Spice란

SPICE는 전자 회로의 아날로그 동작을 시뮬레이션하는 소프트웨어입니다. "Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis"의 앞 글자를 따서 "SPICE(스파이스)"라고 합니다. 1973년에 캘리포니아 버클리 대학에서 개발되었으며, 하기 표와 같은 개발 과정을 거쳐 현재에 이르렀습니다. 최초로 발표된 SPICE는 포트란(FORTRAN)으로 기술되어 있었습니다. 현재 널리 사용되고 있는 상용 SPICE 시뮬레이터는 SPICE2G.6을 바탕으로 하고, C언어로 기술되어 있습니다.

*   1973년	SPICE	        FORTRAN
*   1975년	SPICE 2	        FORTRAN
*   1981년	SPICE 2G.6	FORTRAN
*   1985년	SPICE 3	        C

포트란 (FORTRAN)이란, 과학 기술 계산에 적합한 절차적 프로그래밍 언어입니다. 고속화에 기여하는 병렬 계산의 최적화가 용이하여, 고속 처리에 적합하게 설계된 언어입니다. 당시는 메인 프레임이라는 대형 컴퓨터로 프로그램을 실행하였습니다.

SPICE란 "전자 회로의 아날로그 동작을 시뮬레이션하는 소프트웨어"라고 소개했습니다만, 좀더 구체적으로 설명하면, 비선형 DC 해석, 비선형 과도 해석, 그리고 선형 AC 해석의 범용 회로 시뮬레이션 프로그램입니다. 노달변형 회로분석법라고 일컬어지는 방법을 통해 입력된 회로를 "키르히호프의 전류법칙 · 전압법칙"에 의거하여 방정식화 (생성)하고, 소자의 동작을 나타낸 이론 · 실험 방정식 (디바이스 모델)을 조합하여 해석하는 것입니다.

디바이스 모델은 이론적 또는 실험적인 고찰을 바탕으로 개발된 해석식

시뮬레이션 가능한 소자와 요소는 하기와 같습니다.

• 수동 소자 (저항, 콘덴서, 인덕터 등)
• 능동 소자 (다이오드, 바이폴라 트랜지스터, MOSFET 트랜지스터 등)
• 전송선로
• 각종 전원

해석 방법으로는 하기의 방법 등이 가능합니다.

• 과도 해석
• 직류 해석
• 소신호 교류 해석
• 노이즈 해석

SPICE가 등장하기 전에는 모두 손으로 계산하여 IC를 설계하였습니다. 그러나, 제조 기술의 진보에 따라 IC에 탑재되는 소자수가 비약적으로 증가하였으며, 컴퓨터의 등장 등으로 인해 회로 설계의 전자화가 요구되었던 것도 SPICE가 등장하게 된 하나의 배경입니다. 참고로, 케이던스 디자인 시스템즈(Cadence Design Systems)사의 PSpice® 는 PC로 동작하는 최초의 시뮬레이터이며, 메인 프레임에서 PC로의 변화에 따라 등장하게 된 시뮬레이터입니다.

초기에는 전자 회로의 시뮬레이터로서 시작되었으나, CPU의 고속 동작에 따라 PCB 기판 설계에도 아날로그 요소가 필요하게 되어, 현재에는 고속 전기 신호를 전송하는 PCB 기판 설계, 고집적 반도체설계에도 필수인 툴이 되었습니다.

• 전자 회로 설계용(PSpice 모델)
• PCB 기판 설계 · 검증(IBIS 모델)

회로 시뮬레이션은 하기 그림과 같이 "회로 작성" ⇒ "회로 해석" ⇒ "해석 결과 출력" 의 과정을 거칩니다. GUI（Graphical User Interface）의 진보에 따라 패키지화된 소프트웨어로서 공급되고 있습니다.

디바이스 모델은 이론적 또는 실험적인 고찰을 바탕으로 개발된 해석식으로 모델 해석식이며, 이 해석식을 구성하는 변수 및 정수가 모델 파라미터입니다. 즉, 모델 파라미터로 실재의 소자 특성을 시뮬레이터 상에서 재현하는 것입니다.

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Ref : https://www.rohm.co.kr/electronics-basics