altium xspice mini manual

8/19/2019 Altium XSpice Mini Manual

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Altium Designer Winter 9

Altium Designer를 이용한 XSpice Simulation


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그림 다양한 Spice 모델 마법사

1 1 회로도 심벌과 시뮬레이션 모델

구성요소...

umm ry

시뮬레이션을 하기위한 기본적인 세팅과 모델의 형식에 대

해서 자세히 알아보도록 한다.

Application Note

AP0142 (v1.0) April 06, 2006

회로에 대한 가상의 모의실험을 수행하기 위해서는 회로구성에 필요한 심벌에 모든 시뮬레이션 모델이 포함되

어야 한다. 이러한 구성을 각각의 심벌이 가지고 있어야 하고 또는 시뮬레이터에 링크를 하는 경우도 있다.

대부분의 심벌에서 시뮬레이터 모델을 가지고 있는 것이 아니기 때문에 회로구성에서 심벌을 선택할 때 신중

하게 선별해야 하고 시뮬레이터 모델을 가지고 있는 부품을 작성하는 방법 및 사용에 대해서 자세히 알아보도

록 한다.

시뮬레이션 모델 적용하기

시뮬레이션 모델에 대한 소스는 다양하게 얻을 수 있습니다. 다음은 소스를 취득할 수 있는 방법에 대해서 설

명한다.

◎ Manufacturer(제조업체) : 소자를 만드는 회사에서 제공하고 있는 모델을 사용하는 방법. 제조업체 홈페이지에서 제공하고 있는 Pspice® 데이터를 다운 받아서 적용.

◎ Altium Designer's SPICE Model Wizard(Spice 모델 마법사)

Spice 모델 마법사를 이용하여 SPICE3f5에 적용되는 모델을 자동으로 만들어

준다. 작성할 수 있는 종류는 오른쪽에 있는 그림을 참고 바람.

◎ Third-Party Modeling Tools : Altium Designer에서 제공하고 있는 모델

◎ Dedicated Modeling Companies : 시뮬레이션을 기반으로 전문적으로 모델링

하는 회사.

◎ By Hand : 자신이 처음부터 모델을 작성하는 방법. 일반적으로 소자에 대한

DataSheet를 기반으로 전문적인 지식을 기반으로 Subcircuit를 만들 때, 또는

Simcode™를 기반으로 작성하는 방법.

위에서 설명한 기반은 라이브러리/모델 작성하기에서 자세히 설명한다.

Altium Designer에서 불러들일 수 있는 형식

• SPICE3f5 / • XSpice / • PSpice에서 적용되는 형식을 가지고 올 수 있다.

[ex : xxx.mdl or xxx.ckt]

모델 변환할 수 있는 형식

SPICE3f5엔진을 사용하는 PSpice®, HSPICE®, NSPICE® and Eldo®를 지원한다.


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그림 3. Adding models from the SCH Library panel. 그림 2. Adding models from the main editing window.

심벌에 모델 링크하기

그림 1과 같이 Altium Designer Schematic Library를 이용하여 회로도 심벌을 작성한다.

그림 1. Defining the component in the Schematic Library Editor.

Simulation 모델 적용하기

사용자가 새로운 심벌을 작성하고 시뮬레이션에 해당하는 모델을 추가하는 방법이다.

◎ Sch Library패널에서 Add를 클릭하여 Model Type에서

Simulation을 선택한다.

◎ Schematic Library창에서 Add Simulation을 선택한다.


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◎ Model Manager Tools>Model Manager)창을 띄워서 Add버튼을 클릭하여 Simulation을 선택한다.

그림 4. Adding models using the Model Manager.

Simulation 모델 링크 설정하기

그림 5에서 Model Kind와 Model Sub-Kind에서 제공되는 메뉴를 이용하여 설정한다.

그림 5. Configuring the model link in the Sim Model dialog.


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PSpice 모델파일 생성하기

Altium Deisgner Schematic Library에서 찾고자 하는 모델로 구성된 부품이 없을 경우 칩 벤더에 가서 모델을

다운 받아서 적용하는 방법에 대해서 설명한다.

1. http://www.national.com/analog 에 가서 OpAmp인 LF411을 찾아보자

2. LF411 Details를 클릭한다.

3.LF411.MOD Model파일을 클릭한다.


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4. 브라우져 안에 있는 아래 내용을 메모장에 복사

를 합니다. 그리고 다른 이름으로 저장할 때 반드시

확장자는 XXX.CKT 로 저장한다. [예]

*//////////////////////////////////////////////////////////////////////* (C) National Semiconductor, Inc.* Models developed and under copyright by:* National Semiconductor, Inc.

*/////////////////////////////////////////////////////////////////////* Legal Notice: This material is intended for free softwaresupport.* The file may be copied, and distributed; however,reselling the* material is illegal

*////////////////////////////////////////////////////////////////////

* For ordering or technical information on these models,contact:* National Semiconductor's Customer Response Center* 7:00 A.M.--7:00 P.M. U.S. Central Time* (800) 272-9959* For Applications support, contact the Internet address:* [email protected]

*///////////////////////////////////////////////////////////////////* User Notes:** 1. Input resistance (Rin) for these JFET op amps is 1TOhm.Rin is* modeled by assuming the option GMIN=1TOhm. If adifferent (non-* default) GMIN value is needed, users may recalculate asfollows:* Rin=(R1||GMIN+R2||GMIN), where R1=R2,* to maintain a consistent Rin model.

