1. Recent Advancements in Circuit Simulation Technology

2. Leading Insight & New feature(IC&SiP)

김한석박사(Ansoft Korea)

IC 및 SIP 관련 최신 설계 방향을 요약하여 간략히 소개하고, Ansoft의 Nexxim 에 대한 새로 추가되어진 기능들과 새롭게 바꾸어진 라이브러리에 대하여 설명하며, 안소프트가 제공하는 Sip 솔류션에 대하여 자세히 설명한다.

3. RFID Radio Circuit Design in CMOS

Daniel Wu(Ansoft)

900MHz UHF대역의 RFID를 CMOS 공정을 이용한 Chip설계에 대하여 Tag 안테나 설계, Tag IC Block Design 에 대하여 시스템 레벨의 해석부터 실제 demodulator 회로설계까지 자세하게 다룬다. 특히 안소프트의 새로운 회로 해석 툴인 Nexxim과 HFSS을 이용하여 Gen2에 대응한 저가의Tag 안테나 설계와 RFID chip 간의 정합에 대한 내용을 소개하며, ASK modulation 방식의 시스템 해석을 통하여 RFID 통신 거리 및 성능에 대하여 고찰한다.

Robert Myoung(Ansoft)
Frank Yuhan(Tessera)

최근의 빠른 Switching 속도와 고밀도의 Pin수를 갖고, 낮은 공급전압을 이용하는 SiP 설계 및 Stacked Package에 설계 방식에 대하여 다룬다. 특히 제안된 DDR 설계에 대하여 패키지, 보드와 회로 설계를 모두 포함한 해석을 진행하여 서로간의 어떠한 영향들이 존재하며, 무엇이 중요한 요소인지에 대하여 해석하고, Full 3D EM 툴을 이용하여Post route 검증을 진행한다. 또한 HFSS를 이용하여 Tessera의 차세대 CSP 타입 패키지를 해석하고 적합한 De-embeding방법을 이용하여 실험 결과와의 해석 결과를 비교하여 이러한 방식의 설계 방법을 검증한다.

Daniel Wu(Ansoft)

대만UMC 사의 새로운 90nm공정을 이용하여 RF Blocks (5GHz VCO, Ring Oscillator, and LNA/Mixer design) layout 에 대한 Full 3D field 시뮬레이션을 이용한 IC 튜닝 및 최적화 작업에의 Guide Line을 보여준다. 특히 3D simulation을 이용하여Process에 따른 Effect 및 Wafer의 변화에 대한 DFM(Design For Manufacturing )을 다룬다. 유용한 90나노공정의 라이브러리들을 이용하여 RF회로들과 High speed block 들을 결합 되어 설계 되어지고, 새로운 Spec.에 맞추어 설계 되어 짐을 보인다.

이희석박사(삼성전자)

경박 단소형 Mobile Phone에서 Microelectronic Packaging Solution은 극단적 Small-form factor를 요구하고 있습니다. 이를 위해 SOC (System on a chip)와 함께 다양한 Application에서 SIP(System in Package)가 개발되고 있는데, 본 발표에서는 SIP에 대한 개괄적 소개를 시작으로 SIP 설계 시 고려되어야 하는 Signal Integrity(SI), Power Integrity(PI) 설계 방법을 논의합니다. 특히, SI/PI simulation & design에 효과적으로 사용할 수 있는 Ansoft사의 TPA, Q3D, HFSS 의 활용예를 Memory / Logic IC 간의 Signal Delivery Network Modeling, Analog IC / Logic IC 간의 Noise Coupling, RF Isolation을 중심으로 살펴봅니다.

Dane Thompson(Ansoft)

본 발표에서는 이러한 매우 복잡한 안테나 시스템에 최적화되어진 새로운 기술들을 소개한다. 우선 위상배열안테나시스템 설계에 대하여 소개한 후, radome내부에 위치한 배열안테나와 같은 주기적인 구조해석radome간의 상관관계 등을 보일 것이다. 또한 이동용 전화기 설계과정과 backlobe 방사를 줄일 수 있는 특수한 그라운드플래인을 만들기위한 electronic bandgap material, 자동차 내부에 안테나와 인체를 포함한 전체 안테나 시스템의 방사특성 등에 대한 시뮬레이션 응용예들이 소개될 것이다.

