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LTspice로 쉽고 빠르게


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글/Gabino Alonso, Director of Strategic Marketing, 아나로그디바이스


대부분 회로 설계의 핵심은 회로에 대한 이해, 그리고 회로의 타당성과 한계를 파악하는 데 도달하는 속도에 있다. 그에 따라 사용자는 설계를 개선하고 부품을 선택한 다음 실험실에서 시제품 제작과 시험에 들어간다. LTspiceⓇ는 아나로그디바이스의 고성능 회로 시뮬레이션 프로그램으로, 이를 이용하여 초기 회로를 작성하고 프로빙하여 회로 설계의 성능을 분석할 수 있다. LTspice에는 몇 가지 기본 명령을 배우면 쉽게 사용할 수 있는 통합된 회로도 편집기, 파형 뷰어 및 고급 기능이 포함되어 있다.
LTspice는 대부분의 ADI 전력 관리 및 신호 체인 제품을 다루는 광범위한 매크로모델 라이브러리뿐 아니라 수동 부품 라이브러리를 포함한다. LTspice는 매크로모델을 위한 고유의 모델링 기법을 사용하여 빠르고 정확한 시뮬레이션 결과를 제공한다[1]. 이는 특히 스위치 모드 전원 설계에 중요하다. LTspice는 이 분야에서 다른 많은 시뮬레이션 툴보다 뛰어난 성능으로 최소 시간에 설계를 반복할 수 있다. 또한 연속적인 시뮬레이션은 약간의 조정으로 설계의 회로 한계와 성능 경계를 살펴볼 수 있어 회로에 대한 직관을 개발하는 데 도움을 준다.
LTspice는 ADI 고객과 엔지니어링 커뮤니티에 무료로 제공된다.* 무료 제품의 성능에 의문을 품을 수 있겠지만 LTspice는 시중에 나와 있는 많은 시뮬레이션 솔루션보다 뛰어나며, 이용에 어떠한 제한도 없다. 따라서 회로의 크기와 구조는 오직 사용자 컴퓨터의 리소스와 시간에 의해 제한될 뿐이므로 사용자는 자신 있게 복잡한 회로를 제작, 요약화 및 추상화 할 수 있다.

소프트웨어 설치와 업데이트

LTspice 소프트웨어는 WindowsⓇ 및 MacⓇ OS X 운영체제에서 실행된다. LTspice의 다운로드 가능한 설치 파일은 analog.com/LTspice에서 이용할 수 있다.
소프트웨어를 항상 최신 모델과 소프트웨어, 예제로 업데이트하려면 LTspice 릴리스를 동기화하는 것이 중요하다. LTspice Tools 메뉴 아래 Sync Release를 선택한다(그림 1).

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[그림 1] 최신 모델, 소프트웨어 및 예제로 업데이트하려면 Tools 메뉴에서 Sync Release를 선택한다.

기존 회로 이용

새로운 툴을 사용하여 처음부터 초기 회로를 작성하는 일은 만만치 않은 작업이다. 백지에서 시작하는 대신 LTspice에서 기존 회로도를 살펴보고 시뮬레이션으로 성능을 검토하면서 LTspice에 익숙해지는 것이 훨씬 좋다. LTspice 회로도 파일은 .asc 확장자로 저장된다. LTspice 회로도에는 다음과 같은 세 가지 주요 소스가 있다.
• LTspice에서 사용할 수 있는 데모 회로
• LTspice와 함께 설치되는 테스트 예제
• LTspice와 함께 설치되는 교육용 예제

데모 회로 다운로드하기

특정 솔루션에 관심이 있다면, Demo Circuits 섹션에 있는 ADI의 광범위한 LTspice 예제 모음을 찾아보도록 한다. 이들 예제는 Tools & Simulations 아래 제품 및 평가 보드 웹페이지에서도 찾아볼 수 있다. 데모 회로는 애플리케이션 엔지니어링에 의해 검토되었으며 대부분의 설계에 훌륭한 시작 지점을 제공한다. 많은 회로는 사용 가능한 하드웨어 평가 보드를 기반으로 한다.

LTspice 데모 회로 사용하기

제품 웹 페이지 또는 데모 회로 데이터베이스에서 부품 또는 애플리케이션을 검색하여 데모 회로를 찾는다. 데모 회로 .asc 파일을 자신의 로컬 디렉토리에 다운로드하고 파일을 연다.
관심 있는 제품에 대한 데모 회로를 찾지 못한 경우 설계의 시작 지점으로 사용할 수 있는 테스트 설비가 있다.

