LTspice Noise Simulation LT1167

[Boris F. (skyperhh)]

Hallo,

ich versuche gerade mit LTspice eine Rausch-Simulation für den 
Instrumentenverstärker LT1167 zu erstellen. Bevor ich die komplette 
Schaltung simuliere, wollte ich einen ersten Test machen und das 
Ergebnis mit dem Datenblatt vergleichen.

Neues Schematic ausgewählt, aus der Komponentenlist den LT1167 gewählt. 
Spannungsversorgung V1 & V2 angeschlossen. Den positiven und negativen 
Eingang gebrückt und an die Spannungsquelle V3 angeschlossen. Die 
Referenz des Verstärkers liegt auf Masse. Mit Rg wird die Verstärkung 
gewählt, bei offen Rg beträgt diese 1, bei 49,4 Ohm beträgt Sie 1000.

Die noise Simulation ist für den Frequenzbereich 0,1 Hz - 10k Hz. Das 
Ergebnis deckt sich leider überhaupt nicht mit dem Datenblatt.

Mein Feststellung, gehe ich auf das LT1167 Model, kann ich das 
Macro-Model öffnen - Simu2. Dies enthält eine Sinusquelle und einen 
Rg-Widerstand.
Ich vermute deshalb geht meine Simulation "schief" ... hab dann mit dem 
1167.asc versucht zu Simulieren, Widerstand geändert oder entfernt, 
Sinusquelle umgebaut, aber egal was ich gemacht habe ... ich bin nicht 
zu den Werten Total RTI Noise Werten gekommen. Bei G = 1 - 67,41nV/Hz½ 
und bei G = 1000 - 7,5 nV/Hz½.

Wo liegt mein Fehler, oder interpretiere ich die Werte aus dem 
Datenblatt falsch. ?

Gruß und N8

Boris

[Boris F. (skyperhh)]

LTspice Datei und ein Screenshot aus dem Datenblatt. Das komplette 
Datenblatt --> http://cds.linear.com/docs/Datasheet/1167fb.pdf

[B e r n d W. (smiley46)]

Hallo Boris

Das Datenblatt sagt bei 1 kHz
e_ni = 7.5 (max. 12) nV/sqr(Hz)
e_no = 67 (max. 90) nV/sqr(Hz)

Mit LTspice ermittelt:
Bei G=1 -> 42.8 nV/sqr(Hz)
Bei G=10 -> 142nV/sqr(Hz) / 10 = 14.2nV/sqr(Hz)
Bei G=100 -> 1.11µV/sqr(Hz) / 100 = 11.1nV/sqr(Hz)
Bei G=1000 -> 10.8µV/sqr(Hz) / 1000 = 10.8nV/sqr(Hz)

RTI (so verhält sich LTspice):
e_ni =  10.7 nV/sqr(Hz)
e_no =  41.4 nV/sqr(Hz)

Das Modell scheint alse etwas vom Datenblatt abzuweichen. Oberhalb einer 
Verstärkung von ~20 liegt es aber im angegebenen Bereich, wobei es sich 
eher am worst case orientiert.

Gruß, Bernd

[Helmut S. (helmuts)]

Hallo Boris, damit V(inoise) "richtig" angezeigt wird darfst du nur 
einen Eingang ansteuern.

V(inoise)@1kHz nV/sqrt(Hz)
Verst. Simulation Datenblattkurve
1       42.8       70
10      14.3       17
100     11.1       8
1000    10.7       7.5

So riesig sind die Abweichungen nun auch nicht. Könnten natürlich 
kleiner sein. Schreib doch an LTC. Die email-Adresse findest du im 
LTspice-Programm unter   Help->About.

Hab im Beipsiel noch den DC-Arbeitspunkt anzeigen lassen.
Rechter Mausklick im leeren Schaltplanbereich, View ->Place .op data 
label. Das Label auf dem Netz platzieren. Dann rechter Mausklick auf das 
platzierte Data Label. Du siehst $. Das $ kann man mit round($*1k)/1k 
auf 3 Nachkommastellen formatieren. Siehe mein Beispiel.

Gruß
Helmut

[Boris F. (skyperhh)]

Hallo Bernd und Helmut,

danke für die Unterstützung bei der Sache. Ich hätte jetzt nicht 
gedacht, dass das Model soweit vom Datenblatt abweicht. Werde deshalb 
mit Linear Kontakt aufnehmen, bin gespannt was die dazu sagen.

