회로 및 PCB 설계 #1: 소개

임베디드 기기 개발 플로우

회로 및 PCB 설계에 대해 알아보기 전에 임베디드 기기를 실무에서 개발한다면 어떤 과정을 거치게 될까요? 먼저 큰 그림에 대해 알아보겠습니다. (숲을 먼저 본 다음에 나무를 보는 전략)

기획 및 요구사항 정의

이 단계는 "무엇을 만들 것인가?"를 결정하는 단계입니다.

• 목표 및 기능 정의: 제품의 핵심 목표, 주요 기능, 사용자 인터페이스(UI/UX) 등을 명확히 합니다.
• 하드웨어 사양 결정:
  • CPU/MCU 선정: 처리 능력, 전력 소비, 필요한 주변 장치(Peripherals)를 고려하여 마이크로컨트롤러(MCU)나 프로세서(MPU)를 선택합니다.
  • 메모리 및 저장 공간: RAM, 플래시 메모리, 외부 저장 장치 용량을 결정합니다.
  • 통신 방식: Wi-Fi, Bluetooth, 이더넷, LoRa 등 필요한 통신 모듈을 선택합니다.
• 소프트웨어 요구사항 정의: 운영체제(RTOS/Linux), 필요한 드라이버, 애플리케이션 구조 등을 정의합니다.

하드웨어 설계 및 제작

요구사항을 바탕으로 실제 기기를 구현하는 단계입니다.

• 회로도 설계 (Schematic Design): 선정된 MCU와 주변 부품(전원부, 센서, 통신 모듈 등)을 연결하여 회로도를 작성합니다. (KiCad, OrCAD 등의 EDA 툴 사용)
• PCB 레이아웃 (PCB Layout): 회로도를 바탕으로 부품을 배치하고 배선(트레이스) 작업을 진행하여 PCB 설계를 완료합니다.
• 시제품 제작 (Prototyping): 설계된 PCB 파일을 제조사에 보내 시제품(Trial board)을 제작합니다.
• HW 디버깅 및 테스트: 제작된 보드의 전원 인가, 기본 동작, 신호 무결성 등을 검증합니다.

회로 설계를 진행한 다음, 바로 PCB 설계로 넘어가지 않고 중간에 브레드보드 테스트를 통해 부품을 꽂고 점퍼선으로 연결하여 실제로 회로가 동작하는지 실험해볼 수 있습니다. 이 단계에서 오작동, 부품 호환성, 신호 품질 등 다양한 문제를 미리 발견할 수 있습니다.

사실, 대학교 졸업 작품이나 과제할 때 PCB 를 직접 다뤄본 경험은 없었네요. 브레드보드 혹은 만능기판에 직접 납땜 했던 기억은 있습니다. (하하하) 요즘에는 어떤지 모르겠네요.

소프트웨어 개발

하드웨어가 준비되는 동안 또는 이후에 펌웨어/소프트웨어를 개발합니다.

• 툴체인 구축: 컴파일러, 디버거, IDE(통합 개발 환경) 등 개발 환경을 설정합니다.
• 부트로더 및 OS 포팅: 필요한 경우 부트로더(예: U-Boot)를 포팅하고, 임베디드 OS(예: FreeRTOS, Linux)를 타겟 HW에 맞게 설정합니다.
• 드라이버 개발: 센서, 통신 모듈, 주변 장치(I/O) 등을 제어하기 위한 디바이스 드라이버를 개발합니다.
• 미들웨어 및 애플리케이션 개발: 디바이스 드라이버 위에 올라가는 주요 서비스 로직과 사용자 상호작용을 담당하는 애플리케이션 펌웨어를 구현합니다.

통합 및 검증

HW와 SW를 결합하고 제품의 안정성을 확인하는 중요한 단계입니다.

