본 게시글에서는 광대역 Macromodeling 및 Netlist/subcircuit 추출을 사용하여 S-파라미터로부터 SPICE 회로 시뮬레이션 모델을 생성하는 방법 및 전자 제품 설계를 위한 회로 및 3D field 시뮬레이션의 역할에 대해 설명합니다.

 

 

회로와 3D 시뮬레이션 사이의 광대역 Macromodeling

Dassault Systèmes, Michelangelo Bandinu

 

회로 시뮬레이션과 3D field 시뮬레이션 비교

전자 및 전기 공학에서 오랫동안 사용되어 온 시뮬레이션에는 크게 두 가지 유형이 있습니다. 회로 시뮬레이션은 회로 구성 요소의 전류와 전압을 모델링하며, 반도체와 같은 복잡한 비선형 구성 요소를 모델링할 수 있는 빠르고 강력한 기능을 제공합니다. 반면에 3D 전자기장 시뮬레이션은 공간을 통한 전자기장의 전파를 계산하고 원거리에 결합된 구성 요소 간의 상호 작용을 정확하게 포착합니다.

전통적으로 회로 시뮬레이션은 인쇄 회로 기판(PCB), 칩 패키지 및 집적 회로를 설계하는 데 사용되었고, 3D field 시뮬레이션은 안테나와 같은 무선 및 마이크로파 구성 요소에 사용되었습니다. 그러나 기존 PCB 및 칩패키지 내의 데이터 속도가 증가함에 따라 전자 신호의 주파수 또한 증가하여 이제는 사실상 마이크로파에 해당할 정도로 주파수가 증가하고 있습니다. 이는 신호가 신호 라인 내에서 격리된 상태로 유지되지 않고 PCB를 통해 전파되어 간섭 문제와 기타 신호 무결성(SI), 전력 무결성(PI), 전자파 적합성(EMC) 문제를 일으킬 수 있다는 것을 의미합니다.

시뮬레이션은 레이아웃 단계에서 이러한 문제를 분석하고 채널을 통한 데이터 전송을 모델링하여 문제를 식별할 수 있습니다. Eye diagram 및 bathtub과 같은 수치를 계산하고 잠재적인 완화 접근 방식을 테스트할 수 있습니다. 그러나 앞서 언급했듯이 고속 PCB의 전체 분석을 위해서는 회로 및 3D field 시뮬레이션의 측면이 모두 필요합니다.

 

Macromodeling이란?

다음은 광대역 Macromodeling이 필요한 이유입니다. 구성 요소의 Macromodeling은 3D field 시뮬레이션으로 계산된 S-parameter 데이터를 바탕으로 회로 시뮬레이션과 호환되는 방식으로 전자기 거동을 설명합니다. Macromodeling을 사용하면 복잡한 고속 전자장치의 SI/PI 및 EMC 시뮬레이션을 효율적으로 수행하여 잠재적인 문제를 식별하고 완화할 수 있습니다.

 

그림 1. Macromodeling과 PCB의 SI/PI 분석에 대한 Workflow

 

Macromodeling은 정확성을 유지하기 위해 두 가지 규칙을 준수해야 합니다:

 

첫째, Passive여야 합니다. 에너지 보존 법칙에 따르면 컴포넌트는 입력된 전력보다 더 많은 전력을 출력할 수 없습니다. 이를 위반하는 컴포넌트는 비현실적이며 시뮬레이션 문제를 일으킬 수 있습니다(전력이 증가하여 시스템이 수렴하지 않기 때문).

 

둘째, 인과관계가 있어야 합니다. 원인은 항상 시간적으로 효과보다 선행해야 하며, 상호 연결의 응답이 여기를 예상해서는 안 됩니다.

 

다쏘시스템 시뮬리아는 광대역 Macromodeling을 위한 솔루션으로 3D 전자기 시뮬레이션 툴인 CST 스튜디오 스위트와 Macromodeling링 모듈인 IdEM을 사용하여 충실도 높은 인과 관계의 수동 Macromodeling을 생성할 수 있습니다. IdEM은 모든 회로 시뮬레이션 툴과 함께 사용할 수 있는 SPICE(집적 회로 강조 시뮬레이션 프로그램) 모델을 생성합니다.

 

저자 : Michelangelo Bandinu

Michelangelo Bandinu received his Degree in Electronic Engineering from Politecnico di Torino, Italy in January 2005. In 2005, he worked as an Application Engineer at IBM Deutschland Entwicklung GmbH, Boeblingen (Germany) within the IBM Packaging Development group. From 2006 to 2010, He was at Politecnico di Torino where he carried out research projects on modeling and simulation of interconnect structures. In 2007, Michelangelo co-founded IdemWorks s.r.l. (acquired in 2016 by CST AG – now Dassault Systèmes) serving as Managing Director and Product Manager of the IdEM product until the full integration of the company into Dassault Systèmes in 2019. He currently holds the position of SIMULIA R&D EMAG Application Senior Manager and leads the R&D IdEM team.

 

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