김경호차장(HP Korea)
윤준식과장(Ansoft Korea)

본 발표에서는 Ansoft의 HFSS를 포함한 전자장 시뮬레이션 제품들과 고성능 PC 머신의 최적의 결합을 소개할 예정이다. Ansoft에서 최근 출시된 Windows 64bit OS 버전을 이용하여 multi-Processing, Distributed Analysis등의 테크닉을 사용하여 사용메모리/해석시간의 한계를 극복하는 예제들을 선보인다. 본 발표는 행사의 Platinum Sponsor이자 전세계 시장에 고성능 Workstation을 공급하고 있는 HP와 Ansoft가 공동 발표한다.

Aki Nakatani(Ansoft) - Taiyo Yuden

본 발표에서는Taiyo-Yuden, UMS, 그리고 Ansoft에 의해 개발된 밀리미터웨이브 주파수에서 높은 신뢰성을 갖는 MMIC설계에 대한 새로운 솔루션을 발표한다. 높은 성능과 안정성을 가진 UMS Pseudomorphic High Electron Mobility Transistor (pHEMT) PH15 gallium arsenide (GaAs) MMIC process 가 공정으로 사용되었다. Ansoft환경에서 사용할 수 있도록 제작된 밀리미터웨이브용 design kit을 소개하고, 이를 이용하여 설계된 Taiyo-Yuden의 60GHz Transmitter/receiver를 포함한 몇가지 설계 및 측정결과를 검토함으로써 제안된 design kit의 정확성을 검증하도록 한다.

Dan Dvorscak(Ansoft) - UMS

최근의 상업용 밀리미터웨이브 MMIC 어플리케이션 중 고급 자동차인 Mercedes- Benz S-Class 와 Volkswagen Phaeton등의 차량에 장착되는 Radar 시스템 관련된 분야에 대해서 소개한다. 본 발표에서는 UMS PH15공정을 이용한 3단 77GHZ LNA 설계에 대해 기술한다. 디자인 기법에 대한 소개를 포함하여 회로/EM의 co-simulation을 이용한 정확한 결과도출을 보여주며 이 과정에서 distributed processing의 장점을 소개한다.

윤준식과장(Ansoft Korea)

과거에는 RF transmit 코일. MR 실험실, 인체내부장기와 같은 세부개체들에 대한 시뮬레이션이 불가능했었다. 이러한 문제들을 풀어낼 수 없었기 때문에 설계자들은 그들의 시뮬레이션의 범위를 줄여야 했고, 값비싼 시제품을 사용한 설계프로세스는 늘어만 가게 되었다. 그러나 최근 개발되고 있는 새로운 알고리즘과 결합된 현재의 계산능력은, 모든 효과를 반영한 Open MRI 시스템 전체에 대한 시뮬레이션을 가능하게 하였다. 본 발표에서는 Philips Panorama 1.0T open MRI system 이 소개되어질 것이다. 비등질 인테모델, transmit Coil로부터 발생된 RF magnetic field, 그리고 주변환경을 포함한 시뮬레이션이 발표될 것이다. 다양한 효과에 의해 영상과 SAR 분포에 미치는 영향, 심장박동기와 같은 이식조직의 위험 등이 소개된다. 또한 HFSS를 이용한 인체모델의 3D EM 시뮬레이션과 열해석을 연동하여 해석함으로서 위치와 시간에 대한 온도를 관찰하게 된다.