• HW/SW 통합: 개발된 펌웨어를 시제품에 업로드하고 실제 동작을 확인합니다.
• 기능 테스트: 정의된 모든 기능(센서 작동, 통신 연결, 데이터 처리 등)이 정상적으로 작동하는지 테스트합니다.
• 스트레스 테스트: 장시간 또는 극한 조건(온도, 전압 변동)에서 동작 안정성을 확인합니다.
• 성능 측정: 소비 전력, 부팅 속도, 처리 지연 시간(Latency) 등을 측정하고 최적화합니다.
• 인증 및 규격 테스트: 제품 출시를 위해 필요한 EMI/EMC(전자파 적합성), 안전 규격(예: CE, FCC, KC) 등의 시험을 준비하고 진행합니다.

양산 준비 및 출시

검증된 제품을 대량으로 생산하고 시장에 출시하는 단계입니다.

• 양산용 HW 검토: 시제품 제작 과정에서 발견된 문제점을 수정하여 최종 PCB 버전을 확정합니다.
• 생산 테스트 환경 구축: 제품의 불량 여부를 빠르게 검사할 수 있는 생산 테스트 지그(Jig)와 펌웨어 자동 업로드 시스템을 개발합니다.
• 초기 양산 (Pilot Run): 소량으로 제품을 생산해 생산 라인의 문제점과 수율(Yield)을 확인합니다.
• 출시 및 사후 관리: 제품을 시장에 출시하고, 사용자의 피드백을 받아 펌웨어 업데이트(OTA 등)를 통해 지속적으로 기능을 개선하고 버그를 수정합니다.

회로 및 PCB 설계 개요

큰 그림에서 살펴봤으니 이제 회로 및 PCB 설계에 대해 자세히 알아보겠습니다.

회로 및 PCB 설계는 전자 제품을 만드는 데 필수적인 과정으로, 회로도를 그리고 이 회로도를 바탕으로 부품을 배치하고 전선 연결(트레이스) 경로를 설계하여 인쇄 회로 기판(PCB) 을 만드는 작업을 말합니다. 이 모든 과정을 도와주는 전문 소프트웨어를 EDA(Electronic Design Automation) 툴이라고 합니다.

EDA 툴이 하는 일

회로 및 PCB 설계 프로그램, 즉 EDA 툴은 전자 제품 개발의 핵심 단계인 회로의 논리적 정의와 물리적 구현을 디지털 방식으로 자동화하고 관리하는 역할을 합니다.

1. 회로도 캡처 및 정의 (Schematic Capture)

• 논리적 설계: 전자 부품의 심볼(Symbol)을 사용하여 회로의 전기적 연결 관계를 도면(회로도)으로 작성합니다.
• 부품 속성 관리: 각 부품에 필요한 값, 풋프린트(Footprint) 정보, 그리고 제조사 부품 번호 등을 부여하고 관리합니다.
• 연결 정의 (Netlist 생성): 회로도에 따라 각 핀이 어떻게 연결되어야 하는지에 대한 목록인 넷리스트(Netlist)를 생성합니다. 이는 PCB 레이아웃의 기초 자료가 됩니다.
• 전기적 규칙 검사(ERC)를 통해 회로도의 오류(예: 연결 누락, 잘못된 연결)를 확인합니다.

2. PCB 레이아웃 및 구현 (PCB Layout)

• 물리적 설계: 넷리스트를 기반으로 실제 PCB 기판 위에 부품을 배치하고 구리 선(트레이스)으로 연결하여 물리적 형상을 구현합니다.
• 부품 배치: 부품 간의 간섭을 피하고, 신호 무결성을 고려하여 효율적으로 부품을 배열합니다.
• 배선 (Routing): PCB의 여러 층을 활용하여 트레이스를 연결하고, 전원과 접지 면을 설계합니다. 고속 신호선의 길이 및 간격 조정 등 복잡한 규칙을 적용합니다.
• 설계 규칙 검사 (DRC): 제조성(Manufacturability)을 확보하기 위해 배선 폭, 간격, 드릴 크기 등이 제조사가 정한 규칙에 맞는지 자동으로 확인합니다.
• 3D 모델링: 설계된 PCB를 3차원(3D)으로 시각화하여 기구물(케이스 등)과의 간섭 여부를 미리 검토할 수 있게 합니다.