Der Grund warum mich das ganze stört, ich wollte mit den Werten aus dem 
Datenblatt händisch gerechnet und einer Simulation mit 10k Widerstand am 
Eingang einen Vergleich anstellen. Deshalb sollten die schon ähnlich 
sein ... später kommen noch einige weitere Bauteile hinzu und hier 
wollte ich nur noch Simulieren ...

Was mich immer noch verwirrt ist die Sache mit dem Macromodel... und 
"wieso ich das nicht los werde".

Vielen Dank für die Unterstützung bei dem Problem :-)


Gruß und schönen Sonntag

Boris

[Boris F. (skyperhh)]

So, gerade Antwort von Linear bekommen, nett das die sich so schnell 
gemeldet haben, die Antwort war leider nicht wirklich "toll".

>Unfortunately, noise is not modeled in most of the opamp circuits.  This is
>fairly common in opamp macromodels.
>
>However, at Linear we are in the process of correcting this, but have only
>made it one third through the devices.  The LT1167 model has not been
>revised yet.
>
>Sorry about the inconvenience.

Nochmal nachgefragt was man dagegen machen könnte:

>The UniversalOpamp2 device allows you to specify noise densities and
>corner frequencies.

Also bleibt mir nur die Möglichkeit mit dem UniversalOpamp2 - Model mir 
einen eigenen LT1167 zu bauen... die UniversalOpamp2.asc aus den 
examples gibt schon mal einen guten Überblick.


Mein Problem ist nur, ich habe einen Instrumentenverstärker und nicht 
nur einen einfachen OP ... bzw. habe ich in der Lib den Teil für den 
LT1167 gefunden. Wäre es möglich dem Model die Parameter zugeben:

en=equiv. input noise voltage density
enk=equiv. input noise voltage density corner freq.
in=equiv. input noise current density
ink=equiv. input noise current density corner freq.

Mit corner freq. ist die Eckfrequenz von 1kHz gemeint, auf dem sich die 
Angaben im Datenblatt beziehen?

Hat jemand sowas schon gemacht und würde mir evtl bei der Sache helfen?

[B e r n d W. (smiley46)]

Hallo Boris

Schau mal im Datenblatt Seite 9, links unten. Da gibts eine Kurve mit 
Corner Frequency, welche je nach Verstärkung zwischen 7 und 10 Hz liegt. 
Ich vermute, das ist der Übergang, bei dem oberhalb das 1/f Rauschen und 
unterhalb das Schrotrauschen überwiegt.

Gruß, Bernd

[Boris F. (skyperhh)]

Achso, das ist der Übergang Weiße Rauschen zu 1/f. Ok, dann wäre das 
auch geklärt... fragt sich jetzt nur noch, wie ich das entweder ins 
Model oder meinen Instrumentenverstärker in das UniversalOpamp2 device 
bekomme.

Danke Bernd, bringt mich schon ein Stück weiter ...

Gruß

Boris

[Helmut S. (helmuts)]

Im Universalopamp2 steht die 1/f Knickfrequenz in enk bzw. ink.

en sind die V/sqrt(Hz),
in die A/sqrt(Hz)

Auszug aus den Attributen:
en=0 enk=0 in=0 ink=0 Rin=500Meg

[Boris F. (skyperhh)]

@Helmut ... ja,ne die Daten in das Universalopamp2 einzugeben mit 
weiteren aus dem Datenblatt sollte kein Problem darstellen. Nur habe ich 
dann ja einen einzelnen OP und nicht meinen Instrumentenverstärker ... 
und für die Simulation hätte ich schon gerne das ganze System, wenn auch 
nur als Black Box aber nach außen mit dem Verhalten.

Deshalb meine Idee, die 4 Parameter in das Model zu packen, was ich 
morgen auch mal probieren werde...

Gruß & N8

Boris

[Helmut S. (helmuts)]

Du könntest mit 3 Universalopamps und 7 Widerständen mit dem "Attribute 
noiseless" einen Instrumentenverstärker mit dem Rauschverhalten des 
Universalopamps bauen.


Statt dem Widerstandswert

10k

schreibst du

10k noiseless

[Boris F. (skyperhh)]

Helmut S. schrieb:
> Du könntest mit 3 Universalopamps und 7 Widerständen mit dem "Attribute
> noiseless" einen Instrumentenverstärker mit dem Rauschverhalten des
> Universalopamps bauen.

Das hatte ich auch schon überlegt ... nur war ich mit bei dem Attribut 
"noiseless" nicht so sicher, wie ich das an den Widerstand bringe ... 
und die Frage die sich mir stellt, wohin mit den "Noise-Wert(en)" ... in 
den Differenzierer und die Spannungsfolger davor auch "noiseless" machen 
?

