혼합 신호 회로 시뮬레이션
전자 장치의 기능을 시뮬레이션하는 주된 목적은 설계의 성능을 표현하고 분석하는 것입니다. 시뮬레이션 기능 없이는 가장 간단한 장치의 설계조차 상상하기 어렵습니다. 시뮬레이션 소프트웨어를 사용하면 설계 중인 장치의 모든 모드를 가능한 손상 없이 분석하고, 실제 조건에서 측정하기 어려운 매개변수와 특성을 결정하며, 비싼 측정 장비를 사용해야만 할 수 있는 측정을 수행할 수 있습니다.
SPICE(집적 회로 강조 시뮬레이션 프로그램)는 오픈 소스 소프트웨어 패키지로 개발되었으며, 이로 인해 널리 인기를 얻고 지속적으로 개발되고 있습니다. Altium Designer의 Mixed Simulation (MixedSim) 기술은 SPICE 알고리즘을 기반으로 한 개선된 코어를 사용하며, 아날로그, 디지털 또는 아날로그-디지털 혼합 장치의 전기 회로를 시뮬레이션하도록 설계되었습니다. 이것은 진정한 혼합 신호 시뮬레이터로, 아날로그 및 디지털 장치를 모두 포함하는 회로를 분석할 수 있습니다. 완전히 SPICE3f5와 호환되며, 다양한 PSpice® 및 LTspice® 장치 모델을 지원합니다.
Altium Designer의 시뮬레이션 엔진에서 지원하는 SPICE 모델에 대해 자세히 알아보려면
지원되는 Spice 모델 지식 기반 문서를 참조하세요.
시뮬레이터가 설치되어 있나요?
혼합 시뮬레이션 기능은 기본적으로 Altium Designer와 함께 설치되는 혼합 시뮬레이션 시스템 확장을 통해 사용할 수 있습니다. 이 확장 프로그램은 Altium Designer의 확장 프로그램 및 업데이트 페이지에서 수동으로 설치/제거하거나 업데이트할 수 있습니다(현재 사용자 제어 메뉴에서 확장 프로그램 및 업데이트 옵션을 선택하세요 – 
).
Altium Designer 확장 프로그램을 설치하고 관리하는 더 많은 정보는
설치 확장 및 업데이트를 참조하세요.
Altium Designer에서 시뮬레이션을 빠르게 시작하려면 기본 설치된 공유 문서 폴더(C:\Users\Public\Documents\Altium\AD<Version>\Examples\Simulation Quick Start)에서 시뮬레이션 예제 세트를 찾을 수 있습니다. 각 예제는 시뮬레이터 설정 및 결과 해석에 대한 정보와 함께 실제 사용 사례를 보여줍니다.
Altium Designer는 OrCAD
®, LTSpice, KiCad
®을 포함한 다양한 형식의 회로도를 가져올 수 있습니다. 이들은
가져오기 마법사를 사용하여 가져오며, 각 파일 유형은 Altium Designer에 설치된 확장 프로그램을 통해 처리됩니다.
다른 설계 도구와의 인터페이스에 대해 자세히 알아보세요.
Altium Designer에서의 시뮬레이션 과정은 다음 단계로 나눌 수 있습니다:
- 시뮬레이션을 위한 프로젝트 검증 및 준비 - 시뮬레이션할 디자인은 적절한 시뮬레이션 결과를 받기 위해 검증되고 충분히 준비되어야 합니다. 이는 시뮬레이션 모델이 있는 구성 요소를 배치하고, 신호 소스를 설정하며, 프로브를 사용하여 회로 내 관심 지점을 정의하는 것을 포함합니다. 검증 과정은 분석할 회로도에 문제가 있는지 피드백을 제공합니다.
- 시뮬레이션 구성 및 실행 - 시뮬레이션은 회로도에서 직접 수행되며, 시뮬레이션 파형을 분석하면서 다시 실행할 수도 있습니다. 필요한 분석 유형과 플롯할 출력 표현식을 빠르게 구성한 다음 시뮬레이션을 실행합니다.