*///////////////////////////////////////////////////////////////////*//////////////////////////////////////////////////////////*LF411 LOW OFFSET, LOW DRIFT JFET INPUT OP-AMP MACRO-MODEL*//////////////////////////////////////////////////////////** connections: non-inverting input* | inverting input* | | positive power supply* | | | negative power supply* | | | | output* | | | | |* | | | | |.SUBCKT LF411/NS 1 2 99 50 28

**Features:*Fast settling time (.01%) = 2uS*High bandwidth = 3MHz*High slew rate = 10V/uS*Low offset voltage = .5mV*Low supply current = 1.8mA*****************INPUT STAGE***************IOS 2 1 25.0P*^Input offset currentCI1 1 0 3PCI2 2 0 3PR1 1 3 1E12R2 3 2 1E12I1 99 4 1.0MJ1 5 2 4 JXJ2 6 7 4 JXR3 5 50 650R4 6 50 650*Fp2=28 MHZC4 5 6 4.372P*

***********COMMON MODE EFFECT************I2 99 50 800UA*^Quiescent supply current

EOS 7 1 POLY(1) 16 49 .8E-3 1*Input offset voltage.^R8 99 49 80KR9 49 50 80K**********OUTPUT VOLTAGE LIMITING********V2 99 8 2.13D1 9 8 DXD2 10 9 DXV3 10 50 2.13***************SECOND STAGE***************EH 99 98 99 49 1G1 98 9 5 6 20E-3R5 98 9 10MEGVA3 9 11 0*Fp1=18 HZ

C3 98 11 857.516P****************POLE STAGE*****************Fp=30 MHzG3 98 15 9 49 1E-6R12 98 15 1MEGC5 98 15 5.305E-15**********COMMON-MODE ZERO STAGE**********G4 98 16 3 49 1E-8L2 98 17 144.7MR13 17 16 1K***************OUTPUT STAGE***************F6 99 50 VA7 1F5 99 23 VA8 1

D5 21 23 DXVA7 99 21 0D6 23 99 DXE1 99 26 99 15 1VA8 26 27 0R16 27 28 50V5 28 25 0.646VD4 25 15 DXV4 24 28 0.646VD3 15 24 DX****************MODELS USED***************.MODEL DX D(IS=1E-15).MODEL JX PJF(BETA=1.183E-3 VTO=-.65 IS=50E-12)*.ENDS*$


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5. 작성하고 있는 프로젝트에 LF411.CKT 파일을 추가한다.

6. Altium Deisgner Schematic Library에서 심벌을 DataSheet에 있는 심벌에 PIN을 참고하여 심벌을

완성한다.


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7. Schematic Library창에서 Add Simulation을 선택한다.

8. Spice Subcircuit선택하고 우측에 있는 Browse...버튼을 이용하여 LF411.CKT 파일을 선택한다.


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9. Model File에서 링크가 되었는지 확인한다.

10. Pin에 대한 매핑을 확인하기 위해서 Port Map탭을 클릭하여 핀 매핑을 완성한다.


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11. 결과 확인.

아래와 같은 증폭기회로를 구성하여 파형을 측정하여 확인한다.

C1220pF

R2

10K

R1

10k

P12

N12

C2

100pF

R3

1K

N12P12

OUT

R4100K

IN

GND

GND

GND

N12

P12

12VposVSRC

12VnegVSRC

1KHzVSIN

2

36

A

7

4

U2

LF411

2

36

A

7

4

U1LF411

시뮬레이션 하여 나온 결과 값이다.

in 1.000 V

out 10.01 V


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1 2 회로 시뮬레이션 작성 및 설정

umm ry

아날로그 필터회로를 작성하고 전체적인 회로를 시뮬레이

션 한다.

시뮬레이션 라이브러리 및 소스에 대한 설정에 대해서 설

명하고 시뮬레이션 결과를 측정하여 본다.

Tutorial

TU0106 (v1.6) April 20, 2008

새로운 프로젝트를 작성하여 빈 회로도에 회로를 작성하고 회로의 검증을 수행하기 위한 시뮬레이션 설정에

대해서 알아본다.

새로운 프로젝트 만들기

a. File > New > Project > PCB Project를 클릭한다.

Project창에서 우측 마우스를 클릭하면 Add New Project > PCB Project를 클릭한다. )

위아같이 PCB_Project1.PrjPCB가 추가 생성이 된 것을 확인할 수 있다.


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b. PCB_Project1.PrjPCB를 File > Save Project As를 이용하여 Filter.PrjPCB로 수정한다.

주의 : 작업 프로젝트를 저장할 때 작업폴더를 만들어서 그 폴더 안에 프로젝트 파일을 넣는다.

☀ 또는 PCB_Project1.PrjPCB에서 우측 마우스를 눌러서 사용하시는 방법도 있다.

또는

우측 마우스 사용시

회로도 만들기

a. Schematic(회로도)을 만들기 위해서 File > New > Schematic을 클릭한다.

Project창에는 Sheet1.SchDoc가 생성된 것을 볼 수 있다.화면 우측에 Schematic Sheet가 만들어진 것을 확인할 수가 있다.

그리고 자동적으로 프로젝트와 연결된 것을 확인할 수 있다.

b. 회로도 이름을 바꾸어 준다. File > Save As를 클릭한다.

회로도 이름은 작업하기 전에 바꾸어 주는 것이 바람직하다. 작업한 파일에 위치 및 이름을 지정하여 저장

되었다면 저장위치 및 백업파일을 쉽게 찾아볼 수 있기 때문이다.

Filter.SchDoc로 수정하여 저장한다.


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회로도 작성하기

아래 그림과 같이 필터회로를 작성하여 본다. 그림 1에서 사용한 라이브러리를 찾는 방법 그리고 시뮬레이션소스 사용방법에 대해서 자세히 알아보도록 한다.

53

26

7

4

8

1 U1LF411CN

100K R1

100K R2

112pF

C1

56pFC2

2

2

1

1

-5VVSS

2

2

1

1

5V

VDDVINVSIN

VSSVDD

OUT

VDD

VSS

VSS

IN A B

그림 1

라이브러리 위치 및 찾기

첫 번째로 LF411CN 라이브러리 찾기

1. Library 패널을 찾는다.

2. Library 패널에서 Search버튼을 클릭하여 Library Search창을 열어준다.3. Library Search창에서 Library on path 체크를 하고 우측 Path쪽에 라이브러리가 들어 있는 path

선택 ‘C:₩PROGRAM FILES₩ALTIUM DESIGNER Winter 09₩Library₩’를 입력하고 위쪽에

커서가 깜박이는 곳에 LF411을 입력하고 Search버튼을 클릭한다.