김동영박사(ETRI)

실시간 고화질 비디오 전송이나 고용량 데이터 통신 등의 초고속 무선 멀티미디어 데이터 통신에 대한 수요가 증가함에 따라서 60GHz 대역의 무선통신 시스템에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이러한 60GHz 통신 시스템이 실제 응용되기 위해서는 저가격, 고신뢰도를 가지는 소형화 모듈기술의 개발이 필수적이다. LTCC 기술은 이러한 요구에 부합되는 기술중의 하나로 특히 밀리미터파 대역에서 시스템의 SoP화를 위한 대안으로 많은 연구가 진행되고 있다.
밀리미터파 대역에서는 주파수가 올라갈수록 유전손실과 도체손실이 증가하여 시스템전체의 손실이 템 증가하기 때문에 이러한 손실을 줄이는 것이 관건이다. 본 발표에서는 HFSS를 이용하여 60GHz 대역에서 50ohm의 임피던스를 가지는 microstrip line과 CBCPW(Conductor backed coplanar waveguide) line을 설계하고 설계 결과와 측정 결과를 비교하고자 한다. 또한 이들 전송선로와 앰프 등의 능동소자를 연결하는 interconnection을 설계하고 interconnection의 특성을 향상시키기 위한 방법에 대해서 논의하고 이러한 interconnection을 이용하여 능동소자를 LTCC 기판에 장착하는 경우의 특성 변화에 대해서 보고하고자 한다.

Mark Alexander(Xilinx)
Mike Brenneman(Ansoft)

Xilinx 사의 고속 FPGA 를 사용하는 어플리케이션의 경우 수 기가 직렬 I/O 및 저전력 고전류 설계를 위해 적절한 전력 및 그라운드 설계가 필수적이며 이를 위해 시스템에서 전력 및 그라운드의 정확한 모델링 및 이를 적용한 core power 및 SSO 해석 과정을 보인다. Core power 및 수많은 디커플링 캐패시터, 전력/그라운드 및 신호선에 대한 시뮬레이션 및 측정 결과와의 비교를 보인다.

정성일박사(Ansoft Korea)

최근 이슈가 되고 있는 고속 PCB 및 노이즈 저감 설계 요구에 대응할 수 있는 Ansoft 솔루션에 대한 실제적인 기술 방향 및 동향을 소개하고 발표자료들에서 소개될 주요 feature들을 간략히 요약하여 설명한다.

Chris Herrick(Ansoft) - Molex & Intel

6Gb/s SAS/SATA 규격을 사용하는 직렬 고속 송수신 스토리지 제품 설계를 위해 PCB, 컨넥터, 패키지 및 IC 회로를 최적화 할 수 있는 디자인 플로우가 필요하다. 이를 위해 Intel 사의 Ansoft 툴을 이용한 디자인 플로우와 Molex 의 iPass™ 컨넥터 모델에 대한 Ansoft physical-based model 을 적용한 최적 설계 방법을 보인다. IC driver의 de-emphasis 회로 및 각 부분의 디자인 키트를 연결한 고속 채널에 대해 Eye-diagram, jitter 및 TDR 해석에 의해 최적의 디자인을 찾는 방법을 설명한다.

Mike Brenneman(Ansoft) - Panasonic

EMI/EMC를 줄이는 설계를 위해 파나소닉과 Ansoft가 제공하는 설계 방법론을 보인다. 우선 고속 PCB에서 문제가 되는 커먼 모드 노이즈에 대해 소개하고, reference design board 를 이용하여 매우 빠르고 정확하게 PCB의 노이즈를 줄이는 설계가 가능한 플로우를 제시한다. 또한 적절한 측정 테크닉을 보이고 시뮬레이션과 측정 결과의 비교를 통해 향상된 디자인이 향상됨을 보인다.

Aki Nakatani(Ansoft) - Panasonic

파나소닉사는 HDMI 어플리케이션 설계를 위하여 Ansoft 툴을 이용한 evaluation kit 을 구축하였으며 이를 이용한 고속 PCB 디자인 설계 과정을 소개한다. 또한 고속 PCB 설계에서 노이즈를 줄이는 테크닉을 함께 소개한다. 초기 디자인에 대한 레이아웃을 빠르게 생성하는 evaluation kit을 보이고 이에 대한 정확한 시뮬레이션 과정과 측정결과와의 검증과정을 제시한다. 파나소닉 evaluation kit는 파나소식 웹사이트를 통해 다운받을 수 있다.

