Xmodel HSlink (2)

이어서 Xmodel과 GLISTER에 대한 사용법을 익히는 것을 배우기 시작했다. Cadence사의 Virtuso 안에 Xmodel에 대한 license가 있는 것 같은데, 내가 Virtuso를 사용했을 때는 없었는데, 따로 라이센스를 부여 받아야하는 것 같다.

그러면 내부적으로 primitive들이 있어서, 회사에서 만들어 놓은 것들을 바로 사용할 수 있고, 젤 많이 쓰이는 것들이 200개 가량 있어서 simulation과 design이 편하다고 한다.

이런식의 primitive를 이용해서 회로를 구성할 수 있고 Xbit은 digital data를 뜻하고 Xreal이 analog data를 뜻한다.

primitive를 이용해서 회로를 구성하고 Xwave로 파형을 체크할 수 있다. 그리고 L을 눌러서 event marker를 보며, event trigger simulation을 확인해 볼 수 있다고 한다.

그렇게 한 예시로 회로를 설계해서 시뮬레이션 해본다.

이전에 multiply로 sin wave를 곱하지 않은 상태로 transmission line을 지나면 왜곡이 굉장히 심했다.

이는 pulse파의 경우에는 data가 변하는 부근이 바로 고주파 성분이 많기 때문에 이로 인해서 왜곡이 발생하는 것이다.

그래서 RF modulation을 통해서 sin wave에 해당하는 성분을 주파수를 옮겨서 멀리 보낼 수 있다. 그 이후에 LPF를 통해서 걸러내면 신호가 어느정도 잘 나오는 것을 볼 수 있는 것이다.

(주파수를 곱하면 높은 쪽으로 양쪽으로 옮겨가는)

(한번 더 곱하면 낮은게 DC로 오고 높은 건 더 높이 가고 해서 없앨 수 있는)

(그렇게 복원이 가능)

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세번째로는 Transmission line에 대한 기초를 배우게 되었다.

Transmission line은 우리가 알고 있는 회로의 전선일 뿐이다. 하지만 고주파로 가면 (고속) 이를 wire가 아닌 transmission line으로 따로 봐야하는데, 이게 저항처럼 보이는 것이다.

그러면서 transmission line(TL) 너머 끝에는 선이 어떻게 되어있는지 모른다.

그래서 distributed element로 쪼개서 TL을 살펴보게 된다. 이는 RLGC model로 4개의 component 들로 구성된 model로 보는 것이다. (맥스웰 방정식을 쓰기 싫기에)

그러면 모든 TL에 있어서 모양에 따라 RLGC일정한 모델링으로 계산을 한다.

Zo인 특성 impedance에 대한 식을 보면 위와 같이 등가 impedance가 나오는 것을 볼 수 있다. 

무한히 긴 TL에 있어서 equivalent Z가 Zo로 보인다는 것이다.

그래서 보통의 경우 Zo가 50.7ohm 정도인 것을 볼 수 있다. 이를 보통 50옴 impedance matching으로 맞추게 된다.

TL로 고속으로 취급받으면 이제 전선이 아니라 Zo 특성 impedance가 존재하는 것으로 해석해야한다. 그렇기 때문에 voltage가 divide 돼서 나타난다.

또한 TL이 finite할 경우에 reflection 신호가 나타나게 된다. open 상태의 TL에 Zo는 50옴을 driving하는데 전류가 못가게 돼서 refelction이 일어난다.

boundary condition으로 load단의 reflection까지 고려해서 VI 관계식을 가지고 반사계수와 투과계수를 구할 수 있다. transmission line의 계수들을 구할 수 있는 것이다. 이 식을 보면 반사계수가 0이면 좋을텐데, 그에 맞는 조건이 바로 RL이 Zo와 같아야하는 것이다. 

그렇게 Termination을 조건에 맞추면 마치 infinite long과 같은 TL로 받아드려 반사가 없는 것을 알 수 있다.

예시로 보면 Zo가 50옴이고 Voltage source단에는 이미 impedance matching을 해두고 전압을 공급하는데, RL의 값에 따라서 반사가 어떻게 일어나는지 확인하는 것이다.

이 또한 tline이라는 xmodel의 primitive가 존재하기에 편리하게 이용이 가능하다고 한다.

결과를 보면 open일 때는 이론과 같이 반사파까지 합쳐졌기 때문에 입력 전압이 커져서 증가해서 나타나는 것을 알 수 있다.

short의 경우는 반대부호로 반사파가 나타나서 값이 없어져서 출력이 나타난 것을 알 수 있다.

Terminated 한 경우에는 TL delay만큼 지난 후에 정확히 값이 나타나는 것을 알 수 있다.

이에 대한 측정 기구로 TDR이 있다. time domain reflectometry로 반사파를 측정하는 기구로 open인지 short인지 문제를 파악할 수 있는 것이다.

이어서 Pad가 붙어서 회로 설계가 되기에 기생성분으로 Cap의 특성이 생길 수 있다고 한다. 그 경우에는 초기에는 short로 TL이 바라보게 되고 이후에 점차 RL에 맞춰서 terminated 된다. (step response의 초기에는 고주파로 Cap성분이 있으면 억제돼서 초기에는 short 상태)

마찬가지로 L의 성분일 때도 존재하는데 이에 대한 결과를 볼 수 있다.

L의 경우는 처음에는 open인 줄 안다. (L은 전류 초반에 0처럼 억제) 그래서 open과 같은 반사파형태를 보여서 한번 튀어오르게 된다. 저주파가 되면 저항처럼 돼서 결국에는 terminated 된다. 

반대로 C의 경우에는 short 처럼 반사가 생겨서 0에서 서서히 올라오는 것을 볼 수 있다.

이번에는 두개의 선이 연결된 형태도 살펴볼 수 있다. (PCB에 연결 두 판을 이으면 이런 경우 생김) 이경우도 마찬가지로 반사파를 고려해서 식을 세우면 Z2처럼 보이는 다음단의 TL을 보고 임피던스 매칭이 가능하다.

이 경우도 시뮬레이션을 하면 알 수 있는데, Zo에 대한 성질 식을 보면 Zo가 크면 L이 큰셈이고  Zo가 작으면 C가 큰셈인 것을 알 수 있다.

즉 첫번째 회로의 경우에는 100옴으로 Z2가 크니 L과 같은 성격임을 알 수 있는 것이다.

그 결과로 L과 같은 step형식이 일어나고 Zo가 작은 경우는 C와 같은 open 형태가 일어난다.

 

이처럼 Transmission line을 살펴보고 impedance matching을 확인하는 것을 배웠다. 고속에서는 wire가 TL로 취급을 해서 저항과 같은 형태로 보고 reflection이 존재하는데, 이를 없애기 위해서 (신호 무결성) impedance matching을 진행하느라 50옴 임피던스 매칭이 나온 것이다.