4. Search를 마치게 되면 Library 패널에서 Qquery Results가 설정이

되어 있고 ‘NSC Operational Amplifier.IntLib’ 가 등록이 되어

있는 것을 볼 수 있다.


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시뮬레이션에 필요한 부품배치

그림 1에서 Op Amp U1을 배치하기 위한 방법이다.1. Library 패널에서 LF411CN을 선택하고 Place LF411CN

버튼을 클릭한다. [또는 LF411CN을 선택하고 더블클릭]

2. Confim창이 뜨면 Don't ask again체크 박스를 체크하고

반드시 Yes버튼을 클릭하면 사용한 라이브러리를

Library패널에 등록한다.

3. 커서가 나타나고 부품을 배치할 수 있는 상태에서 TAB키를 누른다.

4. Component Properties창에서 Designator필드에 U1을 입력한다.

5. 우측 하단에 있는 'LF411CN‘ Simulation을

선택하고 Edit버튼을 클릭한다.

6. SIM Model – General / Generic Editor창이

뜨면 우측하단에 Found in 안에

NSC Operational Amplifier.IntLib가 등록되어

있는 것을 확인한다.


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7. Model File을 클릭하여 모델 내용이 있는지 확인한다. 모델 파일이 발견되지 않으면 오류 경고 메시지가

표시가 된다.

8. Netlist Template탭과 Netlist Preview탭을 클릭하여 리스트를 확인 할 수 있다.

확인이 끝났으면 OK버튼을 클릭하여 회로도로 이동한다.

9. Figure1에서 Op Amp 'U1'을 보면 부품이 미러가 되어 있는 것을 볼 수 있다. 부품을 미러하기 위해서

부품을 잡은 상태에서 키를 누르면 상하반전 미러가 된다.

10. 부품을 회로도 중앙에 배치하고 우측마우스를 눌러 배치를 종료한다.

새로운 시뮬레이션 모델 추가하기

회로 시뮬레이션을 하기위해서는 사용한 SPICE 모델[.CKT 또는 .MDL]을 Project에서 가지고 있어야 된다.

Altium Designer는 라이브러리 구조가 Integrated Library[통합 라이브러리]로 구성되어있기 때문에 라이브러

리 자체를 풀어서 .CKT 또는 .MDL 파일을 Project에 추가를 하여야 한다.SPICE .subckt 파일을 추가 하는 방법에 대해서 설명한다.

1. Library패널에서 Simulation이 가능한 라이브러리를 찾거나 사용이 되었다면 xxx.IntLib[통합 라이브러리]가

등록이 되어 있다.

2. File>Open (*..IntLib)을 한다. 통합 라이브러리 ‘NSC Operational Amplifier.IntLib’를 열어 준다.

그리고 Extract Sources or Install창이 Em면 Extract Sources버튼을 클릭하여 압축되어 있는 통합

라이브러리를 각각 풀어준다.

Path : C:₩Program Files₩Altium Designer Winter 09₩Library₩National Semiconductor₩


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3. 탐색기를 이용하여 압축이 풀려 있는 폴더로 이동하여 LF411_NSC.ckt를 복사하여 Filter.PrjPcb가 있는

폴더에 저장한다.

Open Path : C:₩Program Files₩Altium Designer Winter 09₩Library₩National Semiconductor₩NSC Operational Amplifier Save Path : 현재 작업하고 있는 Filter.PrjPcb 폴더에 저장

4. Project패널에서 Filter.Prjpcb에서 우측 마우스 클릭하여

Add Existing to Project을 클릭하여 LF411_NSC.ckt를 선택하여 프로젝트에 추가한다.

5. Op Amp 'U1'을 더블 클릭한다.

기존에 등록되어 있는 Simulation .Subckt를 제거한다.

6. Add 버튼을 클릭하여 Simulation을 선택하면 SIM Model – General / Generic Editor창이 활성화된다.


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7. SIM Model–General/Generic Editor 창에서 앞에서 저장하였던 LF411_NSC.CKT 파일 안에 있는

(Ex.SUBCKT LF411_NSC 1 2 99 50 28) 모델이름을 Model Name에 입력하면 자동으로 우측 하단에 Found

In : 에 파일이 저장된 곳을 표시된다.

※ 알아두기

Spice .ckt 또는 .mdl 파일을 하나씩 선택하는 작업이 아니라 Simulation Source에 해당하는 파일을 하나

의 폴더에 저장하여 사용할 경우에는 Path를 열어서 사용하는 것이 더욱 편리하다.

1. Project>Project Option을 클릭하여 Search Paths탭을 클릭한다.

2. Add 버튼을 클릭하여 .ckt 또는 .mdl 파일이 있는 폴더를 선택한다.

3. Refresh List버튼을 클릭하여 정확히 모델 파일이 올라오는 것을 확인한다.

4. 사용할 때는 Browse...버튼을 클릭하여 등록된 모델 파일을 선택한다.

8. 새로운 모델을 등록해서 사용할 때는 반드시 핀에 대한 매핑을 정확히 설정해야 한다.


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시뮬레이션에 필요한 저항 부품배치

1. Library 패널에서 Miscellaneous Devices.IntLib를 선택한다.

2. Component Name에서 ‘Res1'을 선택하고 Place Res1을 클릭하여

회로도로 이동한다.

3. 부품을 잡은 상태에서 TAB을 클릭한다. Properties에서 Designator필드에

R1을 입력한다.

4. Comment필드에는 화살표를 클릭하여 ‘=Value'를 선택하고 옆에 있는 Visible

체크 박스를 해제한다.

