회로 모델링을 간소화하는 코보의 QSPICE™ 혼성 신호 시뮬레이션 소프트웨어 툴

현재 출시되어 있는 거의 모든 SPICE 시뮬레이션 소프트웨어는 아날로그를 대상으로 하며 디지털은 거의 지원하지 않습니다. 따라서 기존 SPICE 소프트웨어는 혼성 모드 시뮬레이션에 어려움을 겪는데, 이는 아날로그와 디지털 블록이 더 많이 포함된 오늘날의 집적 회로(IC)에서는 점점 더 큰 문제가 되고 있습니다.

-

아날로그 칩은 더 많은 디지털 회로를 포함하고 디지털 IC는 추가적인 아날로그 콘텐츠를 포함함으로써 점점 더 복잡해지고 있는 칩 설계 문제는 기존 SPICE 시뮬레이터의 성능 저하와 직접적으로 연관됩니다. 모든 설계 엔지니어, 특히 실리콘 카바이드(SiC) FET, MOSFET 및 전원공급장치용 첨단 컨트롤러를 사용하는 전력 전자 엔지니어는 이러한 문제를 절실히 체감하고 있습니다.

-

-

-

업계에서 가장 인기 있는 SPICE 시뮬레이션 소프트웨어를 개발하는 데 핵심적인 역할을 한 코보(Qorvo)의 마이크 엥겔하르트(Mike Engelhardt)는 이 문제를 해결하기 위해 팔을 걷고 나섰습니다.

-

그는 “이 작업은 타임스텝(timestep) 제어를 완전히 재설계하고, 특이점(singularity)과 디바이스 전류-전압(IV) 곡선 불연속성을 제거하며, 버클리 SPICE보다 수치적 기법(numerical method)의 수많은 측면을 발전시키는 등 ‘SPICE를 올바르게 만드는 것’을 과제로 시작되었습니다"라고 밝혔습니다.

-

그가 내놓은 솔루션은 코보의 QSPICE™ 아날로그 및 혼성 신호 시뮬레이션 소프트웨어입니다.

-

아날로그 IC 시뮬레이션을 혁신한 코보의 'QSPICE'

코보의 차세대 QSPICE 소프트웨어의 장점을 이해하려면 SPICE 시뮬레이션은 전자 기기의 IV 특성화를 포함하며 이들 특성의 불연속성은 부정확한 시뮬레이션으로 이어질 수 있다는 점을 고려해야 합니다. 예를 들어, 대부분의 전자 회로 설계에서 핵심 구성 요소로 사용되는 전계 효과 트랜지스터(FET)는 이러한 현상으로 인해 큰 어려움을 겪습니다.

-

QSPICE 시뮬레이션 소프트웨어는 매우 정밀하고 효율적인 시뮬레이션을 보장하는 최신의 수치 기법을 사용합니다. 아날로그 분석에서 오류를 유발할 수 있는 특이점과 IV 곡선 불연속성을 제거하여 부드럽고 연속적인 디바이스 IV 곡선으로 대체함으로써 보다 정확하고 안정적인 시뮬레이션을 생성합니다. 따라서 FET를 모델링하는 데 사용되는 방정식을 수정하면 QSPICE 시뮬레이션의 정확도도 높아집니다.

나아가, QSPICE는 시뮬레이션 소프트웨어 내에서 캐스코드 실리콘 카바이드(cascode SiC) FET를 지원합니다.

-

이러한 장애물을 제거함으로써 QSPICE는 다음과 같은 다양한 방식으로 혼성 신호 회로 시뮬레이션의 과제를 더 잘 해결할 수 있습니다:

▶ 디지털 로직이 기존에는 SPICE 프로그램 속도를 느려지게 했던 아날로그 및 디지털 구성 요소를 모두 갖춘 디바이스를 테스트할 수 있습니다.

▶ 컴포넌트 소프트웨어 모델, 특히 수동으로 구성해야 하는 최신 모델에서 실제와 같은 정확도를 제공합니다.

-

코보의 QSPICE 회로 시뮬레이션 소프트웨어에 도입된 기능들을 종합적으로 고려하면, 이 소프트웨어는 엔지니어의 복잡한 회로 설계 모델링 작업을 간소화하는 가장 진보된 혼성 신호 시뮬레이터라고 할 수 있습니다(그림 1).

-

QSPICE 시작하기

새로운 SPICE 환경으로 업그레이드하는 사용자를 위해 QSPICE 회로도 편집기는 '.model' 유형에 대한 심볼을 자동으로 생성하고 '.subckt' 유형에 일반 심볼을 사용하여 구성 요소의 시각화를 간소화합니다. 이는 사용자가 '.model' 및 '.subckt' 파일을 소프트웨어에 직접 복사하기 및 붙여넣기 함으로써 모델을 추가하는 기능과 함께 사용자가 전자 회로를 더 쉽게 이해하고 작업할 수 있도록 도와줍니다.

-

엥겔하르트에 따르면 두 가지 유형 모두 넷리스트에 기여하기 때문에 QSPICE 환경의 기본 텍스트 색상 코딩 체계는 지시문과 구성 요소 속성에 대해 동일한 색상을 갖습니다. 지시어는 시뮬레이션을 안내하는 지침이며, 컴포넌트 속성은 전자 부품의 특성을 설명합니다. 또한 기본 시뮬레이션 지침 및 설명과 구분하기 위해 주석에 별도의 색상을 할당할 수 있다고 엥겔하르트는 설명합니다.

-

리눅스 시스템에서 QSPICE 시뮬레이션 소프트웨어를 사용하려는 설계자는 윈도 응용 프로그램을 리눅스 및 기타 유닉스 계열 운영 체제에서 실행할 수 있도록 하는 와인(Wine) 호환성 계층을 통해 구현할 수 있다는 점을 알아야 합니다.

-

성능 저하 걱정은 그만!

다른 SPICE 시뮬레이터가 85%에 불과한 완료율을 보이는 것과 비교할 때, 코보의 QSPICE 벤치마크에 따르면 이 새로운 혼성 모드 회로 시뮬레이션 소프트웨어 표준은 100%의 완료율을 달성할 뿐만 아니라 런타임도 줄어들었습니다. 이처럼 최적화된 성능은 업데이트된 시뮬레이션 엔진과 향상된 메모리 관리 및 캐시 사용률 등의 추가 기능에 의해 더욱 강화되었습니다.

-

이러한 개선 사항 덕분에 QSPICE는 예컨대 레이더 시스템용 전원공급장치와 같은 시스템을 최적화하고 SiC FET 및 기타 전력 및 아날로그 설계 애플리케이션을 분석할 때 속도, 기능 및 안정성이 전반적으로 향상됩니다.

-

마우저 일렉트로닉스 홈페이지 www.mouser.kr/에 방문하시면 코보의 QSPICE로 혼성 신호 회로 시뮬레이션에 대한 자세한 정보를 확인할 수 있습니다.