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[그림 2] 데모 회로 다운로드하기

테스트 예제

LTspice로 모델링 된 대부분의 아나로그디바이스의 전력 관리 및 신호 체인 제품은 관련된 사전 작성된 테스트 예제를 사용할 수 있다. 지그(jig)라고 불리는 이 테스트 예제는 ADI 모델링 팀이 디바이스 매크로모델을 테스트하고 평가하는 데 사용하며, 회로를 작성하는 시작 지점으로 제공된다. 테스트 예제는 생산 용도로 권장되지 않는다는 점에 주의한다. 테스트 예제는 공장 애플리케이션 엔지니어에 의해 반드시 검토된 것은 아니며, 주로 간소화된 형태로 이상적인 수동 부품을 사용하거나 매크로모델이 특정 오류 조건을 어떻게 처리하는지 평가하는 데 초점이 맞춰 있다. 그럼에도 많은 경우 테스트 예제는 시작 지점으로 백지 상태에서 시작하는 것보다 낫다.

디바이스 또는 부품의 지그(Jig) 파일 열기

• LTspice를 연다.
• File > New Schematic를 선택하거나 CTRL + N을 누른다. 빈 회로도가 나타난다.
• Edit > Component를 선택하거나 F2를 누른다. 부품 대화상자가 나타난다.

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[그림 3] 텍스트 필드에 디바이스 이름을 입력하여 원하는 디바이스를 검색한다.

• 부품 창에서 디바이스를 찾는 가장 쉬운 방법은 텍스트 입력란에 디바이스 이름을 입력하는 것이다. 입력을 하면 목록이 줄어들고 입력에 맞춰 필터링 된다. 목록에서 관심 있는 디바이스가 보이면 해당 디바이스를 선택한다. 그러면 비활성화된 Open this macromodel’s test fixture 버튼이 활성화된다.
• Open this macromodel’s test fixture 버튼을 클릭한다. 매크로모델의 테스트 예제 회로도가 나타난다. 또는 Okay를 클릭하여 모델 기호를 삽입하고 자신의 회로도를 그린다.

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[그림 4] 매크로모델의 테스트 예제 회로도

교육용 예제 시작하기

LTspice는 시뮬레이션과 회로 설계를 둘러보도록 설계된 교육용 예제를 포함한다. 교육용 예제는 LTspice와 함께 C:\Program Files\LTC\LTspiceXVII\examples\Educational 위치에 설치된다.

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[그림 5] LTspice와 함께 설치되는 교육용 예제

회로도 편집기 사용하기

LTspice는 회로도를 빠르게 작성하도록 설계되었지만, 모든 회로도 편집기는 학습 곡선을 갖는다. LTspice는 기본 메뉴와 단축키를 배우면 매우 쉽게 회로도를 작성하고 편집할 수 있다. 모든 회로도 편집 명령과 부품은 Edit 메뉴에서 선택하거나 회로도 배경의 빈 공간을 마우스 오른쪽 버튼으로 클릭하면 사용할 수 있다.
회로도 편집기를 사용하여 초기 회로를 처음부터 작성하는 방법은 여기에서 다루지 않지만, 문서에 자세히 나와 있다. 사용 가능한 교육용 비디오도 LTspice에서 초기 회로를 처음부터 작성하는 기본을 배우는 좋은 방법이다. 이 글의 끝에 제공되는 추가 리소스에 몇 가지가 소개된다.


부품 속성 편집하기

대부분의 경우 객체의 속성을 수정하려면 객체를 마우스 오른쪽 버튼으로 클릭한다. 회로 소자에 따라 부품 파라미터를 변경할 수 있는 편집기 창이 나타난다.

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[그림 6] 저항 부품 파라미터

저항, 커패시터, 인덕터, 비드, 다이오드, 바이폴라 트랜지스터, MOSFET 트랜지스터 및 JFET 트랜지스터 회로 부품은 선택할 수 있는 모델의 관련된 데이터베이스를 갖고 있다. 이러한 수동 부품에 대한 광범위한 모델 라이브러리를 이용하여 실제 부품을 사용하는 회로도를 빠르게 제작하고 수정할 수 있다. 디바이스의 정확한 모델을 찾을 수 없는 경우, 대신 유사하게 지정된 모델을 사용할 수 있으며, 이후에 관심 있는 특정 디바이스의 모델을 부품 데이터베이스에 추가할 수 있다.