5. Parameters에서는 Value필드를 체크하고 부품의 값을 입력한다.

6. 그림 1을 보면서 “R1",”R2“를 차례대로 배치한다.


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시뮬레이션에 필요한 콘덴서 부품배치

1. Library 패널에서 Miscellaneous Devices.IntLib를 선택한다.

2. Component Name에서 ‘Cap'을 선택하고 Place Cap을 클릭하여



C1을 입력한다.



5. Parameters에서는 Value필드를 체크하고 부품의 값을 입력한다.

6. 그림 1을 보면서 "C1", "C2"를 차례대로 배치한다.


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시뮬레이션에 필요한 전원소스 부품배치

회로 시뮬레이션을 하기위한 전원소스 설정 및 배치에 대해서 알아본다,

1. Library 패널에서 Simulation Sources.IntLib를 등록한다.

path : C:₩Program Files₩Altium Designer Winter 09₩Library₩Simulation₩

2. Component Name에서 ‘‘VSRC'을 선택하고 Place VSRC을 클릭하여



VDD을 입력한다.



5. Parameters에서는 Value필드를 체크하고 전원의 값을 입력한다.

6. VSS도 마찬가지로 Designator 'VSS' 전원값‘-5V'를 입력하여 배치한다.


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시뮬레이션에 필요한 입력파형소스 부품배치

1. Library 패널에서 Simulation Sources.IntLib를 선택한다.path : C:₩Program Files₩Altium Designer Winter 09₩Library₩Simulation₩

2. Component Name에서 ‘‘VSIN'을 선택하고 Place VSIN을 클릭하여



VIN을 입력한다.

4. Comment필드에는 VSIN을 입력한다.

5. Model필드에서 Edit...버튼을 클릭하여

Sim Model–Voltage Source/Sinusoidal 내용을 아래 그림과 같이 수정한다.


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전원[Power Port] 연결

그림 1을 참조하여 회로에 적합하게 Power Port를 추가한다.

1. Place>Power Port를 선택하고 TAB을 클릭한다.

2. Style에서는 Power Port 모양을 선정할 수 있다.

3. Propertics에서 Net를 VDD와 VSS를 차례로 입력하고 배치한다.

4. GND는 Style에서 Power Ground로 선택하고 Propertics에서 Net는 ‘GND'로 입력한다.

그리고 Show Net Name에 체크를 빼준다. 그럼 Net에 이름이 보이지가 않는다.

5. OUT은 Style에서 Circuit로 선택하고 Propertics에서 Net는 ‘OUT'로 입력한다.

VSS VDD OUT

회로도 연결 [Wire]

그림 1을 참조하여 배선작업 및 Net Label작업을 한다.

1. Place>Wire를 선택하여 회로를 연결한다. [P+W]

2. Place>Net Label을 선택하여 라벨작업을 한다. [P+N]

프로젝트 검사 [Compile]

회로도에 대한 ERC(Electronic Rules Check)이다.

Project>Project Options에서 Error Checking과 Connection Matrix 탭에서 적용된 값을 가지고 체크를

한다.


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시뮬레이션 설정

Altium Designer에서는 회로 시뮬레이션을 회로도 내에서 바로 실행할 수 있으며, 시뮬레이션을더욱 편하게 작업하기 위해서 Mixed Sim ToolBar를 켜줍니다. View>Toolbars>Mixed Sim을

클릭한다. 아래에 있는 표는 XSpice에서 분석할 수 있는 종류이다.

• Operating Point Analysis

• Transient Analysis

• Fourier Analysis

• DC Sweep Analysis

• AC Small Signal Analysis

• Impedance Plot Analysis

• Noise Analysis

• Pole-Zero Analysis

1. Design>Simulate>Mix Sim 또는 Setup 아이콘을 클릭한다.

2. General Setup에서 Collect Data For필드에서 Node Voltage, Supply Current, Device Current and

Power로 선택한다.

SimView Setup필드에서 Show Active Signals로 선택하여야 기존에 있는 데이터가 출력이 되지 않고

새로이 설정된 파형으로 출력이 된다.

3. Active Signals필드에는 측정하고자하는 Net를 옮겨준다.


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Transient/Fourier 해석 설정하기

Transient/Fourier 분석되는 출력을 한다. 일반적으로 오실로스코프, 과도해석(전압, 전류)을 지정된 시간 내에

서 출력한다. 포인트 분석은 자동으로 수행되며, DC회로의 바이어스 계산을 정의한다.

회로의 초기 값을 가질 수 있게 .IC를 회로에 배치하는 경우도 있다.

50kHz파형의 6개의 사이클을 보기 위하여 Stop을 60u로 설정한다.

1. Transient/Fourier옵션에서 Enabled가 자동으로 체크되어 있는 것을 볼 수 있다.

2. Use Transient Defaults 체크를 해제하여 Parameter에 Value를 아래와 같이 수정한다.

Transient/Fourier Analysis Setup

Parameter Value

Transient Stop Time field 60u

Transient Step Time 100n

Transient Max Step Time 200n

AC Small Signal 해석 설정하기

전원에 주파수 응답을 측정하여 볼 수 있는 기능이다. 예를 들면 전압이득을 말한다.

AC Magnitude parameter에 값을 가지고 있는 것이 SIM모델이다.

AC Small Signal Analysis를 선택하고 아래에 있는 AC Small Signal Analysis표를 참고하여 수정한다.AC Small Signal Analysis Setup

Parameter Value

Start Frequency 100.0m

Step Frequency 1.000meg

Sweep Type Decade

TestPoint 100


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Operating Point analysis

Transient Analysis waveforms

시뮬레이션 실행

1. Design>Simulate>Mixed Sim 선택 또는 아이콘 Run Mixed Signal Simulation []를 선택한다.

AC Small Signal analysis waveforms


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측정파형 추가하기

2개의 curves를 이득 및 위상으로 표기하고, 주파수 대역으로 측정한다. 이득은 decibels(dB)로 위상은

frequency로 측정한다. Edit Waveform창에서 설정하는 방법에 대해서 알아본다.