3. 출력 및 제조 준비 (Output and Preparation)

• 제조 파일 생성: PCB 제조사(예: JLCPCB, PCBWay 등)에 전달할 표준 파일인 거버(Gerber) 파일을 비롯해 드릴 파일, 자재 명세서(BOM), 부품 배치 파일 등을 자동으로 생성합니다.
• 문서화: 설계 과정을 정리하고 추적할 수 있도록 다양한 보고서와 문서를 만듭니다.

결론적으로, EDA 툴은 회로를 정의하고, 물리적인 PCB 형태로 구현하며, 제조에 필요한 모든 정보를 자동화하여 오류를 최소화하는 핵심 도구입니다.

근데 보다보니 처음보는 용어가 참 많이도 나옵니다. 심볼, 풋프린트, 넷리스트, ERC, DRC, Gerber, BOM 등등... 배우다보면 익숙해지니까 그런가보다 하고 넘어갑시다.

대표적인 EDA 툴

시장을 주도하는 대표적인 상용 툴과 널리 사용되는 무료/오픈소스 툴이 있습니다.

1. 하이엔드 상용 툴

이 툴들은 복잡하고 고성능의 대규모 프로젝트, 특히 고속 통신 및 다층 기판 설계에 최적화되어 있습니다.

EDA 툴	특징 및 장점	주요 사용자
Altium Designer	통합된 환경과 직관적인 인터페이스로 유명하며, 회로도, PCB, 3D 모델링, 시뮬레이션 기능이 강력하게 통합되어 있습니다. 특히 고속 설계(High-Speed Design) 및 임피던스 제어에 강점을 가집니다.	전문 엔지니어, 중대형 하드웨어 개발팀, 기술 집약적 산업(항공우주, 의료기기 등)
Allegro / OrCAD	산업 표준으로 간주되며, 특히 대규모 시스템 온 칩(SoC) 설계 및 매우 복잡한 시스템 레벨 PCB 설계에 탁월합니다. PSpice를 통한 강력한 시뮬레이션 기능을 제공합니다.	대기업, 반도체 회사, 전문 PCB 서비스 제공 업체

임베디드 HW 채용 공고를 보면 Altium, OrCAD 를 요구하는 곳이 많아보입니다. 그만큼 산업현장에서 범용적으로 사용되는 도구인 듯 합니다. 다만, 개인이 사용하기에는 너무 비싸서 엄두가 나지 않습니다...

2. 무료 및 중급 툴

이 툴들은 비용 효율성이 뛰어나며, 개인 학습, 소규모 프로젝트, 스타트업 등에 적합합니다.

EDA 툴	특징 및 장점	주요 사용자
KiCad	완전 무료 및 오픈 소스입니다. 지속적인 커뮤니티 지원과 업데이트로 기능이 빠르게 향상되었으며, 전문적인 설계 기능(3D 뷰어, 강력한 라우팅)을 제공합니다.	취미 개발자, 학생, 스타트업, 비용 절감이 필요한 소규모 팀.
EasyEDA	웹 기반(클라우드 기반) 툴로 설치 없이 브라우저에서 바로 사용할 수 있으며, PCB 제조 및 부품 구매 서비스와 연동이 잘 되어 있습니다.	초보자, 빠른 프로토타이핑, 온라인 협업이 필요한 사용자.

KiCad와 EasyEDA도 사용하기 괜찮은 도구입니다. 개인이 사용하기 좋습니다.

