Voltage Swing OPV in Simulation

[Ralph T. (programinator)]

Hallo,

ich habe gerade einen Koten im Kopf und hoffe, dass ihr mir beim Lösen 
helfen könnt.
In der Simulation eines einfachen Impedanzwandlers erreicht der Voltage 
Swing erheblich bessere Werte als im Datenblatt angegeben. Konkret geht 
es um den TLV9152 von TI. Die Simulation habe ich in PSpice mit dem 
zugrundelegenden Modell durchgeführt. Laut Datenblatt (siehe Anhang) 
soll der Voltage Swing bei 2k Last am Ausgang und maximaler 
Versorgungsspannung bei typisch 200mV liegen. PSpice gibt mir hier <80mV 
aus (TLV9152_dual_supply.PNG ). Sowohl Signalform als auch Spektrum 
zeigen hier einen sauberen 1kHz Sinus.
Kurios wird es wenn der OP nur mit 16V versorgt wird, also V- auf GND 
liegt (TLV9152_single_supply.PNG ). Laut PSpice kommt der OP bis auf 
~160mV an VCC und nach unten auf immerhin 22,7mV. Die obere Halbwelle 
wird hierbei schon abgeschnitten.
Diese Asymmetrie zwischen single und dual Versorgung sowie die deutlich 
kleinere Differenz zu den Rails erscheint mir nicht realistisch. Was 
mache ich falsch in der Simulation?

Vielen Dank für jede ernstgemeinte Hilfe

[MaWin (Gast)]

Ralph T. schrieb:
> Was mache ich falsch

Nichts.

So genau sind Simulationsmodelle nicht.

Die müssen sich z.B. zwischen typischem und garantiert schlechtestem 
Wert entscheiden.

[Yalu X. (yalu) (Moderator)]

Ralph T. schrieb:
> Diese Asymmetrie zwischen single und dual Versorgung sowie die deutlich
> kleinere Differenz zu den Rails erscheint mir nicht realistisch.

Die Asymmetrie kommt daher, dass du den Lastwiderstand nicht an die
Mitte zwischen V+ und V- (wie in der Dual-Supply-Schaltung), sondern an
V- anschließt. Dadurch wird der Ausgang am oberen Rail doppelt so stark
belastet und am unteren Rail praktisch überhaupt nicht.

[Ralph T. (programinator)]

MaWin schrieb:
> Nichts.
Schade, ich hatte mit dem passenden Modell genauere Ergebnisse erwartet

Yalu X. schrieb:
> Ausgang am oberen Rail doppelt so stark belastet
Das war zu einfach

Vielen Dank euch beiden!

[Klaus R. (klara)]

Ralph T. schrieb:
> Schade, ich hatte mit dem passenden Modell genauere Ergebnisse erwartet

Ich hatte mal gelesen das die Simulationsmodelle immer gewisse 
Schwerpunkte haben. Gerade TI macht davon gerne gebrauch. Dein 
spezieller Fall wird wohl nicht abgedeckt. Schon nachgeschaut ob es 
Varianten gibt?
mfg Klaus

[Ralph T. (programinator)]

Klaus R. schrieb:
> ob es Varianten gibt?

Es scheint nur das eine Modell zu geben. Alternativen kann ich nicht 
finden.

Ich habe paralle auch noch bei TI nachgefragt und folgende Antwort 
erhalten:
"The voltage output swing is modeled after Figure 6-14 and Figure 6-15 
in the datasheet. This data is taken at the following conditions (at 
25C):
(siehe Anhnag)
Therefore the output swing is only available at RLoad of 10k and will 
not change according to load as noted in the electrical characteristics 
table.
This is denoted in the model's netlist:
(siehe Anhnag)
As with any model, it is mostly an estimate to be taken with a grain of 
salt.
If you would like to verify the headroom, according to datasheet, I 
recommend lab measurements."

Ich ziehe daraus die Lehre, dass Simulationen in Grenzbereichen, 
zumindest bei Modellen von TI, mit äußerster Vorsicht zu genießen sind.

[Mark S. (voltwide)]

Ralph T. schrieb:
> Ich ziehe daraus die Lehre, dass Simulationen in Grenzbereichen,
> zumindest bei Modellen von TI, mit äußerster Vorsicht zu genießen sind.

Simulationen bilden bestenfalls das Datenblatt ab. Nicht nur bei TI.

[Ralph T. (programinator)]

Mich wurmt es nur, dass die Simulation erheblich bessere Ergebnisse 
liefert als im Datenblatt angegeben. Würde ich mich darauf verlassen, 
könnte das mitunter problematisch werden.
Selbst der von TI vorgeschlagene Testaufbau ist da wenig hilfreich, da 
er nur eine Momentaufnahme wäre und nicht repräsentativ für alle 
Bausteine bzw. Chargen ist.

[Axel S. (a-za-z0-9)]

Ralph T. schrieb:
> Ich ziehe daraus die Lehre, dass Simulationen in Grenzbereichen,
> zumindest bei Modellen von TI, mit äußerster Vorsicht zu genießen sind.

Anscheinend hast du wenig Erfahrungen mit Simulationen. Die sind nicht 
nur in Grenzbereichen und nicht nur mit Modellen von TI, immer mit 
Vorsicht zu genießen.

[Yalu X. (yalu) (Moderator)]

Wenn ich mir die Liste der implementierten Features im Kommentar der
Spice-Datei anschaue, erscheint mir das Modell des TLV9152 sogar
überdurchschnittlich detailliert zu sein. Da wird bei den meisten
anderen Opamp-Modellen einiges mehr idealisiert. Diese haben deswegen
auch nur einem Bruchteil der Codezeilen.

Aber irgendwo muss der Modellentwickler auch mal eine Grenze ziehen, da
ein sehr genaues und damit auch sehr komplexes Modell auch zu längeren
Simulationszeiten und Konvergenzproblemen führt. In diesem Fall ist der
Entwickler offensichtlich beim genauen Verlauf der Ausgangsspannung in
Abhängigkeit von der Last einen Kompromiss eingegangen, der sich vor
allem in den Randbereichen bemerkbar macht.

Prinzipiell könnte der Hersteller eines Opamps ein sehr realistisches
Modell erstellen, indem er den realen internen Aufbau 1:1 in Spice
umsetzt. Das hätte aber neben der hohen Komplexität (viele nichtlineare
Elemente wie bspw. Transistoren) auch den Nachteil, dass dadurch einiges
an Firmen-Know-How offengelegt würde.