1. AC Analysis창에서 dB(in), dB(out), PHASE(in) and PHASE(out)로

표시한다.

2. 출력 파형중 ‘in'을 선택하고 Wave>Edit Wave를 선택한다.

또는 ’in'선택하고 우측마우스를 클릭하여 Edit Wave를 선택한다.

3. Edit Waveform창에서 Complex Functions필드에서 Magnitude(dB)를

선택한다. 입력에 대한 ‘dB(in)’이 추가 되었다.

4. ‘dB(out)’을 추가하기 위해서 Wave>Add Wave...를 선택한다.

5. 출력 파형중 ‘out'을 선택하고 똑같은 방법으로 PHASE(in), PHASE(out)를 표시하되 Complex Functions필

드에서 Phase(Deg)를 선택한다.


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4. 좌측 하단에 AC Analysis와 Transient Analysis탭을 이용하여 Sweep된 파형을 확인 할 수 있다.

Parameter sweep results in the AC Analysis tab

Parameter sweep results in the Transient Analysis tab


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Advanced Options 활용

Spice 내부에서 사용되는 옵션에 대해서 설정할 수 있는 곳이다. Spice에서 분석 에러가 있는 경우에Advanced Options에서 사용자가 수정할 수 있는 부분이다.

SPICE Netlist를 이용한 Simulation

만약 Spice Netlist만을 이영하여 시뮬레이션을 할 경우에 해당된다.

1. Project파일을 반드시 만들어 준다. P-CAD사용자는 회로에서 Simulation Netlist를 뽑아서 이곳에서 적용

하면 된다.

2. Project위에서 우측 마우스를 클릭하여 Add Existing to Project...를 클릭하여 파일형식을

Mixed-signal sim file로 설정하고 Spice Netlist파일을 선정한다.

3. Simulate>Run을 실행한다.


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1 3 Simulation Models and Analyses

Reference

umm ry

시뮬레이션에 필요한 포괄적인 소스에 대하여 설명한다.

Technical Reference

TR0113 (v1.6) April 21, 2008

시뮬레이션에 필요한 모델에 대해서 자세히 알아보도록 한다.

Simulation Models

Altium Designer는 아날로그 & 디지털 혼합 시뮬레이터이다. 시뮬레이터에 사용한 엔진은 조지아 기술연구원

(GTRI)에서 개발한 Spice3 Code를 기반으로 한다. 그것이 완전한 Spice3f5와 호환되는 범위를 지원하는 것뿐

만 아니라 대표적인 Pspice® 모델이라고 볼 수 있다.

Model Types

효과적으로 지원하는 시뮬레이터는 다음과 같다.:

SPICE3f5 analog models

미리 정의된 아날로그 소자를 모델로 만들어둔 것을 말한다. 이 모델들은 일반적인 아날로그 부품인 저항, 콘

덴서, 인덕터 뿐만 아니라 전압과 전류 소스, 전송선로(transmission lines) 및 스위치 등이 있다.

일반적인 모델을 구성하는 다섯 가지는 다음과 같다.

Diode BJT JFET MESFET MOSFET

다수의 모델 파일은 (*.mdl)로 구성되어 있다.

PSpice analog models

기본적인 아날로그 모델을 제공하는 Pspice입니다. 지원하는 모델이 Spice3f5양식으로 되어 있으며, Device

및 매개 변수에 지원하기 위해 추가되었다. 이것들은 모델 파일과 연결된다.

XSpice analog models

코드의 모델은 복잡하지 않고, 이상적인 특성을 개발하는데 서브회로 시뮬레이터 속도를 정의한다.

특수 기능인 Gain, 히스테리시스, 전압 및 전류에 정의를 S-domain 분석기능을 한다.

Sub-Circuit models

복잡한 모델소자와 같은 연산증폭기, 크리스털, 타이머 등 계층구조를 사용하여 서브회로 구분을 설명한다.

서브회로와 서브회로를 구성하여 하나의 모델을 구성한다. 서브회로와 다른 서브회로를 연계하여 각각의 회로가 파일로 이루어진 것을 Sub-Circuit(*.ckt)라고 한다.


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Digital models

디지털 SimCode™가 언어를 사용하여 만든 디지털 디바이스 모델이다. Xspice는 특별한 설명이 포함된 디지털

디바이스를 시뮬레이션 한다. 그것은 일종의 표준 Xspice 코드 모델이다. 소스 Simcode 모델의 저장된 확장자는 (*.txt)이다. 컴파일 된 Simcode 모델의 저장된 파일은 (*.scb)이다. 여러 개의 디바이스 모델에 배치할

수 있다. 동일한 파일을 참조하는 방법으로 각각 특별한 "func=" 파라메타를 사용한다.

Altium Designer는 디지털 Simcode의 기반으로 mixed-signal 시뮬레이션 할 수 있다.

부품과 시뮬레이션 단위표기법

◇. 정수값 표기 : [예 10]

◇. 소수점값 표기 : [예 3.142]

◇. 많은 소수점 표기 : [예 10E-2, 3.14E2]

examples :

1) 부품 값 표기 (저항) : 1K, 1000, 1000.0

2) 주파수 표기 : 1KHz, 1000, 1000.0, 1000Hz


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V1VSRC

I1ISRC

V_OUT I_OUT

기본적인 Simulation Source 알아보기

시뮬레이션에서 가장 많이 사용하는 소스에 대해서 알아보도록 한다. 기본적인 라이브러리 소스는 아래와 같이 Simulation Sources.IntLib를 사용한다.