김 한박사(삼성전기)

Printed circuit board는 더이상 단순한 기능만을 가지는 단순한 구조가 아니다. HHP용 main PCB, network용 rigid-flexible 기판, 그리고 IC package substrate등 다양한 종류의 PCB들이 각각의 application에 따라 요구되어지고 있는 fuction들은 매우 다양하며, 이에 대한 정확히 이해가 절실히 필요한 시점이다. 본 표 에서는 각 PCB들이 가지고 있는 수많은 이슈들을 고찰해 보고, 어떠한 solution 등이 만들어 지고 있는지 살펴본다.

Qing Ming Chen(Ansoft Japan)

영구자석을 사용하는 기계들이 지난 수년 동안에 극단적으로 증가하였고, 이제 하이브리드 전기 자동차 시장을 주도하고 있다. 오늘날의 엔지니어들은 요구되는 출력 파워, 낮은 토크 리플을 갖는 토크 프로파일, back EMF 파형, 그리고 다른 모터 성능 특성들을 만들기 위해서 자석 과 groove 의 최상의 dimension 과 단일 barrier vs. 더블 barrier 설계를 결합한 새로운 토폴로지들을 주의깊게 평가해야만 한다. 게다가, 이 새로운 토폴로지들은 선택된 설계를 유지하면서 제조에 적합할 수 있도록 만들어야만 한다.
이러한 설계 업무를 완수하기 위한 접근 방법들이 있다. 설계자들은 analytic 방법, physics 에 기반한 전자장 FEM 접근, 또는 이 둘의 조합을 선택한다. physics 에 기반한 FEM 방법이 훨씬 정확한 반면, analytic 접근방법은 수초 내에 빠르게 해석되는 장점이 있다. Analytic 방법은 비 효율적이며 비현실 적이다. 이유는, 로터가 종종 국부적 포화의 높은 레벨들을 갖고 이러한 영향들이 이 접근 방법에서 제대로 정의되지 않기 때문이다. 유한 요소 기술과 관련한 보다 길어진 시뮬레이션 시간은 설계과정에서 이 방법의 채택에 제한을 가져온다. 그 결과, 대부분 설계자들은 upfront 토폴로지 설계의 경우에는 엔지니어링의 경험을 그리고, downstream 검증의 경우는 유한요소 분석을 신뢰한다. 이러한 결합은 첫눈에는 신뢰할 수 있는 것으로 보이지만, 많은 설계들은 결코 이 접근 방법들의 고유한 제한 때문에 최적의 솔루션에 도달할 수 없다.
본 프리젠테이션은 설계자들이 정확도와 속도 사이의 선택을 하지 않아도 되는 새로운 방법을 제안한다. 이 제안된 방법은 설계과정 중upfront 과정에서 속도와 정확도를 제공하는 분산처리와 차수 감소 모델링 기술을 채택한 유한 요소 전자장 기술을 사용한다. 즉, 새로운 접근 방법은 최적의 솔루션 - 포화 효과의 고려, 가격 절감, 성능 요구조건 그리고 속도 - 에 도달하기 위해서 설계자들의 능력을 항상시킨다.

한은실박사(Ansoft Korea)

본 발표에서는 Ansoft의 EM Products 의 new version 에 관한 특징과 Ansoft Product 상호간의 link solution, 그리고 next version 에 관한 내용을 다룬다. 또한, 설계의 효율을 높이는 global 유저들이 제안하는 Automotive 관련 솔루션 및 EM 전반에 관한 High Performance EM 솔루션을 발표한다.

Koichi Shigematsu(Ansoft Japan)

