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2020.11.25 시뮬레이션

정리

전자 회로 시뮬레이션의 기초

본 편을 마지막으로 「전자 회로 시뮬레이션의 기초」에 대해 최종 정리하겠습니다.

전자 회로 시뮬레이션의 기초

  1. SPICE란?

    키 포인트

    ・전자 회로의 설계 및 평가 시, 소프트웨어를 사용한 시뮬레이션이 널리 이용되고 있다.

    ・소프트웨어를 사용한 시뮬레이션을 통해, 간단하고 신속한 평가가 가능하여 개발 공수와 시간을 절약할 수 있다.

    ・SPICE 베이스의 다양한 시뮬레이터를 입수할 수 있다.

  2. SPICE 시뮬레이터와 SPICE 모델

    키 포인트

    ・시뮬레이터 벤더에 따라 무상 버전을 제공하고 있으며, 다운로드 후 이용 가능하다.

    ・IC 등을 사용한 회로 시뮬레이션을 실시하기 위해서는, 해당 디바이스의 파라미터 정보를 제공하는 SPICE 모델이 필요하다.

    ・SPICE 모델은 각 메이커가 홈페이지를 통해 제공하고 있는 경우가 많다.

  3. SPICE 시뮬레이션의 종류 : DC 해석, AC 해석, 과도 해석

    키 포인트

    ・SPICE 시뮬레이터는 DC 해석, AC 해석, 과도 해석, 몬테카를로, S 파라미터, 푸리에 해석, 노이즈 해석 등의 기능을 구비하고 있다.

    ・DC 해석, AC 해석, 과도 해석, 몬테카를로는 대부분의 시뮬레이터 소프트웨어에 탑재되어 있다.

  4. SPICE 시뮬레이션의 종류 : 몬테카를로

    키 포인트

    ・SPICE 시뮬레이터는 DC 해석, AC 해석, 과도 해석, 몬테카를로, S 파라미터, 푸리에 해석, 노이즈 해석 등의 기능을 구비하고 있다.

    ・몬테카를로는 난수를 사용하여 시뮬레이션 및 수치 계산을 실시하는 방법의 총칭으로, 부품 편차를 고려한다.

    ・몬테카를로 설정은 시뮬레이터에 따라 달라진다.

  5. SPICE 시뮬레이션의 수렴성과 안정성

    키 포인트

    ・SPICE 베이스의 시뮬레이터에서 해석 에러 및 결과가 안정적이지 않은 경우에는 수렴성과 안정성의 문제로 생각할 수 있다.

    ・수렴성과 안정성의 문제는 SPICE 시뮬레이터의 설정을 변경함으로써 피할 수 있는 경우가 있다.

    ・디바이스 모델에 결함이 있는 경우에는 유저 측에서 해결하기 곤란하다.

  6. SPICE 모델의 종류

    키 포인트

    ・SPICE 모델의 형식에는 「디바이스 모델」과 「Sub-circuit 모델」의 2종류가 있다.

    ・디바이스 모델은 기본적으로 트랜지스터 및 다이오드 등, 소자의 모델이다.

    ・Sub-circuit 모델은 기본적으로 디바이스 모델의 조합이다.

  7. SPICE 디바이스 모델 : 다이오드 예 – 제1장

    키 포인트

    ・SPICE 모델의 형식에는 「디바이스 모델」과 「Sub-circuit 모델」의 2종류가 있다.

    ・SPICE 디바이스 모델은, 모델의 각 파라미터 값을 설정한다.

  8. SPICE 디바이스 모델 : 다이오드 예 – 제2장

    키 포인트

    ・SPICE 모델의 형식에는 「디바이스 모델」과 「Sub-circuit 모델」의 2종류가 있다.

    ・디바이스 모델의 파라미터를 변경함으로써 특성을 조정할 수 있다.

    ・디바이스 모델은 이론식에 근거하므로, 시뮬레이션은 식이 나타내는 범위의 결과가 된다. (실제와 다른 경우가 있다.)

  9. SPICE Sub-circuit 모델 : MOSFET 예 – 제1장

    키 포인트

    ・SPICE 모델의 형식에는 「디바이스 모델」과 「Sub-circuit 모델」의 2종류가 있다.

    ・Sub-circuit 모델은 접속 정보 및 디바이스 모델로 구성된다.

    ・Sub-circuit 모델은 이상적인 특성을 지닌 디바이스 모델에 현실적인 특성을 반영하거나, 특정 기능의 회로 등을 구성할 수 있다.

  10. SPICE Sub-circuit 모델 : MOSFET 예 – 제2장

    키 포인트

    ・SPICE 모델의 형식에는 「디바이스 모델」과 「Sub-circuit 모델」의 2종류가 있다.

    ・Sub-circuit 모델은 접속 정보 및 디바이스 모델로 구성된다.

    ・Sub-circuit 모델은 이상적인 특성을 지닌 디바이스 모델에 현실적인 특성을 반영하거나, 특정 기능의 회로 등을 구성할 수 있다.

  11. SPICE Sub-circuit 모델 : 수식을 사용한 모델

    키 포인트

    ・Sub-circuit 모델에는 디바이스 모델의 복합 타입 이외에 수식을 사용한 모델도 있다.

    ・디바이스 특성에 따라 수식을 조정할 수 있으므로 재현성이 높다.

    ・모델이 복잡하기 때문에, 시뮬레이션 시간이 길어지거나, convergence error가 발생하기 쉽다.

  12. 서멀 모델 (Thermal Model)이란?

    키 포인트

    ・SPICE 모델에는, 열에 관한 시뮬레이션을 실행하기 위한 서멀 모델 (Thermal Model)이 있다.

    ・서멀 모델이란, 열 회로의 계산을 전기 회로 상에서 실행하기 위한 과도 열 저항에 상당하는 전기 회로의 모델이다.

    ・소비전력 Pd를 전류 I로 하여, 열 모델 Rth에 인가함으로써, junction 온도 Tj를 전압으로서 모니터링할 수 있다.

  13. 서멀 다이나믹 모델 (Thermal Dynamic Model)이란?

    키 포인트

    ・서멀 다이나믹 모델은 서멀 모델을 내장하여 자기 발열에 의해 특성이 변화하는 SPICE 모델이다.

    ・서멀 다이나믹 모델은 디바이스의 Sub-circuit 모델에 서멀 모델이 추가된 모델이다.

    ・내장되어 있는 서멀 모델로 Tj를 산출하고, 그 Tj를 디바이스의 전기적 특성에 반영한다.