C:₩Program Files₩Altium Designer Winter 09₩Library₩Simulation₩Simulation Sources.IntLib

1. Constant Source

Parameters Setting Default

Value 전원 값, 전류 값

AC Magnitude 1V (평상시) 1

AC Phase Small signal voltage (위상 값) 1


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V2VSIN

I2ISIN

V_OUT I_OUT

2. Sinusoidal Source


DC Magnitude DC 값 (V) 0AC Magnitude AC 값 (V) 1

AC Phase AC 위상 값 (V) 0

Offset 직류 Offset전압 (V) 0

Amplitude 피크 진폭 값 (V) 1

Frequency 주파수 값 (Hz) 1K

Delay 소스전압 개시하기 전 값 (Sec) 0

Damping Factor 사인파 비율 감소/증가 (Sec) 0

Phase 사인파 위상 값 0


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V4VPWL

I4IPWL

V_OUT I_OUT

4. Piece-Wise-Linear Source


DC Magnitude 전원 값, 전류 값

AC Magnitude 1V (평상시) 1

AC Phase Small signal voltage (위상 값) 1

Time / Value Pairs시간대비 전압선정 포인트 설정

0U 5V,5U 5V, 12U 0V, 50U 5V, 60U 5V


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V5VEXP

I5IEXP

V_OUT I_OUT

변수 값 의미 단위 기본 값

Initial Value Volt none

Pulsed Value Volt none

Time Delay Sec 0 Rise Time Sec TSTEP

Fall Delay Sec +TSTEP

Pulse Width Sec TSTEP

5. Exponential Source


DC Magnitude DC 값 0AC Magnitude AC 값 1

AC Phase AC 위상 값 0

Initial Value 시간 제로일 때 전압 진폭 값 0

Pulsed Value 최대 진폭 출력 스윙 값 (V) 5

Rise Delay Time 상승 지연시간 (Sec) 1u

Rise Time Constant 상승시간 상수 (Sec) 700n

Fall Delay Time 하강 지연시간 (Sec) 2u

Fall Time Constant 하강시간 상수 (Sec) 300n

지수함수 파형 : EXP ( )


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Parameter Value

Transient Start Time 0

Transient Stop Time 5u




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V6VSFFM

I6ISFFM

V_OUT I_OUT


Parameter Value

Transient Start Time 0Transient Stop Time 200u



6. Frequency Modulation Source


DC Magnitude DC 값 0AC Magnitude AC 값 1

AC Phase AC 위상 값 0

Offset DC Offset 신호생성 (V) 2.5

Amplitude 최대 진폭 출력 스윙 값 (V) 1

Carrier Frequency 반송파 주파수 (Hz) 100k

Modulation Index 변조지수 5

Signal Frequency 신호 주파수 (Hz) 10k


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일반부품 Simulation속성 알아보기

1. Resistors (저항)

Attribute / Part Field Setting

Designator 부품번호

Part Type 저항 값 표기 (예:100K)

2. Capacitor (콘덴서)



Part Type 콘덴서 값 표기 (예:10pF)


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3. Inductor (인덕터)


Designator 부품번호Part Type 인덕터 값 표기 (예:10mH)

4. Diode (다이오드)


Designator 부품번호Part Type 다이오드 표기 (예:1N4001)

Area Factor *

Starting Condition Off/On

Initial Voltage *

Temperature (예:27℃로 표기)


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5. Transistors (트랜지스터)


Designator 부품번호Part Type 트랜지스터 표기 (예:2N3906)

Area Factor *


Initial B-E Voltage *

Initial C-E Voltage *

Temp (예:27℃로 표기)

6. JFET



Part Type 트랜지스터 표기 (예:2N3906)

Area Factor *


Initial B-E Voltage *

Initial C-E Voltage *

Temp (예:27℃로 표기)


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7. Fuses (휴즈)



Resistance# 최대 저항 값 (예:1m)

Current#

최대 전류 값 (예:1)


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8. Crystals


Designator 부품번호Freq

#기본 주파수

RS#

저항 값

C#

콘덴서 값

Q#

양호도

9. Relays



Pullin#

Contact pullin voltage [예:4]

Dropoff#

Contact dropoff voltage [예:0.1]

Contact#

Contact resistance (ohms) [예:1m]

Resistance#

Coil resistance (ohms) [예:500]

Inductance# Coil inductance (henrys) [예:10mH]


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10. Transformers



Inductance A 10mH

Inductance B 10mH

Coupling Factor 0.99


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11. Transmission Lines


Designator 부품번호ZO

#Characteristic impedance (ohms)

TD#

Transmission delay

F Frequency

NL Normalized electrical length

IC *


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1 4 Analysis Setup...

umm ry

시뮬레이션 해석 방법과 종류에 대해서 알아보도록 한다.

Technical Reference

TR0113 (v1.6) April 21, 2008

회로 시뮬레이션에 필요한 준비사항을 알아보고 해석에 대한 종류를 알아보도록 한다.

Analysis Setup

시뮬레이션을 하기위한 가장 기본적인 설정이다. 각 해당하는 옵션에 대해서 세팅 방법을 숙지하고 회로에 적

합한 세팅에 대해서 알아보도록 한다.

1. General Setup(기본 설정)

회로에 해당하는 Net 및 전압, 회로에 대한 Netlist 등을 설정하는 부분이다.

아래 그림과 같이 SimView Setup : Show active signals 반드시 선택을 하여야 새로운 Netlist를 가지고 시뮬

레이션 할 수 있다.

Active Signals쪽으로 Net를 옮기면 출력 파형을 그래프로 출력이 가능하다.

소자 뒤에 붙는 [i]:전류, [p]:전력, [z]:임피던스에 대해서도 출력을 측정할 수 있다.

그리고 Analyses/Options창에서 해석하고자 하는 항목에 활성화(Enabled) 체크 박스를 설정한다.

2. Operating Point Analysis(동작점 분석)

Active Signals쪽으로 옮긴 Net(출력)을 Text로 출력 값을 얻을 수 있는 기능이다.