보다 효율적이고, 보다 성능이 우수한 드라이브 시스템들이 하이브리드 전기 자동차의 개발을 촉진시키기 위하여 개발되는 중이다. 그 결과, 새로운 고속 모터들과 엔진 크랭킹 시스템들이 시뮬레이션과 자동차 설계 과정상의 새로운 요구에 부합된다. 덧붙여, time-to-market 압박은 각 physical 영역에서의 상호작용을 해석하기 위한 새로운 방법을 개발하기 위해 엔지니어들을 압박해 왔다. 따라서, physical 추출과 VHDL-AMS 를 사용한 multi-domain 상호간의 현실적인 시뮬레이션이 고성능 자동차 설계를 위해 "반드시 갖추어야 하는" 것이 되었다.
본 프리젠테이션은 시스템 시뮬레이션을 위하여, 고유한 모델 변환 능력의 장점을 얻기 위하여, 3D 추출과정과 지능적 데이터 관리를 갖고 연결되는 VHDL-AMS 랭귀지가 어떻게 유용한지 설명할 것이다. 우선, FPGA 를 포함하는 모터 드라이브 시스템, 인버터/컨버터, 모터, 그리고 DSP 를 연구한다. 그 후에, 도요다의 시뮬레이션 예제들을 보여줄 것이다. "Battery Voltage Behavior in Conventional Engine Cranking Process" 라는 제목으로 최근 출간된 정보는 엔진 크랭킹 시스템을 위해 완전한 시스템 시뮬레이션을 보여주는 데 사용된다. 이 시스템에는 Battery, Wires, 전기 부하, 스테이터, 기어, 엔진과 T/M 을 포함한다. 고유의 물리적 영역에서의 각 부품이 전체 시스템에 어떻게 영향을 주는지 보여줄 것이다. Multi-domain 시스템 시뮬레이션의 함수가 작가에 의해 제안된 새로운 설계 과정에서 정확하게 시뮬레이션 되는지도 보여준다.

Mark Solveson(Ansoft)

전력전자와 산업 자동화에서 보다 높은 주파수에서 디바이스들을 동작시키려는 경향이 증가하고 있다. 이러한 경향은 본질적으로 제품 사이클의 초기 설계 과정에서, 디바이스들이 요구되는 주파수 스펙트럼에서 어떻게 동작하는지 관찰할 필요를 매우 증가시켰다. 이 추가되는 관찰의 부족은 재설계 비용, 시장 진입 시간을 놓치거나 높은 비용의 필드 변경과 제품 리콜들 초래하였다.
케이블이 많은 제품들, 파워 공급용 bus bars, 광범위한 signal interconnects, 또는 직접화된 전력전자 모듈들은 와전류와 표피효과들 때문에 주파수 의존 특성을 갖고 있다. 이러한 경우들에서, 단일한 동작 주파수에서 추출된 저항과 인덕턴스를 사용하는 것은 더 이상 받아들여지지 않는다. 종종, 설계자들은 설계 과정이 이러한 중요한 효과들을 쉽고 자동적으로 해결할 수 있는 능력이 없기 때문에 시간 영역 시뮬레이션에서 이러한 주파수 의존 효과들을 무시한다.
본 프리젠테이션은 표피효과와 와전류 때문에 생성되고 시뮬레이팅되는 주파수 의존 모델들을 리뷰할 것이다. 전자장 해석으로 추출된 주파수 의존 모델들에서 쉽게 볼 수 있는 몇가지 예제들을 시스템 시뮬레이터를 사용하여, 주파수와 시간 영역 모두에서 연구 될 수 있는지 보여줄 것이다. 또한, 파워시스템에서 traveling wave 와 over-voltage 가 어떻게 시스템 성능에 영향을 미치는지, 그리고 어떻게 엔지니어들이 이러한 효과들을 설계 초기 단계에서 적용할 수 있는지 보여줄 것이다.

이상철책임(만도)