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주요 비교 요약

• 하이엔드 상용 툴: 비용은 매우 높습니다(연간 라이선스 비용 발생). 성능 및 기능은 최고 수준이며 고속 설계, 복잡한 시뮬레이션, 수십 층 이상의 대규모 설계에 필수적입니다. 안정성/지원은 매우 높으며 전문적인 기술 지원 및 교육을 제공합니다. 대규모 상업 제품, 고신뢰성 시스템, 첨단 기술 연구에 적합합니다.
• 무료 및 중급 툴: 비용은 무료이거나 저렴합니다. 기본적인 전문 설계는 가능하나, 최고 수준의 시뮬레이션이나 복잡한 규칙 관리는 제한적일 수 있습니다. 커뮤니티 의존도가 높으며, 버그 수정은 커뮤니티 업데이트에 따르기도 합니다(KiCad). 학습, 개인 프로젝트, 소규모 및 중급 복잡도의 제품 개발에 적합합니다.

회로 및 PCB 설계 과정

위에서 EDA 툴을 설명하면서 대부분 설명한 거 같은데요. 복습할 겸 회로 및 PCB 설계 과정에 대해 자세히 알아보겠습니다.

회로 및 PCB 설계 과정은 복잡한 전자 장치를 실제로 구현하는 핵심 단계이며, 크게 회로도 설계(Schematic Design)와 PCB 레이아웃(PCB Layout)의 두 부분으로 나눌 수 있습니다.

회로도 설계

회로도는 전자 부품들의 논리적인 연결과 기능을 나타내는 청사진입니다. 이 단계는 설계의 기초를 다지는 작업입니다.

1. 부품 선택 및 라이브러리 준비

• 부품 선정: 프로젝트 요구 사항(기능, 성능, 가격, 크기)에 맞는 마이크로컨트롤러(MCU), 센서, 전원 관리 칩, 저항, 콘덴서 등을 선택합니다.
• 라이브러리 준비: 사용할 부품에 해당하는 심볼(Symbol)을 EDA 툴의 라이브러리에서 찾거나 직접 생성합니다. 심볼은 회로도에서 부품을 논리적으로 표현하는 데 사용됩니다.

2. 회로 연결 및 기능 구현

• 블록 다이어그램 작성: 전체 시스템을 기능별 블록으로 나누어 설계의 큰 그림을 잡습니다.
• 회로도 작성: EDA 툴(예: KiCad, OrCAD)을 사용하여 심볼을 배치하고, 넷(Net)이라는 가상의 선으로 전기적 연결을 정의합니다.
• 속성 정의: 각 부품에 값(Value)(예: 저항 10kΩ), 풋프린트(Footprint)(실제 PCB 위 부품의 모양과 크기 정보), 제조사 부품 번호(MPN) 등의 속성을 부여합니다.

3. 검증 및 문서화

• 전기적 규칙 검사 (ERC, Electrical Rule Check): 회로도 상의 연결 오류(예: 출력끼리 연결, 전원 핀 미연결 등)를 자동으로 검사합니다.
• 자재 명세서 생성 (BOM, Bill of Materials): 설계에 사용된 모든 부품의 종류, 수량, 사양을 정리한 문서를 생성합니다.

PCB 레이아웃

회로도에서 정의된 논리적 연결을 물리적인 PCB 기판 위에 실제로 구현하는 단계입니다.

1. 넷리스트 생성 및 가져오기

• 넷리스트 추출: 회로도 설계가 완료되면, 툴을 사용하여 부품 간의 모든 연결 정보를 담고 있는 넷리스트(Netlist) 파일을 생성합니다.
• PCB 편집기로 가져오기: 이 넷리스트를 PCB 레이아웃 편집기(EDA 툴의 다른 모듈)로 가져와 부품을 배치할 준비를 합니다.

2. 기판 외곽선 및 스택업 정의

• 보드 외곽선 정의: PCB의 실제 크기와 모양을 정의합니다.
• 층(Layer) 구조 정의 (Stackup): PCB의 구리층(Copper Layer) 수(2층, 4층, 6층 등), 각 층의 재질, 두께 등을 정의합니다. 이는 고속 신호 처리와 노이즈 관리에 매우 중요합니다.

3. 부품 배치

• 물리적 배치: PCB 기판 위에 모든 부품의 풋프린트를 배치합니다.
• 배치 원칙: 기능별 부품을 그룹화하고, 전원부와 신호부가 분리되도록 배치하며, 고속 신호 경로는 짧게 유지하는 등 설계 원칙을 준수합니다.