- 시뮬레이션 결과 작업 - 시뮬레이션 결과는 SimData 편집기에 표시됩니다. 이는 시뮬레이션 결과를 빠르고 효율적으로 분석할 수 있는 기능이 풍부한 환경으로, 디자인의 작동에 대해 자신감을 갖게 해주는 평가, 디버깅을 가능하게 합니다.
혼합 시뮬레이션 - 예제 가이드
아래 접을 수 있는 섹션은 필터 회로의 시뮬레이션 준비가 완료된 스키마틱을 생성하는 과정을 안내하며, 이를 사용하여 일부 회로 시뮬레이션 분석을 실행합니다.
새 디자인 프로젝트 만들기
1. 메인 메뉴에서
파일 » 새로 만들기 » 프로젝트 명령을 선택합니다.
2.
프로젝트 생성 대화 상자가 열립니다:
- 위치 목록에서 작업 공간 항목을 선택하거나 작업 공간을 사용하지 않는 경우 로컬 프로젝트 항목을 선택합니다.
- 프로젝트 유형 목록에서 PCB 유형 아래의 <빈> 항목을 선택합니다.
- 프로젝트 이름 필드에
Filter를 입력합니다.
- 필요에 따라 대화 상자 오른쪽에 있는 다른 옵션을 설정하고 생성 버튼을 클릭합니다.
새 프로젝트가 생성되고 프로젝트 항목이 프로젝트 패널에 표시됩니다.
3.
프로젝트 패널에서 프로젝트 항목을 마우스 오른쪽 버튼으로 클릭하고 컨텍스트 메뉴에서 프로젝트에 새로 추가 » 회로도 명령을 선택합니다.
4. 새 회로도 문서의 빈 시트가 나타납니다. 하드 드라이브에 저장하려면
프로젝트 패널에서 해당 항목을 마우스 오른쪽 버튼으로 클릭하고 컨텍스트 메뉴에서
다른 이름으로 저장 명령을 선택합니다.
다른 이름으로 저장 대화 상자가 열리며, 프로젝트 파일과 동일한 위치에 문서를 저장할 준비가 됩니다.
파일 이름 필드에
Filter를 입력하고
저장을 클릭합니다(확장자를 입력할 필요는 없으며 자동으로 추가됩니다).
5. 프로젝트에 새 문서를 추가했으므로 프로젝트 파일이 변경되었습니다.
프로젝트 패널에서 프로젝트 항목을 마우스 오른쪽 버튼으로 클릭한 다음
저장을 선택하여 프로젝트 변경 사항을 저장합니다.
회로 캡처하기
아래에 표시된 필터 회로를 시뮬레이션할 것입니다. 이 섹션에서는 필요한 구성 요소를 찾고, 구성 요소 속성을 설정한 다음 회로도를 연결합니다.
필터 회로의 회로도
시뮬레이션 준비 구성 요소 배치
회로도에 대한 구성 요소는 기본적으로 Altium Designer 설치와 함께 제공되는 '시뮬레이션 일반 구성 요소' 라이브러리에서 가져옵니다.
디자인 공간의 오른쪽 하단에 있는 '패널' 버튼을 클릭하고 나타나는 메뉴에서 '구성 요소'를 선택하여 '구성 요소' 패널을 엽니다.
패널이 축소 모드인 경우 패널 상단의 드롭다운에서 '시뮬레이션 일반 구성 요소' 라이브러리를 선택하거나 (패널이 일반 모드인 경우) 패널 상단 왼쪽의 버튼을 클릭하여 '카테고리' 창에 접근한 후 '시뮬레이션 일반 구성 요소' 라이브러리를 선택합니다. 패널에 라이브러리가 제공하는 구성 요소 목록이 표시됩니다.
연산 증폭기 배치:
구성 요소 목록에서 '전원 단자가 있는 OpAmp' 구성 요소를 찾아 해당 항목을 마우스 오른쪽 버튼으로 클릭하고 주 메뉴에서 '배치' 명령을 선택합니다. 구성 요소가 디자인 공간에 커서에 연결된 상태로 나타나지만 아직 구성 요소를 배치하지 마십시오.
구성 요소 패널의 '검색' 필드를 사용하여 필요한 구성 요소를 빠르게 찾을 수 있습니다.