현재까지, 대부분의 유압 시스템은 1차원 유압 회로 해석 프로그램에 의해서 해석되고 있으며, 유압 회로의 구성품에 솔레노이드 밸브와 서보 밸브와 같은 전자 제어 밸브나 전자기 제어 장치가 있는 경우에도 1차원 유압 회로 해석을 수행하여 유압 시스템의 거동을 해석한다. 이러한 일련의 해석을 위해서, 유압 시스템에 포함되는 전자 밸브의 유압 특성과 전자기 특성을 요구하는 형식으로 데이터를 작성하여 입력하여야 한다. 이러한 일련의 특성의 조사와 자료의 작성은 전자 제어 밸브가 유압 시스템을 구성하는 부품 중의 일부를 차지하는 경우에는 대부분의 설계자들이 수긍할 수 있는 수준이다.
그러나, Anti Lock Braking system (ABS)에 사용되는 유압 시스템에 있어서는 대부분의 전자기 장치 설계자들이 수긍하기엔 어려울 것으로 보인다. 그 이유는 ABS에 사용되는 유압 장치의 거의 대부분이 전자 제어에 의해서 작동되는 유압 장치이기 때문이다. 즉, 전자 제어 밸브를 설계하는 설계자가 유압 해석을 위해서 유압 회로 해석을 위해서 필요한 데이터를 별도로 작성하기 보다는, 전자 제어 밸브 설계자가 그들의 설계 결과가 적용되고 있는 유압 시스템 전체에 대하여 관심을 가지고, 시스템을 해석하는 한 축이 되어야 할 필요가 있다는 것이며, 이를 통하여, 유압 시스템의 성능에 영향을 미치는 전자 제어 장치의 문제를 해결할 필요가 있다는 것이다.
본 논문은 Simplore를 이용하여 1/4 차량의 ABS 유압 시스템에 대한 전자 밸브 제어 연구에 대한 것이다. 또한, 전자 밸브의 보다 향상된 제어성을 위한 새로운 아이디어 대한 것도 서술하고 있다. 이를 통하여 보다 넓은 제어 영역과 제어의 정확성을 모색할 것이며, 실제 모델에 기초한 실험 결과와 비교를 통한 설계와 분석으로 이루어 질 것이다.본 연구는 전자 제어장치를 장착되는 유압 시스템의 적용을 위하여 매우 유용할 것이며, 전자기장 해석에 기반을 둔 소프트 웨어의 적용을 늘리는데 도움이 될 것이다.

목형수교수(건국대)

본 발표에서는 Simplorer을 이용하여 골프카를 위한 5kW급 IPM형 동기전동기를 구동시스템의 제어기 설계와 특성 해석에 적용하고자 한다. 골프카의 구동을 위해서는 IPM 동기전동기의 토크제어를 위해 필요한 벡터제어를 위한 각종 Transformation, 전류제어기와 최대토크운전 알고리즘, 고속운전을 위한 약계자 운전 알고리즘을 Simplorer의 Macro 기능을 이용하여 구현하였고, 실험과 실차 시험을 통해 적용한 알고리즘의 타당성과 문제점을 입증하였다. Macro 제작과정과 알고리즘의 검증과정 등에 대해서도 상세히 발표한다.

최유영대표(키네모션)

소형 풍력발전기는 대부분 영구자석형으로 만들어지며, 감속 기어등이 없는 직결형 구조로 설계 된다. 직결형 구조의 장점은 유지보수가 쉽고 효율이 높다는 것이다. 소형 풍력 발전기는 자전형이면서 매우 간단한 제어 기능만을 요구한다. 영구자석형 발전기에서 cogging torque는 피할 수 없는 요소이며 발전기 설계 구조에 의해 결정된다. 이러한 Cogging Torque는 자전 능력에 영향을 미칠 뿐아니라 진동 소음의 원인이 된다. 본 논문에서는 Maxwell EM Package 및 Simplorer를 이용하여 풍력 발전기의 새로운 구조를 설계하고 부하 특성을 Simulation 한다.

송재홍선임(삼성테크윈)

본 발표에서는 RMxprt, Maxwell 2d, Simplore를 사용하여 영구자석형 고속발전기의 설계 및 해석에 적용하고자 한다. 고속발전기는 회전자에 슬리브(Sleeve)가 부착되어 있고 고정자는 0.12mm의 전기강판을 적용하고 정류부가 부착된 발전기형태이다. RMxprt는 고속발전기의 초기설계시 발전기의 출력, 전압, 전류밀도 등 성능분석에 활용할 수 있다. Maxwell 2d는 Ansoft Spice 외부회로를 사용하여 무부하시 및 부하시의 발전기 특성(출력,전압,전류,유기기전력 등)을 알 수가 있다. Simplore는 RMxprt 및 Maxwell 2d와 연계하여 부하변동, 과도특성등의 빠른 해석 결과를 얻을 수 있다.