항상 Enabled체크 박스를 체크한다.


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3. Transient Analysis(과도 해석)

시간상에서의 이상적인 해석인 전원, 전류, 전력 등에 대한 값을 파형으로 볼 수 있는 기능이다.

a. Analysis Setup창에서 Transient Analysis에 있는 Enabled체크박스에 체크를 한다.

b. Transient Analysis Setup창에서 Use Transient Defaults체크박스를 빼준다.

c. Transient Start Time, Transient Stop Time, Transient Step Time, Transient Max Step Time에 값을

구하여서 입력하여준다.

※ 회로 전원의 최저 주파수가 1MHz이고, 기본 값은

Default Cycles Displayed=5,

Default Points Per Cycle=50 으로 설정되어 있는 경우,

※ Use Initial Conditions를 체크를 해주면 일반적인 분석은 Operating Point 분석을 무시하고 정의된

초기조건을 사용하여 시작된다. 정적인 동작점이 아닌 곳에서부터 과도 분석을 하고자 할 때 사용한다.

이 옵션을 사용하기 위해서는 회로상의 적절한 부품에 초기조건을 인가하거나 IC 부품을 배치하여야

한다. 초기조건이 없는 부품의 초기 값은 ‘0’으로 가정한다.


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AC Small Signal Analysis AC Sweep)

교류해석은 입력주파수를 변화시키면서 회로시스템에 대한 주파수응답을 계산하는 해석을 말한다.

전원은 시뮬레이션 과정에서 주파수가 Start Frequency에서 Stop Frequency까지 Test Point나 Sweep Type에

의해 결정되는 증분을 이용하여 변화하는 정현파 발생기로 대체된다.

Sweep 유형 의 미

Linear Total number of Test Point in the Sweep

Decade Number of Test Points per Decade in the Sweep

Octave Number of Test Points per Octave in the Sweep

DC Sweep

선택된 전원의 전원 값을 미리 설정된 증분에 따라 변화시키고 이에 따른 일련의 값들로 분석을 수행하여 DC

전달곡선을 출력한다.

위 그림에서와 같이 DC Sweep Primary와 Secondary 2가지를 사용할 수 있다.


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사용 방법;

㉠ Source Name을 선택한다.

회로도에서 사용한 전원소스가 등록되어 있으며, 그 중 하나를 선택하면 된다.㉡ Start Value: 시작 값을 넣어준다.

㉢ Stop Value: 정지 값을 넣어준다.

㉣ Step Value: 증분 값을 넣어준다.

Monte Carlo

소자의 허용오차가 명시된 허용오차 안에서 불규칙적으로 변화할 때, Monte Carlo 분석은 다중 시뮬레이션을

수행한다. 하나 이상의 표준 분석(AC, DC)이 가능할 때, 이 특성을 이용할 수 있다.

Monte Carlo 분석에서는 기본 부품과 모델만 변화시킬 수 있고 부회로 데이터는 변화되지 않는다.

Default Distribution

Uniform : 허용오차 범위에서 소자 값이 균일하게 분포되어 있다. (균등분포)

Gaussian : 중앙에서 최소 값을 갖고 ± 3 표준편차에서 명시된 허용 오차를 갖는다. (가우스 분포)

이 가우스의 분포에서 명시된 오차 값에 근접할수록 소자 값의 생성확률은 커진다.

Worst Case : 최악의 경우를 사용한다는 점을 제외하고는 균등 분포와 같다.

최악 값에서 소자 값이 결정될 수 있는 확률은 같다.

Simulation

Runs : 해석을 수행할 횟수를 입력한다.

Seed : Monte Carlo 수행을 위한 임의의 숫자를 생성하기 위해서 초기 값을 사용한다.

Specifying Default Tolerances

일반소자에 대해 기본 허용오차를 명시할 수 있다.

사용을 할 수 있는 소자는 다음과 같다.

: 저항, 콘덴서, 인덕터, DC 전원, 트랜지스터, 디지털 소자의 전송지연 등이 있다.

사용한 소자들은 시뮬레이션을 위한 값은 독립적이다.


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Parameter Sweep

회로에서 사용한 부품의 값을 변화시킨다. 기본 부품이나 모델의 소자 값을 변화시킬 수 있으나, 부회로 데이터는 시뮬레이션 동안 변화되지 않는다.

위 그림에서와 같이 Parameter Sweep Primary와 Secondary 2가지를 사용할 수 있다.

사용 방법;

㉠ Parameter를 선택한다.회로도에서 사용한 소자가 등록이 되어 있으며, 그 중 하나를 선택하면 된다.

㉡ Start Value: 시작 값을 넣어준다.

㉢ Stop Value: 정지 값을 넣어준다.

㉣ Step Value: 증분 값을 넣어준다.

Temperature Sweep

온도의 변화에 따른 시뮬레이션을 할 경우 이 옵션을 사용한다.

회로는 정의된 범위의 각 온도에서 일련의 곡선을 그리면서 분석된다.


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위 그림에서와 같이 Temperature Sweep를 사용할 수 있다.

사용 방법;

㉠ Start Value: 시작 값을 넣어준다.

㉡ Stop Value: 정지 값을 넣어준다.

㉢ Step Value: 증분 값을 넣어준다.

Transfer Function

DC입력저항, DC출력저항, DC이득을 계산한다.

위 그림에서와 같이 Transfer Function을 사용할 수 있다.

사용 방법;

Transfer Function 난을 확인한다.

㉠ Source Name 난에 회로에서 사용한 소스를 선택한다.

㉡ Reference Node 난에 회로에서 측정하고자 하는 노드를 선택한다.

Noise

저항이나 반도체 소자에서 발생하는 잡음으로 인한 회로 잡음을 측정할 수 있다.