OpAmp가 커서에 떠 있는 동안 'Tab' 키를 눌러 '속성' 패널을 열고, 구성 요소를 회로도에 배치하기 전에 속성을 편집합니다.
'속성' 패널의 '일반' 영역에서 '지정자'를 'U1'로 변경합니다.
디자인 공간에서 일시정지 버튼을 클릭하여 구성 요소 배치로 돌아갑니다.
디자인 공간을 클릭하여 OpAmp의 인스턴스를 배치합니다.
추가 구성 요소 인스턴스를 배치하기 위해 구성 요소 배치 모드에 머무릅니다. 이 회로에는 OpAmp 구성 요소의 인스턴스가 하나만 필요하므로 마우스 오른쪽 버튼을 클릭하여 구성 요소 배치 모드를 종료합니다.
저항 배치:
'구성 요소' 패널에서 '저항' 구성 요소를 찾아 해당 항목을 마우스 오른쪽 버튼으로 클릭하고 주 메뉴에서 '배치' 명령을 선택합니다.
저항이 커서에 떠 있는 동안 'Tab' 키를 누릅니다.
열리는 '속성' 패널에서 구성 요소 속성을 다음과 같이 변경합니다:
'일반' 영역에서 '지정자'를 'R1'로 변경합니다.
'매개변수' 영역에서 '값' 매개변수의 '값'을 '100K'로 변경합니다.
디자인 공간에서 일시정지 버튼을 클릭하여 구성 요소 배치로 돌아갑니다.
디자인 공간을 클릭하여 저항의 인스턴스를 배치합니다.
커서를 이동하고 디자인 공간을 클릭하여 같은 값의 또 다른 저항 인스턴스를 배치합니다. 새 인스턴스의 지정자는 자동으로 증가됩니다 ('R2').
마우스 오른쪽 버튼을 클릭하여 구성 요소 배치 모드를 종료합니다.
커패시터 배치:
'구성 요소' 패널에서 '커패시터' 구성 요소를 찾아 해당 항목을 마우스 오른쪽 버튼으로 클릭하고 주 메뉴에서 '배치' 명령을 선택합니다.
커패시터가 커서에 떠 있는 동안 'Tab' 키를 누릅니다.
열리는 '속성' 패널에서 구성 요소 속성을 다음과 같이 변경합니다:
'일반' 영역에서 '지정자'를 'C1'로 변경합니다.
'매개변수' 영역에서 '값' 매개변수의 '값'을 '112p'로 변경합니다.
디자인 공간에서 일시정지 버튼을 클릭하여 구성 요소 배치로 돌아갑니다.
디자인 공간을 클릭하여 커패시터의 인스턴스를 배치합니다.
커패시터가 여전히 커서에 떠 있어 다른 인스턴스를 배치할 준비가 되면 'Tab' 키를 누릅니다.
'속성' 패널의 '매개변수' 영역에서 '값' 매개변수의 '값'을 '56p'로 변경합니다.
디자인 공간에서 일시정지 버튼을 클릭하여 구성 요소 배치로 돌아갑니다.
'스페이스바'를 눌러 컴포넌트를 90°씩 회전시켜 올바른 방향으로 설정합니다.
커서를 이동하고 디자인 공간을 클릭하여 커패시터의 또 다른 인스턴스를 배치합니다. 새 인스턴스의 지정자는 자동으로 증가됩니다 ('C2').
마우스 오른쪽 버튼을 클릭하여 구성 요소 배치 모드를 종료합니다.
전압 소스 추가
회로를 시뮬레이션할 때 전원을 공급하기 위해 전압 소스가 필요합니다.
VDD 전압 소스 배치:
주 메뉴에서 '시뮬레이션 » 소스 배치 » 전압 소스' 명령을 선택합니다.
전압 소스가 커서에 떠 있는 동안 'Tab' 키를 누릅니다.
열리는 '속성' 패널에서 소스 속성을 다음과 같이 변경합니다:
'일반' 영역에서 '지정자'를 'VDD'로 변경하고 소스의 '자극 유형'으로 'DC 소스'를 선택합니다.
'매개변수' 영역에서 매개변수 값을 다음과 같이 변경합니다:
'DC 크기' = '5'
'AC 크기' = '0'
'AC 위상' = '0'
디자인 공간에서 일시정지 버튼을 클릭하여 전압 소스 배치로 돌아갑니다.