4. 배선 작업 (Routing)

• 트레이스 연결: 넷리스트에 따라 부품 핀 사이를 트레이스(Trace)라고 불리는 구리 선으로 연결합니다.
• 비아(Via): 층과 층 사이를 연결하는 구멍을 사용하여 배선을 입체적으로 연결합니다.
• 차동 쌍 (Differential Pair): USB나 이더넷 같은 고속 통신을 위해 두 신호 선을 병렬로 가깝게 유지하는 특수 배선 기법을 적용합니다.
• 전원 및 접지 설계: 넓은 구리 면적을 활용하여 안정적인 전원 공급 및 잡음 없는 접지(GND) 면을 확보합니다. (주로 내부 층을 사용)

5. 설계 규칙 검사 및 검증

• 설계 규칙 검사 (DRC, Design Rule Check): 배선 간격, 부품 간 간격, 비아 크기 등이 PCB 제조사에서 요구하는 허용 오차를 벗어나지 않는지 검사합니다.
• 3D 검토: PCB가 케이스나 다른 기구물과 간섭을 일으키지 않는지 3D 뷰어 기능을 통해 확인합니다.

제조 파일 출력

설계가 최종적으로 확정되면, PCB 제작을 위해 필요한 파일을 생성합니다.

1. 거버(Gerber) 파일 생성

• PCB 제조사가 기판을 제작할 때 사용하는 표준 파일 형식입니다.
• 각 층(구리 패턴, 솔더 마스크, 실크 스크린 등)별로 파일을 분리하여 출력합니다.

2. 드릴 파일 및 기타 파일

• 드릴 파일 (Excellon): PCB에 뚫어야 할 모든 구멍(비아, 부품 핀 구멍)의 좌표와 크기 정보를 담고 있습니다.
• 자재 배치 파일 (Pick-and-Place File): 부품을 PCB에 자동으로 장착하는 SMT(표면 실장 기술) 장비를 위해 부품의 위치, 회전 각도 정보를 제공합니다.

PCB 제작 의뢰

PCB 제조업체 JLCPCB(중국)나 PCBWay(중국)를 이용해 저렴하게 PCB 제작을 의뢰할 수 있습니다. 납땜까지 전부 맡길 수도 있고, PCB 기판만 제작 의뢰하고 직접 납땜할 수도 있습니다.

PCB 기판 제작만 의뢰

PCB 제조업체는 고객이 제공한 거버(Gerber) 파일을 이용해 구리 패턴이 형성된 빈 기판만 제작하여 제공합니다. 제조사는 다층 구조, 구리 두께, 솔더 마스크 색상 등의 사양에 맞춰 PCB 기판을 제작합니다.

부품을 직접 납땜(수동 조립)하면 소량 제작 시 조립 비용을 절감할 수 있고, 시제품 단계에서 설계 변경에 유연하게 대응할 수 있습니다.

부품 장착 방식 선택

제작된 기판에 부품을 장착하는 방식은 크게 두 가지로 나뉩니다.

1. SMT (Surface Mount Technology) 방식

• 특징: 부품의 리드(Lead, 다리)를 기판의 구멍에 삽입하지 않고, 기판 표면에 납땜하는 방식입니다.
• 부품: SMD(Surface Mount Device) 부품을 사용합니다. 매우 작고 가벼우며, 현대 전자 제품의 대부분을 차지합니다.
• 직접 납땜 가능 여부: 가능은 하지만 어렵습니다. SMT 부품은 크기가 매우 작아(칩 저항, 작은 IC 등) 섬세한 도구(고배율 돋보기/현미경, 정밀 인두기, 핀셋)가 필요하며, 많은 부품을 납땜할 경우 시간이 매우 오래 걸리고 품질을 보장하기 어렵습니다.
• 개인이 소량의 프로토타입을 만들 때는 직접 하기도 하지만, 일정 수량 이상이 되면 전문 SMT 장비(솔더 페이스트 도포, 픽앤플레이스, 리플로우 오븐)를 사용하는 것이 일반적입니다.

