ich.
> http://tech.groups.yahoo.com/group/LTspice/

Das ist naheliegend. Merke ich schon an der Sprache.


>
> Ansonsten werf mal einen Blick auf Seite 203.
> http://ltspice.linear.com/software/scad3.pdf

Und, wie schmeckte das NE5532-Eis?

Wird LTspice mal ne Zukunft haben, wenn Mike in Rente geht?


Gruß -
Abdul

Autor: Helmut (Gast)
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Hallo Abdul,

Wenn Mike mal in Rente geht(in 10 Jahren?), dann bin ich auch in Rente. 
Bis dahin wären das dann immerhin fast 20 Jahre LTspice. Ob es dann noch 
PSPICE und all die anderen SPICEs gibt steht da schon eher in Frage, da 
die Leute dafür eine Menge Geld hinlegen müssen. Und diese Programme 
werden immer teurer, schneller als die Inflationsrate. Vielleich findet 
Mike ja in 10 Jahren einen würdigen Nachfolger. Übrigens ist LTspice 
eines der wenigen SPICE-Programme die auf allen Betriebssystemen laufen, 
bis zurück zu WIN98. OK, WIn98 müsste heute nicht mehr unterstützt 
werden. Hast du schon entdeckt, dass LTspice inzwischen "multithreaded" 
ist. Das ist ein echtes Highlight. Darauf musst du bei anderen 
SPICE-Programmen noch lange warten bis die mal Multiprocessor 
unterstützen.
Fazit: Mach dir keine Sorgen um die Zukunft von LTspice.

Autor: Abdul K. (ehydra) Benutzerseite
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Na sei dir mal nicht so sicher mit der Rente. Eventuell sind wir dann 
froh, wenn wir noch einen Putzjob nebenbei haben. Mit >75!

LTspice ist schon nett. Auch nach 25 Jahren habe ich es noch nicht 
gelernt und die neueste Version installiert. Der Vorteil von 
Multithreaded funzt leider nicht auf einem Vista AMD 64 Dualcore. Ist 
genauso schnell wie mein alter Rechner mit 1.4GHz AMD Schüttel-CPU.
Vielleicht bringts was auf einem 4-Kern Rechner.

Was ich mir noch wünschen würde, wäre ein ansprechendes GUI obendrauf 
gestülpt. Da hat er kein Händchen für. Ist reinrassiges Techniker-Tool. 
Hätte fast Linux gesagt. Psssst.


Gruß -
Abdul

Autor: Helmut (Gast)
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@Abdul

LTspice rennt am schnellsten mit Core i7-9xx (950, 960, 975) CPU.
Da kommen alle FPUs voll zum Einsatz.

Autor: Abdul K. (ehydra) Benutzerseite
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OK. Dank!

- Abdul

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