회로 설계 기본 : Voltage divider simulation using LTspice

오늘은 회로의 가장 기본이 되는 Voltage divider 를 설계해보겠습니다. Voltage divider는 내용 자체는 전혀 어렵지 않은

단순히 저항을 2개 직렬 연결한 것입니다. LTspice를 처음 써보면 Hspice를 쓰던 분은 쉽게 적응할 수 있을지 몰라도 cadence사의 virtuoso를 사용하던 분들은 다소 UI에 적응하기 힘들 것입니다. 하지만 한 번 익숙해지면 쉬운 tool이므로

오늘은 같이 연습해보는 시간을 갖도록 하겠습니다. 완전 기본부터 가르쳐드리니 간단하게 따라할 수 있습니다.

 

먼저 LTspice 프로그램을 켜줍니다. 그러면 위에 보이는 것처럼 화백이 그린 듯한 배경이 나오는데 여기서 마우스 오른쪽 클릭을 해준 뒤 New schematic (Ctrl+N)을 클릭해줍니다.

이런 회색 화면이 나오게 되는데 바로 이 회색화면 전체가 저희가 여러 소자들을 놓아 schematic 을 그릴 수 있는  view 입니다. 여기서부터는 단축키를 눌러 instance를 배치할 수 있습니다.

F2를 누르면 이렇게 instance 목록을 불러올 수 있습니다. 하지만 오늘은 Voltage source와 Resistor만을 이용할 것이기 때문에 F2 버튼을 사용하지 않겠습니다.

먼저 간단한 voltage divider 와 voltage source를 그려보았습니다. 여기서 voltage source 는 단축키 V를 눌러 놓으면 되고, 저항은 단축키 R, wire 는 F3, Ground 는 단축키 G를 눌러 놓으면 됩니다. 위에서 쓰는 단축키들은 상당히 자주 쓰는 단축키이므로 외워두시면 편합니다.

V : Voltage source

F2 : Instance

F3 : Wire

R : Resistor

G : Ground

L : inductor

C : capacitor

 

먼저 1:1 , 즉 반으로 전압을 나누는 voltage divider를 만들기 위해 저항값을 각각 100으로 설정해줍니다. 저항값을 설정해주기 위해서는 저항에 대고 마우스 오른쪽 클릭을 하면 다음과 같은 property 창이 뜨게 됩니다.

그 후 voltage source도 값을 정해주겠습니다. DC value를 5V로 놓습니다.

그렇게 되면 5V DC voltage source에 직렬 연결된 100옴 Voltage divider 설계 끝입니다. 이번엔 시뮬레이션을 돌려보겠습니다. 시뮬레이션을 돌리기 위해서는 오른쪽 위에 빨간 원 표시된 op 버튼을 눌러줍니다.

그럼 다음과 같이 DC, transient, AC 등 여러 simulation을 돌릴 수 있는 simulation 설정 창이 뜨게 됩니다. 저는 DC voltage sweep 을 돌리기 위해 V1 voltage source를 선택하고 0V 에서 5V까지 1V step 으로 dc sweep을 설정하였습니다. LTspice의 편한점이 virtuoso simulation 환경과 Hspice simulation 환경을 둘 다 대변해주는데, 위에 시뮬 설정창은 흡사 virtuoso의 시뮬 설정창이지만 아래에 입력되는 문법은 hspice 문법과 동일합니다. 따라서 아래 문장도 열심히 봐주면 후에 hspice 설계 시에 도움이 되겠죠

그 후 Run 버튼을 눌러줍니다.

Run 버튼을 누르면 위에 반절로 나뉘어 검은 창이 뜨게 되는데, 이 때 node 들을 클릭하면 전압 값을 볼 수 있습니다. voltage divider 의 node를 클릭하자 전압이 0V~5V로 sweep 됨에 따라 0~2.5V 로 값이 변하는 것을 볼 수 있습니다. 알맞게 voltage 가 divide 되고 있네요.

다음으로 transient simulation을 해보겠습니다. 그전에 설정해놓은 dc 문장에 마우스를 가져다 오른쪽 클릭하면 다시 시뮬레이션 설정창이 뜨게 됩니다. 여기서 0~1u까지 10n time step을 갖는 simulation 환경을 설정합니다. 아래에 해당 시뮬에 해당하는 hspice 문법이 출력됩니다.

다음으로 sine wave를 만들기 위해 voltage source에 마우스를 갖다대고 오른쪽 클릭을 합니다. 그 후 Advanced 버튼을 클릭합니다.

저는 sine wave 를 plot해보았습니다. DC offset voltage는 5 V, Amplitude는 2V 그리고 Frequency는 20MHz입니다. 여기서 중요한게 20M로 frequency를 입력하면 20 miliHz 로 인식해 거의 DC로 동작합니다. 따라서 MegaHz 의 경우 꼭 Mega라고 입력해야합니다.

Voltage source 의 node 와 voltage divider 의 노드를 클릭하면 알맞게 값이 출력되는 것을 볼 수 있습니다.  Voltage source 는 Offset voltage 인 5V 를 중심으로 위아래로 +-2V swing 하게 됩니다. 따라서 3V에서 7V까지 20MHz의 주파수로 sine wave를 그리는 것을 볼 수 있죠. 그리고 연두색 그래프인 voltage divider node 의 경우 5V 의 반인 2.5V 에서 1.25V 의 amplitude 를 갖고 swing 합니다.

값을 좀 더 명확히 보기 위해서는 빨간색 원이 그려진 그래프 값을 선택합니다. 그렇게 하면 2개의 커서가 생기게 되고 각 커서에 해당하는 value 가 오른쪽과 같이 창으로 뜨게 됩니다. 눈대중으로 Max point 와 Min point를 맞춰주니 1.506~3.49V 를 swing 하고 peak-to-peak voltage는 1.98V 임을 알 수 있습니다. 따라서 voltage amplitude는 거의 1V겠죠.

 

이상으로 voltage divider 설계였습니다. 간단하지만 Ltspice tutorial 이라고 생각해주시면 감사하겠습니다.