디자인 공간을 클릭하여 전압 소스의 인스턴스를 배치합니다.
VSS 전압 소스 배치:
전압 소스가 여전히 커서에 떠 있어 다른 인스턴스를 배치할 준비가 되면 'Tab' 키를 누릅니다.
열리는
Altium Designer를 사용하면 회로 시뮬레이션을 스키마틱에서 직접 실행할 수 있습니다. 시뮬레이션은
시뮬레이션 대시보드 패널에서 구성되고 실행됩니다.
- 디자인 공간의 오른쪽 하단에 있는 패널 버튼을 클릭하고 나타나는 메뉴에서 시뮬레이션 대시보드를 선택하여 시뮬레이션 대시보드 패널을 엽니다.
-
패널의 검증 접이식 영역을 확장하고 검증 시작 버튼을 클릭합니다. 영역 내의 전기 규칙 검사 및 시뮬레이션 모델 항목에 녹색 체크 표시가 나타나야 합니다.
- 위반 사항이 감지되면, 위반 조건을 찾아 수정하여 계속 진행합니다.
-
패널의 준비 접이식 영역을 확장하고 스키마틱에 추가된 세 개의 전압 소스가 모두 시뮬레이션 소스 목록에 표시되어 있고 활성화되어 있는지 확인합니다.
일시적 분석 설정하기
일시적 분석은 오실로스코프에 표시되는 것과 같은 출력을 생성하며, 사용자가 지정한 시간 간격 동안 시간의 함수로 일시적 출력 변수(전압, 전류 또는 전력)를 계산합니다.
-
시뮬레이션 대시보드 패널의 분석 설정 & 실행 접이식 영역과 그 안의 일시적 영역을 확장합니다.
- 간격 옵션이 선택되었는지 확인하고 (
) 다음 값을 입력합니다:
-
입력 신호에 대한 새로운 표현식을 추가합니다. 이 표현식은 시뮬레이션 결과 문서에서 파형으로 출력됩니다:
-
출력 표현식 헤더 아래에 있는 추가 컨트롤을 클릭하여 시뮬레이션 결과 문서에서 파형으로 출력될 새로운 표현식을 위한 필드를 추가합니다.
-
추가된 필드의 오른쪽에 있는 
버튼을 클릭하여 출력 표현식 추가 대화 상자에 접근합니다. 여기서 출력 표현식을 구성할 수 있습니다.
- 출력 표현식 추가 대화 상자에서 파형 영역의 드롭다운에서 노드 전압을 선택하고 아래 목록에서 v(IN) 항목을 클릭합니다.
v(IN) 표현식이 대화 상자의 표현식 Y 필드에 추가됩니다.
-
출력 표현식 추가 대화 상자에서 생성을 클릭합니다. 표현식이 시뮬레이션 대시보드 패널에 나타납니다.
-
출력 신호에 대한 출력 표현식을 추가합니다:
- 시뮬레이션 대시보드 패널에서 추가 컨트롤을 클릭하여 또 다른 출력 표현식을 위한 필드를 추가하고 추가된 필드의 오른쪽에 있는 버튼을 클릭합니다.
- 출력 표현식 추가 대화 상자에서 파형 영역의 드롭다운에서 노드 전압을 선택하고 아래 목록에서 v(OUT) 항목을 클릭합니다.
-
시뮬레이션 결과 문서의 다른 플롯에 이 표현식의 파형을 그리기 위해 플롯 번호 드롭다운에서 새 플롯을 선택합니다. 선택 후 드롭다운은 2를 표시합니다.
- 출력 표현식 추가 대화 상자에서 생성을 클릭하여 표현식을 시뮬레이션 대시보드 패널에 추가합니다.
-
이 시점에서, 일시적 분석이 구성되었습니다. 그 옵션은 아래와 같이 시뮬레이션 대시보드 패널에 표시되어야 합니다.
AC 스윕 분석 설정하기
AC 스윕 분석은 회로의 주파수 응답을 보여주는 출력을 생성하며, 주파수의 함수로 소신호 AC 출력 변수를 계산합니다. AC 소신호 분석의 원하는 출력은 보통 전압 이득과 같은 전달 함수입니다.
