LTspice – was tun, wenn die Simulation nicht konvergiert

LTspice als Software zur Schaltungssimulation ist wahrscheinlich jedem Hardware-Entwickler bekannt. Der Kopf hinter LTspice war Mike Engelhardt, was wahrscheinlich auch viele wissen, da er viele Jahre die LTspice World Tour gemacht hat und Seminare zu LTspice gehalten hat.

Bei „The Amp Hour Electronics Podcast“ gibt es eine Episode aus dem Jahr 2014, die ich jedem HW-Entwickler empfehlen kann. In der Episode erzählt Mike Engelhardt über Spice Simulatoren und gibt unter anderem folgende Tipps zu LTspice:

  • Der Parameter GMIN sollte man idealerweise auf 0 setzen. Benötigt wird der Parameter vor allem, wenn Dioden in Serienschaltung simuliert werden. Wenn es Probleme gibt, dann kann man in LTspice den GMIN Hack aktivieren.
  • Immer mit dem Normal Solver starten. Dieser ist ungefähr 10mal schneller als der Alternate Solver, aber sehr viel ungenauer. Wenn es zu Problemen bei der Konvergenz auftreten oder Artefakte enthalten sind, dann kann man auf den Alternate Solver wechseln.
  • Der Parameter TRTOL ist bei Spice-Programmen normal auf 7 gesetzt. Bei LTspice kann der Parameter auf 1 gesetzt werden und nur wenn es zu Problemen stellt man auf 7. Bei niedrigeren Werten erhält man genauere Lösungen (weniger Artefakte), bei höheren Werten läuft die Simulation schneller, kann allerdings artefakt-behaftet sein, die man als geübter Schaltungstechniker erkennen kann.

Die Parameter können in LTspice über simulate-> Control Panel -> SPICE eingestellt werden.

Falls jemand tiefer in das Thema Schaltungssimulation einsteigen will, dann kann ich das Buch „Inside Spice“ von Ron Kielkowski empfehlen.
In dem Buch wird beschrieben, wie Spice funktioniert, was die Unterschiede zwischen den verschiedenen Simulationsarten (AC, Operating Point, Transient, …) sind und wie man mit nichtkonvergenten Schaltungen umgeht. Dabei ist vor allem sein klar definiertes Vorgehen recht hilfreich. Bei Konvergenzproblemen in der Transientenanalyse schlägt er zum Beispiel vor, die Parameter RELTOL, VNTOL und ABSTOL zu variieren (ab Seite 53).

Sein Algorithmus für die Auswahl der Parameter lautet:

  1. RELTOL passt meist mit 0,001 (0,1%).
  2. VNTOL = RELTOL * V_small, wobei V_small die kleinste Spannung in der Schaltung ist (z. B. eine Opamp-Offset-Spannung).
  3. ABSTOL = RELTOL * I_small, wobei I_small der kleinste Strom ist, der relevant ist, z. B. der Leckstrom einer Diode.
  4. Die Werte können dann z. B. über Options zu der Simulation ergänzt werden: .OPTIONS RELTOL=.0001 VNTOL=.0001V ABSTOL=10NA

Nach diesem Schema gibt es Tips für verschiedene Probleme rund um SPICE-Simulationen.
Vielleicht helfen diese Tips schon gelegentlich bei Konvergenzproblemen.

Viel Erfolg beim Simulieren
Martin Bosch

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Autor

  • Martin Bosch

    Martin Bosch ist ein Vollblut Hardware-Entwickler und lebt seine Leidenschaft für Elektronik-Entwicklung in der MEDtech Ingenieur GmbH aus. Sein Schwerpunkt der Entwicklung von Embedded Elektronik für medizinische Anwendungen. Embedded Elektronik bedeutet hierbei den Entwurf von Leiterplatten und Schaltungen mit Mikrocontrollern und analoger Schaltungstechnik für verschiedenste Geräte, von Blutanalyse-Geräten bis zu Defibrillatoren.

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