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[그림 7] 라이브러리에서 부품 선택하기

일부 부품은 고급 옵션을 제공한다. 예를 들어 전압 소스의 기본 속성은 그림 8과 같다.

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[그림 8] 전압 소스의 표준 파라미터

전압 소스의 추가적인 파라미터 옵션에 접근하려면 Advanced를 클릭한다(그림 9 참조).

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[그림 9] 전압 소스의 고급 파라미터 옵션

단위 입력하기

옵션 필드에 파라미터 값을 입력할 때 LTspice는 표준 표기법을 따른다. 단 예외로 106을 지정하려면 MEG(또는 meg)를 사용한다. 대문자 M은 LTspice에서 10-3(milli)을 나타내는 데 m 대신 사용할 수 있다. 표 1을 참조한다. 1패럿(farad)을 지정하기 위해 1F를 입력하면 잘못 1펨토패럿(femtofarad)을 나타내므로 주의한다. 1패럿을 지정하려면 1만 입력한다.

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[표 1.]LTspice의 표준 단위 접두어

회로도 탐색하기

회로도 편집기를 탐색하려면 마우스와 스크롤 휠을 사용하여 회로도를 이동, 확대 및 축소하거나 View 메뉴 아래 옵션을 사용한다. 이동하려면 회로도를 클릭하고 드래그한다. 스페이스 바를 누르면 전체 화면 보기로 돌아간다.

시뮬레이션 명령 추가하기

데모 회로, 지그 파일 및 교육용 예제 파일을 위한 시뮬레이션 명령은 추가적인 편집 없이 시뮬레이션을 실행할 수 있도록 이미 정의되어 있다. LTspice는 과도상태, 선형화된 소신호 ac, dc 스위프, 잡음, dc 동작 지점, 소신호 dc 전달 함수 분석을 위한 시뮬레이션 명령을 포함한다.


시뮬레이션 명령 삽입 또는 편집하기

Simulate 메뉴에서 Edit Simulation Cmd를 선택한다. Edit Simulation Command 대화상자가 나타난다(그림 10). 대화상자에는 각 분석을 위한 탭과 관련된 파라미터를 위한 필드가 있다. 다양한 종류의 분석에 대한 자세한 내용은 F1을 누르면 나타나는 F1 도움말 파일을 참조한다.

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[그림 10] 시뮬레이션 편집하기

시뮬레이션 실행하기

회로도를 선택하거나 작성했다면 Simulate 메뉴에서 Run을 선택한다. 이렇게 하면 회로도 편집기에서 동일한 파일 이름을 사용하지만 .net 확장자를 갖는 netlist 파일이 생성된다. LTspice는 이 netlist를 시뮬레이트 한다.** Netlist의 콘텐츠를 보려면 View 메뉴에서 SPICE Netlist를 선택한다.


파형 보기

회로도 프로빙 하기
회로를 분석하려면 run 명령을 실행한 후 커서를 사용하여 회로도를 직접 프로빙 하거나 Plot Settings 아래 Add Trace(또는 Visible Trace) 명령을 사용한다. 이렇게 하면 파형 뷰어에 트레이스가 나타난다.

접지 기준 전압을 그래프로 표시하려면
커서를 관심 있는 와이어 또는 노드에 놓는다. 커서 모양이 적색의 전압 프로브로 바뀐다. 관심 있는 와이어 또는 노드를 클릭한다. 표시된 전압이 접지를 기준으로 한다.

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[그림 11] 전압 프로브 커서

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[그림 12.]전압 프로브를 사용한 측정

차동 전압을 그래프로 표시하려면
프로브 커서가 보이는 상태에서 관심 있는 와이어 또는 노드를 클릭한 채 기준으로 삼고자 하는 와이어 또는 노드로 커서를 드래그 한다. 처음에 프로브 커서는 적색이지만, 기준 전압으로 드래그 하면 검정색으로 바뀐다.
마우스 버튼을 놓는다. 차동 전압이 나타난다.

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[그림 13] 차동 전압 측정

전류를 그래프로 표시하기
2와이어 연결을 갖는 부품에 흐르는 전류를 그래프로 표시하려면:
• 부품 위로 커서를 가져간다.
• 커서 모양이 전류 프로브로 바뀐다(그림 14).
• 부품을 클릭한다.
연결점이 2개 이상인 부품의 핀으로 들어가는 전류를 그래프로 표시하려면:
• 관심 있는 핀 위에 커서를 놓는다.
• 커서 모양이 전류 프로브로 바뀐다.
• 관심 있는 핀을 클릭한다.