- 시뮬레이션 대시보드 패널에서 AC 스윕 영역을 분석 설정 & 실행 접이식 영역 내에서 확장합니다.
- 스윕 유형으로 10진수를 선택하고 다음 값을
분석 실행 및 결과 탐색
-
Simulation Dashboard 패널의 Transient 영역 헤더 오른쪽에 있는 실행 버튼을 클릭하여 과도 분석을 수행합니다.
- 시뮬레이션이 성공하면, 메시지 패널이 시뮬레이션의 성공적인 완료를 보고합니다. 이 패널은 닫을 수 있습니다.
-
새로운 시뮬레이션 결과 문서인 Filter.sdf가 SimData 편집기에서 문서 탭으로 자동으로 열립니다. 이 문서에는 각각 v(IN) 및 v(OUT)의 단일 파형을 포함하는 두 개의 플롯이 있는 단일 과도 분석 차트가 포함되어 있습니다(문서 하단의 탭으로 표시됨).
- 디자인 공간 상단의 탭을 클릭하여 스키마틱 문서로 전환합니다.
-
Simulation Dashboard 패널의 AC Sweep 영역 헤더 오른쪽에 있는 실행 버튼을 클릭하여 AC 스윕 분석을 수행합니다.
- 메시지 패널을 닫습니다.
-
단일 AC 분석 차트가 포함된 시뮬레이션 결과 문서가 열립니다. 차트에는 각각 두 개의 파형이 포함된 두 개의 플롯이 포함되어 있습니다.
-
측정 커서를 사용하여 3dB 지점을 결정합니다:
dB(v(OUT)) 파형을 마우스 오른쪽 버튼으로 클릭하고 커서 A를 선택합니다.-
마커를 드래그하여 커서 A를 저역통과 영역에 위치시킵니다(위치는 저역통과 영역 내에 있기만 하면 중요하지 않습니다).
dB(v(OUT)) 파형을 다시 마우스 오른쪽 버튼으로 클릭하고 커서 B를 선택합니다.- Sim Data 패널을 사용하여 커서 위치를 도와줍니다(패널이 보이지 않으면 디자인 공간의 오른쪽 하단에 있는 패널 버튼을 클릭하고 나타나는 메뉴에서 Sim Data를 선택하여 표시합니다).
- Sim Data 패널의 측정 커서 영역에서 B-A 측정 값을 보면서 Y(이득) 값이 -3이 되도록 커서 B를 클릭하고 드래그합니다.
-
파형 이름 B의 X 결과가 대략 20k임을 볼 수 있으며, 이는 필터 회로의 3dB 지점이 20kHz임을 나타냅니다.
- 커서를 지우려면 각 커서 마커를 마우스 오른쪽 버튼으로 클릭하고 커서 끄기를 선택합니다.
- 문서에서 필터링을 지우려면 디자인 공간의 오른쪽 하단에 있는 지우기 버튼을 클릭합니다.
-
시뮬레이션 결과 문서(Filter.sdf)가 프로젝트 구조의 Generated\Simulation Documents 폴더에 나타납니다. 프로젝트 패널에서 문서 항목을 마우스 오른쪽 버튼으로 클릭하고 컨텍스트 메뉴에서 다른 이름으로 저장 명령을 선택하여 문서를 저장합니다.
다른 이름으로 저장 대화 상자가 열리며, 하드 드라이브의 프로젝트 폴더 내 Simulation 하위 폴더에 문서를 기본 이름으로 저장할 준비가 됩니다. 기본 위치에 기본 이름으로 문서를 저장하려면 저장을 클릭합니다.
- 디자인 공간 상단의 탭을 클릭하여 스키마틱 문서로 전환합니다.
-
Simulation Dashboard 패널에서 결과 접을 수 있는 영역을 확장합니다. 이 영역에는 수행된 시뮬레이션 실행 목록(과도 분석 및 AC 분석이 이 예제에 포함됨)이 포함됩니다.
-
이전에 실행한 과도 분석의 결과를 표시하려면 과도 분석 항목 오른쪽의 
버튼을 클릭하고 결과 표시를 선택합니다.
시