2. THT (Through-Hole Technology)

• 특징: 부품의 리드를 PCB의 구멍(Hole)에 삽입한 후 반대편에서 납땜하는 방식입니다.
• 부품: DIP(Dual In-line Package)나 일반적인 커넥터, 전해 콘덴서 등 리드가 있는(Leaded) 부품을 사용합니다.
• 직접 납땜 가능 여부: 매우 쉽습니다. 부품이 크고 구멍에 고정되기 때문에, 일반적인 납땜 인두와 납만 있으면 초보자도 비교적 쉽게 조립할 수 있습니다.

SMT 직접 납땜

SMT(표면 실장 기술) 부품을 개인이 직접 납땜할 때, 핫 플레이트(Hot Plate)는 부품 전체를 동시에 가열하여 납땜하는 데 유용한 도구입니다. 이 방법은 여러 핀을 가진 IC나 소형 칩 부품을 수동으로 납땜하는 것보다 훨씬 빠르고 깔끔하게 작업을 완료할 수 있게 해줍니다.

핫플레이트를 이용한 SMT 납땜 과정은 전문 SMT 라인의 리플로우(Reflow) 과정과 유사하며, 주로 다음 단계로 진행됩니다.

1. 솔더 페이스트 도포

• 스텐실 사용 (권장): PCB 패턴에 맞게 레이저로 가공된 얇은 금속판(스텐실)을 PCB 위에 정확히 고정합니다.
• 스텐실 위에 솔더 페이스트를 덜어놓고, 스퀴지(Scqueegee)를 이용하여 한 번에 밀어줍니다. 이 과정으로 페이스트가 PCB의 납땜 패드에만 정확하게 인쇄됩니다.
• 스텐실을 조심스럽게 제거하면 납땜할 패드 위에만 페이스트가 남게 됩니다.

2. 부품 배치

• 부품 정렬: 핀셋을 사용하여 솔더 페이스트가 도포된 PCB 패드 위에 SMD 부품을 정확한 방향과 위치에 올려놓습니다.
• 페이스트의 역할: 솔더 페이스트의 끈적이는 성질 덕분에 부품이 제자리에 임시로 고정됩니다.

3. 리플로우 (Reflow) 가열

이 단계는 온도가 매우 중요하며, 납이 녹아 부품을 완전히 접합시키는 핵심 과정입니다.

• 예열 (Preheat): 핫 플레이트를 약 120°C∼150°C 정도로 설정하고 PCB를 올려놓습니다. 이 단계는 PCB 전체의 온도를 균일하게 높여 열 충격을 방지하고 솔더 페이스트의 플럭스 성분을 활성화합니다.
• 흡수/활성화 (Soak/Activation): 온도를 천천히 더 올려 180°C 내외에서 잠시 유지합니다. 이는 페이스트 내의 휘발성 물질을 제거하고 플럭스가 산화된 금속 표면을 깨끗하게 만드는 단계입니다.
• 리플로우 (Reflow Peak): 납이 완전히 녹는 온도(일반적인 무연 납의 경우 217°C 이상)까지 온도를 빠르게 올립니다. 핫 플레이트의 온도를 230°C∼250°C 정도로 설정하면, PCB 위의 납이 녹아 액체 상태가 되면서 부품의 핀과 패드 사이를 표면장력으로 끌어당겨 완벽하게 접합시킵니다.
• 냉각 (Cooling): 납이 완전히 녹는 것을 확인한 후, PCB를 핫 플레이트에서 꺼내거나 전원을 끄고 실온에서 천천히 식힙니다. 납이 고체로 굳어지면서 최종적인 전기적/기계적 접합이 완성됩니다.

