THE LTSPICE IV
THE LTSPICE IV
MAN UAL , MET H OD S
AND A PPL ICATIO NS
SIMULATOR
SIMULATOR
GILLES BROCARD
MANUAL, METHODS
AND APPLICATIONS
Preface by Mike Engelhardt
1
st
edition
1
st
edition
Swiridoff Verlag
ISBN: 978-3-89929-258-9
Preface
It is an honor to write a preface for Gilles Brocard. I appreciate his work writing this book and hope you benefit from
his labors.
LTspice has been fun to write. It let me implement a number of numerical methods that make LTspice better than
traditional SPICE programs: a new numerical integration method, node reduction, a native circuit element that be-
haves like a power MOSFET, and new time step size control to name a few.
The biggest recent advance in LTspice was when it went multi-threaded in 2008. We found it easy to distribute the
computations over multiple cores but challenging to make the simulation actually run faster. The problem was that
the LTspice object code had been so optimized (much had already been implemented in optimized assembly lan-
guage) that it didn’t take very many microseconds per timestep and that was a short time compared to how well one
can synchronize multiple threads. That’s when we developed a means to dynamically adjust each threads’ cache size
to stochastic cool the threads to keep the work load spread evenly. Another important technique introduced at that
time was code generation that generates an assembly listing optimized for your circuit. Then that code is assembled
and linked by LTspice for execution. This self-authoring code is generated typically every few seconds during the sim-
ulation to help your circuit execute close to the theoretical flop limit of a modern CPU. That’s why LTspice IV is fast.
But all this is for a purpose. I believe SPICE has impacted mankind more than any other simulator. Writing a better
SPICE is important. LTspice offers you the ability to rapidly prototype your designs so that you understand them better
and even develop intuition.
Mike ENGELHARDT
Manager of Simulation Development
Linear Technology Corporation
April 2011
5
Index
Index
Preface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Index . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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Foreword . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
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1.1.1
1.1.2
1.2
1.2.1
1.2.2
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2.4.1
2.4.2
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3.2
3.3
3.3.1
3.3.2
3.3.3
3.3.4
3.3.5
LTSPICE IV: PRESENTATION AND HISTORIC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Circuit simulation with LTspice IV . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Three basic steps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Results analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
The story of LTspice IV . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
CANCER – 1969 to 1971 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
SPICE1 – 1972 to 1974 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
SPICE2 – 1975 to 1983 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
SPICE3 – 1984 to 1990 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
The birth of LTspice – 1990–2007 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
LTspice IV version since the end of 2008 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
What are the main benefits of LTspice IV? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
What can LTspice IV do? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
What can’t LTspice IV do? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
FILES SUPPLIED WITH LTSPICE IV . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Installation of LTspice IV . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Required configuration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Downloading LTspice IV . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
How does LTspice IV work? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
LTspice IV’s editors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Included files . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Models, sub-circuits, macro models, and component libraries . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Application examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
LTspice IV file extensions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
WORKING OF LTSPICE IV AND FIRST EXAMPLE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
First use of LTspice IV . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Launching LTspice IV in Windows . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
How LTspice IV works . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
LTspice IV start-up phase menus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
File Menu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
View Menu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Tools Menu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Help Menu: This menu is the same in all stages of LTspice IV . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Start-up page pop-up menu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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3.4
3.4.1
3.4.2
3.4.3
3.4.4
3.4.5
3.4.6
3.4.7
3.4.8
3.4.9
3.4.10
4
4.1
4.2
4.2.1
4.2.2
4.2.3
4.2.4
4.2.5
4.2.6
4.2.7
4.2.8
4.2.9
4.3
4.4
4.4.1
4.4.2
4.4.3
4.4.4
4.4.5
4.4.6
4.4.7
4.4.8
4.4.9
4.4.10
4.5
4.6
4.6.1
4.7
5
5.1
5.2
5.3
8
A detailed example, step by step . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Drawing a schematic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Enter the parameters of components . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Enter simulation parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
First frequency measurements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Transient measurements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
FFT measurements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Measures of harmonic distortion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Maximum amplitudes before clipping . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Zooming in on part of the trace to identify a defect. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
To conclude this first approach . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
SCHEMATICS EDITOR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
The commands of LTspice IV . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Schematics editor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
File menu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Edit menu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Hierarchy Menu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
View Menu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Simulate Menu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Tools Menu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Window Menu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Help Menu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Schematic editor pop-up menu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Components databases . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Draw a new schematic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Open the schematic editor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Place the first elements on the schematic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Main commands of the schematic editor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Connecting elements from the schematic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Enter the value or reference of a component . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Enter the values of a component with the attribute editor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Enrich the schematic (optional) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Add simulation, source and directives (optional) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Save your schematic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Launch the simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Incorporation of a wiring BUS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Reminder of the schematic editor use rules . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
You must be very careful about two points: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Export a schematic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
SYNTAX AND COMPONENTS EDITOR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
General syntax rules in LTspice IV . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Component values editor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Procedures to access usual or complex component models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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110
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114
115
115
116
116
118
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5.3.1
5.3.2
5.4
5.5
6
6.1
6.1.1
6.1.2
6.1.3
6.1.4
6.1.5
6.1.6
6.1.7
6.1.8
6.1.9
6.2
6.3
6.4
6.5
6.6
6.7
6.8
6.9
6.10
6.10.1
6.11
6.11.1
6.12
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6.13.1
6.13.2
6.13.3
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6.14
6.15
7
7.1
7.2
7.5
7.6
7.7
7.7.1
7.7.2
Changing the standard values of a component . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Display of attributes and modification of components’ values . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Allocation of the attributes editor fields . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Display of a component’s attributes using two models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
SYMBOL EDITOR AND HIERARCHY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Symbol editor menu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
File Menu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Edit Menu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Hierarchy Menu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Draw Menu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
View Menu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Tools Menu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Window Menu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Help Menu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Symbol editor pop-up menu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
First step: Drawing the symbol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Second step: Adding connection terminals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Third step: Adding or modifying attributes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Possible call-ups from a symbol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Visible attributes connected to the symbol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Automatic symbol generation from a section of the schematic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Automatic symbol generation from a Netlist . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Hierarchy in LTspice IV . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Hierarchy use rules . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
A method similar in concept to the Matryoshka dolls . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Hierarchic construction rules . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Levels hierarchy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Commands of the Hierarchy menu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Example: Work flow of a simple two-level hierarchic construction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Screen number 1: Sub-circuit model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Screen number 2: Secondary schematic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Screen number 3: Main schematic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Screen 4: Simulation of the main schematic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Export of the hierarchy directory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Interactivity between the lower and the higher level . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
NETLIST EDITOR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
The origin of Netlists . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
The Netlist: A mandatory step . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Structure, syntax and conventions of Netlist . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
An example of Netlist . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Netlist editor menus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
File Menu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
View Menu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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