Noise 측정 :

Output Noise : 출력 단에서 잡음을 측정

Input Noise : 입력 단에 주입되어 출력 단의 잡음으로 계산될 수 있는 잡음의 크기

Component Noise : 각 부품의 출력 잡음의 크기

회로상의 위치에 따라 출력 단에 영향을 미치는 잡음의 양은 다르다.


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위 그림에서와 같이 잡음 분석을 사용할 수 있다.

사용 방법;

Noise Analysis 난을 확인한다.

㉠ Noise Source 난에 회로에서 사용한 소스를 선택한다.

㉡ Start Frequency: 시작 주파수 값을 넣어준다.

㉢ Stop Frequency: 정지 주파수 값을 넣어준다.

㉣ Test Points: 시험 검출의 수를 넣어준다.

Node Selections 난을 확인한다.

㉤ Output Node 난에 측정하고자하는 노드를 선택한다.

㉥ Reference Node 난에는 GND 0을 기준으로 한다.


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1 5 수학 함수와 파형

umm ry

수학 함수를 이용하여 출력 파형을 관찰할 수 있다.

시뮬레이션이 수행된 회로에서 나타난 모든 신호에 대해

수학적인 표현을 할 수 있다.

하나 이상의 수학적 작업을 수행하고 합성 파형을 구할 수

있다.

Technical Reference

TR0113 (v1.6) April 21, 2008

수학함수 사용하기

수학함수를 사용하기 위해서는 파형 우측에 보면 파형이름을 볼 수 있다. 이름 위에서 우측 마우스를 클릭하

고 편집파형(Edit Wave)을 클릭한다.

회로에서 사용한 Net와 수학기호를 이용해서 측정값을 확인할 수 있다.

Waveform(파형)들은 회로에서 사용한 노드를 확인할 수 있다.

Functions(함수)에는 수학기호를 표시하고 있다.


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함수목록과 연산자

순번 연산자 / 함수 설 명1 + 덧셈 연산자

2 - 뺄셈 연산자

3 * 곱셈 연산자

4 / 나눗셈 연산자

5 ^ 자승 연산자, PWR( , )와 동일

6 ( ) 선행 연산자

7 ABS( ) 절대 값

8 ACOS( ) 아크코사인 함수

9 ACOSH( ) 하이퍼보릭 아크코사인 함수

10 ASIN( ) 아크사인 함수

11 ASINH( ) 하이퍼릭 아크사인 함수

12 ATAN( ) 아크탄젠트 함수

13 ATANH( ) 하이퍼보릭 아크탄젠트 함수

14 AVG( ) 파형의 평균값

15 BOOL(, )

부울 함수

부울 함수는 BOOL(wave, thresh)로 표현되며, 파형이 문턱 값보다 크면

'1', 문턱 값보다 작으면'0'을 되돌림

16 COS( ) 코사인 함수

17 COSH( ) 하이퍼블릭 코사인 함수18 DER( ) 시간의 미분 값. 데이터 포인트 사이의 경사 값을 되돌림

19 EXP( ) 지수함수

20 INT( ) 적분함수. 곡선에 둘러싸인 면적을 되돌림

21 LN( ) 자연 로그함수. LN(e) = 1인 값을 갖는다

22 LOG10( ) 로그의 밑이 10인 함수(기저 10인 로그함수)

23 LOG2( ) 로그의 밑이 2인 함수(기저 2인 로그함수)

24 PWR(, ) 자승 함수. PWR(y,x) = Y X

25 RMS( ) 실효치 함수 파형 데이터의 AC RMS 값을 되돌림

26 SIN( ) 사인함수

27 SINH( ) 하이퍼블릭 사인 함수

28 SQRT( ) 제곱근 함수

29 TAN( ) 탄젠트 함수

30 TANH( ) 하이퍼블릭 탄젠트함수

31 UNARY( ) 단위 음 함수. UNARY(x) = -x

32 URAMP( ) 단위 램프함수. 단위 계단함수 적분

33 USTEP( ) 단위 계단함수


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Simulation Window

시뮬레이션 측정한 값을 살펴보기 위해서는 *.sdf를 보면 알 수 있다.파형의 결과를 빠르고 쉽게 해석하기 위해 다중 탭이 붙여진 파형 분석 창을 이용하여 출력한다.

파형분석 창은 오실로스코프와 비슷하게 동작한다. 파형을 자세히 분석하기 위해서 왼쪽 창 SimData Pannel을

이용할 수 있다. Altium Designer는 최대 4개 파형을 동시에 출력이 가능하다.

문서옵션에서 인쇄표시번호를 All로 하게 되면 전체적인 파형을 한눈에 볼 수 있다.

Projects Pannel에서 *.sdf클릭과 위 탭에서 *.sdf를 클릭하는 것과 동일하다.


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파형 크기 조절

회로에서 시뮬레이션으로 출력을 하였을 때 시간을 조절할 수가 있다.오실로스코프에서 사용한 Time Division / Volt Division을 연상하면 쉽게 이해할 수 있다.

Time division

Volt division


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측정 데이터 가져오기

위 그림과 같이 a커서와 b커서를 나타내는 방법은 우측에 있는 파형이름에서 우측마우스를 클릭하여

A Cursor, B Cursor를 차례대로 클릭하여 원하는 부위에 위치시킨다.

측정값을 TEXT로 가져온 모습


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다수 파형을 하나로 표시

위 그림과 같이 파형을 하나로 볼 수 있고 맨 위에 있는 것과 같이 하나의 측정 창에서 두 가지 파형을 하나

로 볼 수 있습니다. 하나의 측정 창에서 두 개의 파형을 보기 위해서는 우측에 있는 파형이름 b를 왼쪽 마우

스를 누른 상태로 위에 있는 파형이름 out으로 이동하면 된다. 측정 창에는 다수의 파형을 포함할 수 있는 것

을 알 수 있다. 출력파형이 많을 경우 한 화면에 정리하는 방법은 우측 마우스를 클릭하여 인쇄표시번호를All로 표시하면 된다.

altium xspice mini manual

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