4. 검사 및 수정

• 육안 검사: 확대경 등을 이용해 모든 부품의 납땜 상태를 확인합니다. 쇼트(Short, 납이 인접 핀을 연결함)나 냉땜(Cold Solder, 납이 제대로 녹지 않음)이 없는지 확인합니다.
• 수정 작업: 불량 납땜이 발견되면, 납땜 인두를 사용하여 플럭스를 바르고 수동으로 수정하거나, 핫 에어 건(Hot Air Gun)을 사용하여 해당 부품만 재가열하여 수정 작업을 진행합니다.

✍️ 유튜브 보면 이러한 방식으로 직접 납땜을 하는 경우를 찾아볼 수 있습니다.

회로 시뮬레이터

EDA 툴과 시뮬레이터의 관계

공부하다보면 EDA 툴도 있고, 회로 시뮬레이터도 있는데요. 이 둘은 별개일까요?

회로 시뮬레이터는 EDA(Electronic Design Automation) 툴의 중요한 기능 중 하나로, 완전히 별개라기보다는 포함 관계에 가깝습니다.

대부분의 전문적인 EDA 툴 패키지는 회로 시뮬레이션 기능을 내장하고 있거나, 모듈 형태로 통합하여 제공합니다.

• 통합형: Altium Designer, Cadence Allegro/OrCAD(PSpice 포함), Siemens Xpedition 등 주요 상용 EDA 툴은 회로도를 그린 후 곧바로 시뮬레이션을 실행할 수 있는 환경을 제공합니다.
• EDA 툴 = 설계 + 시뮬레이션: EDA 툴은 회로도 작성, PCB 레이아웃, 제조 파일 출력 등 전체 설계 프로세스를 담당하며, 시뮬레이터는 그중 회로의 전기적 동작을 검증하는 특정 역할을 수행합니다.

비유하자면 EDA 툴이 자동차 공장 전체라면, 시뮬레이터는 엔진 성능을 시험하는 특정 테스트 장비라고 볼 수 있습니다.

시뮬레이터의 종류와 별도 사용

일부 시뮬레이터는 특정 목적을 위해 독립적인 소프트웨어로 존재하거나, 범용적으로 사용됩니다.

• SPICE (Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis) 시뮬레이터는 가장 널리 사용되는 회로 시뮬레이션 엔진의 핵심 기술입니다.
• PSpice (Cadence OrCAD에 통합), LTspice (Analog Devices의 무료 독립형 툴), Ngspice (오픈 소스) 등 다양한 SPICE 기반 프로그램이 별도의 소프트웨어로 존재합니다.
• 이들은 회로도를 그려 전기적 특성(전압, 전류, 주파수 응답 등)을 분석하는 데 특화되어 있습니다.

별도로 사용되는 이유는 다음과 같습니다.

• 전문 시뮬레이션: 고주파 설계, 전력 무결성(PI), 신호 무결성(SI) 등 매우 전문적인 분석을 위해서는 EDA 툴에 내장된 기본 시뮬레이터 외에 특화된 별도의 시뮬레이션 소프트웨어를 사용하기도 합니다.
• 비용 절감: 전체 EDA 패키지가 아닌, 무료이거나 저렴한 독립형 시뮬레이터(예: LTspice)만 사용하여 회로 아이디어를 빠르게 테스트할 수도 있습니다.

⭐️ 대부분의 실무 PCB 설계에서는 시뮬레이터가 EDA 툴 패키지에 통합되어 함께 사용됩니다. 하지만 시뮬레이션 엔진 자체는 SPICE 같은 독립적인 기술이며, 필요에 따라 별도의 소프트웨어를 사용할 수도 있습니다.

그 외 제가 간단하게 사용했던 Falstad 는 브라우저 환경에서 바로 사용할 수 있고요. 가장 좋은 점은 전류 방향 시각화 애니메이션이 적용됩니다.

결론

이번 시간에는 포괄적인 범위에서 회로 및 PCB 설계에 대해 알아봤습니다. 그리고 그 외 회로 시뮬레이션 도구에 대해서도 알아봤습니다.

다음 시간에는 이러한 툴(도구) 사용법에 대해 간단하게 다뤄보도록 하겠습니다.