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[그림 14] 전류 프로브 커서

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[그림 15] 전류 프로브를 사용한 측정

파형 뷰어 탐색

파형 확대하기
파형 창에서 마우스를 사용하여 확대할 수 있다. 파형 창의 특정 영역을 확대하려면 더 크게 표시하고자 하는 영역 주위에 박스를 드래그 한다(그림 17).

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[그림 16] 파형 뷰어 확대하기

빠른 측정 수행하기

관심 있는 영역 주위에 박스를 그리고 마우스 버튼을 누르고 있으면, 박스의 크기(x 및 y 단위)가 파형 뷰어의 왼쪽 아래 모서리에 표시되므로 빠른 측정이 가능하다. 마우스 버튼을 놓기 전에 박스를 최소화하면 확대를 방지할 수 있다.

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[그림 17] 빠른 측정 수행하기

트레이스 삭제하기

파형 뷰어에서 개별 트레이스를 삭제하려면 파형 뷰어의 맨 위에서 삭제하고자 하는 트레이스의 라벨을 마우스 오른쪽 버튼으로 클릭하고 Delete this Trace를 선택한다. 또는 파형 뷰어를 클릭하여 활성 창인지 확인한 다음 Plot Settings 메뉴에서 Delete Traces를 선택한다(또는 F5를 누른다). 커서가 가위 모양으로 바뀐다. 파형 뷰어의 맨 위에서 삭제하고자 하는 모든 트레이스의 라벨을 클릭한다. 마우스 오른쪽 버튼을 클릭하거나 Esc 키를 누르면 삭제 기능이 종료된다.
단일 트레이스에만 초점을 맞추고 싶으면 와이어, 노드, 부품 또는 핀을 더블 클릭하면 파형 뷰어에서 다른 모든 트레이스가 삭제된다.
파형 뷰어의 추가적인 기능을 살펴보려면 창을 클릭하여 활성화한 다음 Plot Settings 메뉴 아래 옵션을 검토하거나 파형 뷰어를 마우스 오른쪽 버튼으로 클릭한다.

추가 기능

또한 LTspice는 정상 상태 검출, 턴온 과도 응답, 단계별 반응, 효율/전력 계산 및 기타 고급 분석 옵션을 포함하여 그 밖의 다른 첨단 시뮬레이션을 제공한다. 파형 뷰어 및/또는 첨단 시뮬레이션 기법에 관한 자세한 내용은 아래의 추가 리소스 섹션을 참조한다.


추가 리소스

LTspice에 대한 보다 자세한 내용은 analog.com/LTspice 를 방문하여 기술 원고와 비디오를 참고한다. 다음의 대표적인 비디오는 회로도 편집기와 파형 뷰어 사용에 관한 기초적인 학습을 추가로 제공한다.

회로도 편집기

파형 뷰어
모든 일반적인 LTspice 질문에 대해서는 도움말 파일(F1)에서 자세한 설명을 보거나 EngineerZone과 같은 다양한 온라인 LTspice 포럼 또는 LTspice 사용자 그룹을 방문하여 토론, 튜토리얼, 시뮬레이션 예제를 참조한다. 소프트웨어 버그나 디바이스 모델 문제는 LTspice@analog.com 에 메일로 문의한다. 한편, 애플리케이션에서 ADI 디바이스를 사용하는 시뮬레이션과 관련된 특정 문제라면 현지 필드 애플리케이션 엔지니어에게 직접 연락하여 지원을 받는 것이 가장 좋다.


*  이 프로그램은 특별히 반도체 제조업체들이 자사 제품의 설계, 판촉, 시연, 개발 또는 판매에 사용하도록 허가되지 않았다. 이러한 애플리케이션을 위해 LTspice를 사용하려면 아나로그디바이스로부터 특정 허가를 얻어야 한다.
** ADI 디바이스 매크로모델은 LTspice에 고유한 독자적인 기술 언어를 사용하여 구현되므로, 따라서 다른 SPICE 플랫폼에서는 실행되지 않는다.


참고문헌
[1] Michael Engelhardt. SPICE Differentiation. Analog Devices, Inc., 2019.

leekh@seminet.co.kr
(끝)
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