QUCS Subcircuits - 계층 구조 회로 시뮬레이션 : RC 3차 저역 통과 필터

QUCS Subcircuit

QUCS Subcircuits - RC 3rd Order Passive Low Pass Filter

이번 포스트에서는

QUCS의 Subcircuit을 사용하여 계층 구조 회로도를 작성 후 시뮬레이션하는 방법에 대해 소개

합니다. QUCS 사용 방법 관련 포스트는 회로의 자세한 설명은 생략하고 QUCS 사용법을 중심으로 설명합니다. 궁금한 점 있으시면 댓글로 부탁드립니다.^^

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계층 구조회로

예를 들어, 아래 그림과 같이 이전에 검증된 또는 설계된 오디오 입출력 관련 회로의 8가지 부분 회로도가 있다고 가정합니다.

회로 블록 예시

위 회로 블록들을 조합하여 오디오 신호를 입력받아 스피커로 출력하는 회로 Type A, Type B, Type C를 검토해야 하는 경우 시뮬레이션을 수행하기 위해 3가지의 회로를 모두 그려서 분석하는 것은 같은 반복 작업이 많고 비효율적일 수 있습니다. 이 때 편하게 사용할 수 있는 방법이 계층 구조회로도(Hierarchical Design) 입니다.

QUCS는 회로도(sch 파일)를 하나의 Symbol로 변환하여, 다른 회로도에서 참조 할 수 있는 기능을 지원합니다. 위의 8가지 작성해 놓은 회로도가 있으면, Project 파일을 하나 생성하여 각 모듈 회로도를 부품으로 취급하여 회로도를 작성하여 시뮬레이션 할 수 있는 기능을 지원합니다.

Subcircuits 회로도 작성

예제 소개

QUCS 의 Subircuits 기능을 사용하여 아래 RC Filter를 하나의 Symbol로 만든 후 3차 LowPass 필터를 설계하고 1차, 2차, 3차 필터 출력 특성을 비교합니다.

회로도 작성 : RC Filter

아래와 같이 Resistor와 Capacitor로 구성된 RC 필터 회로도를 작성하고 Port 를 삽입합니다. 회로도 작성에 유용한 단축키는 아래와 같습니다. 

• Ctrl + E : Wiring 배선 단축키, 배선 도중 마우스 우클릭 배선 경로 변경
• Ctrl + R 부품 회전
• Ctrl + G : 그라운드 삽입
• Ctrl + U : 회전, 상하 대칭, 좌우 대칭 등으로 그리드 어긋난 부품을 그리드 맞춤

위 회로에서 사용한 부품의 위치는 아래와 같습니다.

• Components Tap > Lumped Components
• R1 : Resistor US
• C1 : Capacitor
• P1, P2(Input, Output) : Subcircuit Port

회로도 심볼 편집

회로도 작성이 완료되면 회로도 배경 화면에 마우스 우클릭 후 Edit Circuit Symbol을 선택하거나 F9 번을 눌러 회로도 심볼 편집 화면으로 진입합니다.

심볼 편집 화면 화면에서 아래 그림과 같이 심볼을 보기 좋게 편집합니다. 좌측의 Paintings 탭에서 Rectangle 과 Line을 사용하여 쉽게 편집 가능합니다. 선 또는 도형을 더블 클릭하여 선의 두께, 색, 채우기 등의 속성을 변경 할 수 있습니다. Symbol 수정이 완료되면 Symbol 편집 영역의 모든 디자인 속성과 포트 속성을 선택하여 Ctrl + U를 눌러 그리드를 맞춰 줍니다.

심볼 편집이 완료되면 마우스 우클릭하여 Edit Schematic 또는 F9을 눌러 회로도 편집화면으로 돌아간 후 회로도를 저장합니다. 저는 Sub_Low_Pass란 이름으로 저장하였습니다.

프로젝트 시뮬레이션

프로젝트 생성

QUCS 화면의 좌측 Main Dock > Projects에서 New를 선택하여 새로운 Project를 생성합니다. 저는 3rd_RC_Lowpass란 이름으로 생성하였습니다.

프로젝트 회로도 작성

프로젝트 파일에 Subcircuit 을 넣는 방법은 프로젝트 폴더에 회로도를 추가하여 Content 탭에서 참조로 사용, Components 탭에서 Subcircuit 을 삽입하는 2가지 방법이 있습니다. 이번 포스트는 Compenents Tap에서 Subcircuit 을 삽입하는 방법을 설명합니다.

프로젝트가 생성되면 Components > File Compoents 에서 Subcircuit 을 회로도 화면으로 드래그합니다. 삽입된 Subcircuit Component를 더블 클릭 후 Browse 버튼을 눌러 이전에 작성한 Sub_RC_LowPass.sch 파일을 불러옵니다.

Sub_RC_LowPass.sch를 선택하고 확인을 누르면 이전에 편집한 Sub_RC_LowPass.sch 파일의 회로도 심볼이 나타납니다. 이 심볼을 사용하여 아래와 같이 회로도를 작성합니다.

시뮬레이션 설정 및 실행

회로도 작성이 완료되면 아래와 같이 시뮬레이션 블록 및 Equation을 삽입하고 아래와 같이 설정합니다. 아래와 같이 설정이 완료되면 파일을 저장하고 F2 키를 눌러 시뮬레이션을 실행합니다.

시뮬레이션 결과 확인

시뮬레이션이 완료되면 Diagrams에서 Cartesian을 선택하여 그래프를 추가합니다. 출력할 그래프는 Equation에 등록한 Gain_1st, Gain_2nd, Gain_3rd 를 선택합니다. 그래프의 속성은 X축이 Logarithmical로 설정합니다.

출력된 그래프를 보면 RC Filter가 1차, 2차, 3차에 따라 차단 주파수 이후 이득 감소가 차이 나는 것을 확인 할 수 있습니다.

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마무리

QUCS 에서 Subcircuit 을 사용하여 계층 구조 회로도 작성 후 시뮬레이션 하는 방법을 요약하면 아래와 같습니다.

• Subcircuit 을 만들기 위해 Subcircuit Port가 삽입된 회로도 작성
• 프로젝트 생성 후 Lumped Components에서 Subcircuits 를 추가
• 추가된 Subcircuits 에 연결할 파일을 선택 후 회로도 작성
• 시뮬레이션하기

끝까지 읽어 주셔서 감사합니다.😄

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