기생 추출

기생 추출은 전자 설계의 핵심 프로세스예요.여기에는 물리적 구성과 환경과의 상호 작용으로 인해 회로 설계에서 자연적으로 발생하는 의도하지 않은, 이상적이지 않은 전기 부품을 식별하고 정량화하는 작업이 포함돼요.기생이라고 하는 이런 원치 않는 부품에는 보통 기생 커패시턴스, 저항, 인덕턴스가 포함돼요.프로세스에는 종종 회로의 전자기 거동을 모델링하고 시뮬레이션할 수 있는 정교한 소프트웨어 도구로 상세한 분석이 포함돼요.이 도구들은 기생이 신호 무결성, 타이밍, 전력 소비, 전체 기능에 미치는 영향을 포함하여 회로 성능에 미치는 영향을 예측해요.

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회로 요소들

이 섹션에서는 기본 회로 요소와 그 기능 및 응용 예를 보여줘요.기본 회로 요소에는 다음이 포함돼요.

커패시턴스:

커패시턴스는 시스템의 두 전도체 사이에 전위차가 존재할 때 시스템이 전하를 저장하는 능력이에요.실제 회로에서 이 특성은 커패시터라는 부품에 의해 나타나요.커패시터는 절연 물질이나 유전체로 분리된 두 개 이상의 전도성 플레이트로 구성돼요.

• 기능성: 커패시터는 전기 에너지를 판 사이의 정전기장으로 직접 저장해요.회로가 필요로 할 때 저장된 전하를 방전해서 에너지를 방출해요.
• 애플리케이션: 에너지 저장 장치로 주로 쓰이는 이 장치들은 전압 변동을 완화시키는 필터링 응용 분야, 공진 회로 튜닝, 전자 기기의 전력 흐름 관리에도 사용돼요.

인덕턴스:

인덕턴스는 전기 전도체의 성질이에요. 전기 전도체에 흐르는 전류의 변화로 도체 자체 (자체 인덕턴스) 와 주변 도체 모두에 기전력 (전압) 이 유도돼요.인덕터는 인덕턴스를 나타내는 회로 부품이에요. 보통 전도선 코일로 구성돼요.

• 기능성: 인덕터는 통과하는 전류의 변화에 저항해요.전류가 흐를 때 자기장 형태로 에너지를 저장해요.
• 애플리케이션: 이 인덕터들은 필터, 변압기, 전원 공급 장치 규정에 변동하는 전압을 관리하는 데 사용돼요.

저항력:

저항은 전류 흐름을 방해하는 물질의 특성이에요.전자의 흐름을 방해하는 물질 고유의 속성이에요.저항기는 회로에서 특정 저항을 제공하는 데 사용되는 부품이에요.

• 기능성: 전류가 흐르면서 저항기가 전기 에너지를 열로 변환해요.다른 용도들 중에서 전하의 흐름을 조절하거나 신호 레벨을 조절해요.
• 애플리케이션: “저항기는 전류 제한, 전압 분할, 회로의 풀업/풀다운 노드 등에 널리 사용돼요.

회로의 일반적인 연결은 두 가지로 요약될 수 있어요, 즉:

시리즈 연결: 직렬 연결은 구성 요소가 끝에서 끝까지 연결되어 전류는 같지만 전압이 다를 수 있는 연결이에요.시리즈의 총 저항은 개별 저항의 합과 같아요.

병렬 연결: 병렬 연결이란 구성 요소가 동일한 두 지점에 연결되어 잠재적으로 다른 전류를 전달하지만 전압은 같을 수 있는 연결이에요.병렬로 하면 저항과 인덕턴스는 감소하고 부품이 더 추가될수록 커패시턴스는 증가해요.

이런 기본 속성을 이해하고 조작하면 엔지니어가 원하는 동작으로 회로를 만들고, 특정 응답을 달성하고, 전자 애플리케이션의 안정성과 효율성을 보장할 수 있어요.그것들은 복잡한 전자 시스템이 개발되는 기본 기반을 형성해요.

기생 요소들

기생 요소는 구성 회로의 고유한 물리적 특성 때문에 발생하는 의도하지 않은 구성 요소로 나타납니다.여기에는 다음이 포함돼요.

기생 커패시턴스: 인접한 도체가 실수로 용량성 효과를 일으켜 전기 에너지를 의도치 않게 저장했을 때 이런 일이 발생해요.

기생 인덕턴스: 이 현상은 회로 루프가 의도치 않게 전자석 역할을 해서 회로의 전류 흐름에 영향을 미칠 때 발생해요.

기생 저항성: 회로의 일부분이 전기 흐름에 원치 않는 저항을 일으킬 때 나타나는 현상이에요. 마찰이 움직임을 방해하는 것과 비슷해요.

왼쪽에서 오른쪽으로: 기생 커패시턴스, 기생 인덕턴스, 기생 저항의 표현이에요.

규칙 기반 기생 추출 도구들

규칙 기반 기생 추출 도구는 기하학적 및 전기적 특성을 기반으로 미리 정의된 규칙과 알고리즘을 사용하여 기생 효과를 추정해요.이 도구들은 간단한 기하학적 파라미터 (예: 너비, 간격) 와 연결 정보를 적용하여 기생충을 빠르게 추정하는 방식으로 작동해요.규칙은 경험적 데이터와 기본 전기 원리에서 파생돼요.제일 큰 장점은 속도예요.이 도구들은 계산 능력도 덜 필요하고 대형 회로를 빠르게 처리할 수 있어 사전 검사하고 덜 복잡한 설계에 이상적이에요.규칙 기반 도구는 일반적으로 이상적이지 않은 동작이 더 중요한 고주파나 고급 반도체 설계에서는 정확도가 부족해요.빠른 속도와 낮은 계산 비용이 우선이지만 정확도는 낮은 초기 설계 단계나 덜 중요한 애플리케이션에 더 적합해요.

도구 예시: 지멘스의 칼리버 XRC하고 칼리버 XAct요.

필드 솔버 기생 추출 도구들

필드 솔버 툴은 맥스웰의 방정식을 풀어서 전자기장을 시뮬레이션하고 정확한 기생 값을 도출하는 데 기반해요.이 솔버들은 레이아웃의 3D 구조와 그 재질 속성을 고려해요.그들은 보통 유한 요소법 (FEM), 경계 요소법 (BEM), 유한 차분법 (FDM) 같은 수치 방법을 사용해서 매우 정확한 기생 추정을 해요.그런 도구들은 높은 정확도를 제공해요. 특히 기생 효과가 중요하지 않은 고주파 설계와 복잡한 기하학에서 중요해요.하지만 이렇게 하면 높은 계산 비용이 발생하고 실행 시간이 길다는 것이 주요 한계점이어서 일부 설계 프로세스에서는 병목 현상이 발생할 수 있어요.계산 비용은 더 많이 들지만 정확도와 상세한 기생 효과가 중요한 고급 애플리케이션 (RF, 아날로그, 혼합 신호 설계 등) 에 필수예요.

도구 예시: 지멘스 칼리버 XL하고 칼리버 XAct 3D예요.