마이크로파 회로 시뮬레이션을 통한 설계 검증 과정

목차

1. 초기 조건이 결과를 좌우하는 이유
2. 가장 자주 묻는 실제 검증 질문들
3. 시뮬레이션과 실측이 어긋나는 대표 사례
4. 엔지니어가 바로 점검해야 하는 핵심 체크포인트
5. 설계→모델링→보정 단계별 검증 흐름
6. 모델·파라미터·도구 간 비교 관점
7. 검증 품질을 올리기 위한 실전 조언

서론

마이크로파 회로는 구조가 조금만 바뀌어도 응답이 크게 달라지는 민감한 세계라 시뮬레이션 기반 검증 과정은 선택이 아니라 필수가 되며

 

마이크로파 회로 시뮬레이션을 통한 설계 검증 과정

 

최근에는 공정 편차까지 반영하는 멀티피직스 기반 모델링이 보편화되고 있어 설계자는 단순히 값만 확인하는 수준을 넘어서 구조적 이유와 물리적 근거까지 함께 해석하는 흐름으로 이동하고 있다.

1. 초기 조건이 결과를 좌우하는 이유

회로 시뮬레이션을 처음 돌릴 때 많은 엔지니어가 놓치는 부분은 ‘초기 조건’이며 이 값이 실제 측정 결과와의 오차를 결정할 만큼 중요한데 기판 두께, 유전율, 손실 탄젠트는 당연하고 온도 조건이나 포트 정의 방식까지 결과를 바꾸기 때문에 시뮬레이션이 틀렸던 게 아니라 입력이 현실과 달랐던 경우가 더 많다는 점이 실제 프로젝트에서도 반복적으로 드러난다.

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2. 가장 자주 묻는 실제 검증 질문들

현장에서 자주 나오는 질문은 왜 S21은 괜찮은데 그룹 지연이 불안정한가, 임피던스가 50Ω으로 맞았는데 반사가 크게 나오는 이유는 무엇인가, EM 해석과 회로 해석이 왜 다르게 보이는가 같은 내용들이며 이런 질문들의 공통점은 구성 요소가 실제 환경을 얼마나 반영했는지에 따라 응답이 달라지는 특성에서 비롯된다.

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3. 시뮬레이션과 실측이 어긋나는 대표 사례

실측과 시뮬레이션이 다를 때 가장 흔히 발견되는 사례는 기판의 실제 유전율이 사양보다 낮거나 높았던 경우이고 솔더 마스크가 두꺼워 EM 필드 분포가 변한 경우도 있으며 커넥터 모델링이 단순화돼 전송선 인접부에서 공진이 발생하는 패턴도 자주 보이는데 이런 사례는 단순 오류라기보다 모델의 정교도가 현장보다 낮을 때 자연스럽게 발생하는 현상이다.

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4. 엔지니어가 바로 점검해야 하는 핵심 체크포인트

• 포트 정의 방식이 구조에 맞게 설정됐는지
• 전송선 폭과 기판 두께가 실제 제작 수치와 일치하는지
• EM 모델이 커넥터, 비아, 패드 모두 포함하는지
• 기준이 되는 50Ω이 공정 편차 내에서 달성 가능한 값인지
• 후처리 필터나 스무딩이 원 데이터를 왜곡하지 않았는지
  이 항목만 확인해도 실측과 시뮬레이션의 오차 대부분은 원인을 찾을 수 있다.

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5. 설계→모델링→보정 단계별 검증 흐름

1단계에서는 이상적인 모델로 구조적 문제를 먼저 확인하고 2단계에서는 EM 기반으로 전자기적 상호작용을 반영하며 3단계에서는 실측 장비와 조건을 맞추는 보정 절차가 이어지고 마지막 단계에서는 시제품의 응답을 다시 시뮬레이션에 반영해 설계를 역추적하는 과정까지 진행되며 이 흐름이 반복되면 모델과 실측 사이의 간극이 점점 줄어든다.

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6. 모델·파라미터·도구 간 비교 관점

동일한 구조라도 시뮬레이션 엔진마다 결과 차이가 발생하는데 그 이유는 솔버 방식과 메시 전략, 재질 파라미터 처리 방식이 서로 다르기 때문이며 그래서 하나의 결과만 보는 것보다 두 가지 이상의 도구를 비교하거나 공정 기반 재질 데이터를 직접 측정해 파라미터를 보정하는 방법이 더 안정적인 설계 검증으로 이어진다.

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7. 검증 품질을 올리기 위한 실전 조언

시뮬레이션 결과를 해석할 때 절대 값만 보고 지나치지 말고 주파수 변화에 따른 기울기와 패턴을 읽어야 하며 특정 구간에서 생기는 미세한 요철도 실제 구조와 연관된 단서일 가능성이 높고 측정 장비의 캘리브레이션 오류나 케이블 상태 같은 기본 요소가 전체 응답을 흔들기 때문에 설계자의 관찰 범위를 시뮬레이터 밖으로 확장하는 것이 실제 검증 품질을 크게 끌어올린다.

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결론

마이크로파 회로 설계는 시뮬레이션과 실측을 반복해 서로의 차이를 줄여 가는 과정이며 그중에서도 초기 입력과 구조적 모델링의 정밀도가 전체 품질을 결정하는 핵심 축으로 작동한다. 최근에는 공정 편차 기반 파라미터 스윕, 통합 EM·회로 공동 시뮬레이션, 자동 최적화 알고리즘을 결합한 검증 방식이 점차 산업 전반에 확산되고 있어 엔지니어가 해석 능력과 장비 이해도를 함께 갖추는 것이 향후 성능 확보의 기준이 되고 있다.

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마이크로파 회로 시뮬레이션  요약표

항목, 핵심 내용

 

시뮬레이션 오류 원인	초기 조건 불일치, 재질 파라미터 오차
실측 차이 발생 요인	기판 편차, 솔더 마스크 영향, 커넥터 모델링 부족
중요 점검 요소	포트 정의, 기판 치수, EM 모델 포함 범위
검증 단계 흐름	설계→EM 모델링→보정→실측 기반 보정 반복
최신 흐름	편차 기반 시뮬레이션, 자동 최적화, 통합 EM 해석