Stand das da ebend schon, das mit den 10k noiseless oder ist es zu spät 
heute ?

[Helmut S. (helmuts)]

Ich würde bei den ersten zwei Opamps en=0 und in=xx setzen und beim 
dritten Opamp(Differenzverstärker) en=yy ek=ww in=0 setzen.

[Boris F. (skyperhh)]

Helmut S. schrieb:
> Ich würde bei den ersten zwei Opamps en=0 und in=xx setzen und beim
> dritten Opamp(Differenzverstärker) en=yy ek=ww in=0 setzen.

Ok, das probiere ich morgen gleich mal aus.


Danke Helmut & n8

Boris

[B e r n d W. (smiley46)]

@Helmut

Dann ändert sich aber das Spannungs-Rauschen nicht mit der Verstärkung, 
da die Verstärkung in den ersten Stufen geschieht. Ich würde den Eingang 
rauschen lassen, aber das Rauschen des einzelnen vorderen OPs um 3dB 
reduzieren, damit sich dann am zweiten OP das Rauschen zum richtigen 
Wert addiert.

Gruß, Bernd

[Boris F. (skyperhh)]

B e r n d W. schrieb:
> @Helmut
>
> Dann ändert sich aber das Spannungs-Rauschen nicht mit der Verstärkung,
> da die Verstärkung in den ersten Stufen geschieht. Ich würde den Eingang
> rauschen lassen, aber das Rauschen des einzelnen vorderen OPs um 3dB
> reduzieren, damit sich dann am zweiten OP das Rauschen zum richtigen
> Wert addiert.
>
> Gruß, Bernd

Hallo Bernd,

hab deinen Vorschlag probiert und die Ergebnisse sind eigentlich schon 
ziemlich ähnlich dem Datenblatt.

Bei G=1 sieht man schön den "Bogen" des 1/f Rauschen ... nur liegt der 
Endwert ca. 80nV/sqrt(Hz) zu niedrig, ich hab versucht etwas mit den 
Paremetern zu spielen, hab aber kein Erfolg gehabt.

Bei G=1000 sieht des 1/f Rauschen nicht mehr Linear aus ... der Endwert 
liegt bei ca. 300nV/sqrt(Hz) ähnlich dem Datenblatt wert.
Dafür stimmt die Cornerfrequenz nicht ...
Dazu mußte ich mit den vollen Noisewerten rechnen.

Da gehen mir langsam die Ideen aus...

Gruß

Boris

[B e r n d W. (smiley46)]

Hallo Boris

Mir sind noch folgende Ungereimtheiten aufgefallen:

Datenblatt Seite 9, die Kurve links unten:
Bei 10k steht "BW limit Gain=1000", d.h. nur die Gain=100 Kurve geht 
weiter.
Ich denke, es ist korrekt, wenn da das Rauschen abknickt, denn die 
Verstärkung tut das oberhalb 10k auch.

Datenblatt Seite 10, die Kurve links oben:
ink=40

Zu enk=7 bzw. 10
Reicht es nicht, ein mittleres enk=8.5 anzugeben? Den Unterschied kann 
man kaum sehen.

Gruß, Bernd

[B e r n d W. (smiley46)]

Hab eine Kurve vergessen:
Dividiert durch die Verstärkung sieht das Rauschverhalten dann so aus!

[Helmut S. (helmuts)]

Hallo,
ich habe auch mal an den Parametern "geschraubt".

[B e r n d W. (smiley46)]

Hallo

Mir kamen jetzt die Rauschwerte noch etwas zu hoch vor und ich hab die 
Idee mit den -3dB nochmal aufgegriffen.

.param eni=7.5n/sqrt(2) eno=67n/sqrt(2)

Siehe da, jetzt sind die Kurven identisch zu denen im Datenblatt.

@Boris
Keine Ursache. Ja, früher viel PSpice und heute LTspice. Mich hat das 
Thema interessiert, also ist es ein Win-Win. Ich fand bei LTspice am 
Anfang den Schaltplaneditor nicht intuitiv. Außerdem befinden sich in 
der Bibliothek verständlicherweise keine Modelle von Konkurenzprodukten. 
Deshalb muss man halt ab und zu ein Bauteil selbst erstellen oder 
importieren.

@Helmut
Es scheint, du kalkulierst das Rauschen der 24,7k Widerstände mit ein. 
Das sieht auch gut aus.

Dann wünsch ich allen Simulanten noch viel Spaß,

Bernd