선형 Device parameter

능동소자를 사용한 선형회로 해석을 위해서는 능동소자의 Device parameter 파일이 필요하다. 물론 별도의 파일 없이 BJT나 FET의 hybrid parameter를 직접 입력하여 해석할 수도 있으나, 실존하는 제품을 이용하여 설계한 경우에는 device parameter 파일을 입력하는 것이 일반적이다.

수동소자도 경우에 따라서는 소자값 입력보다 device paramter 파일을 직접 입력하는 경우도 많다. 수동소자라 할지라도 고주파 특성에 맞게 나온 제품은 단순히 RLC 값을 입력하는 것만으로는 정확도가 떨어지는 경우가 많기 때문에, 대부분의 RF circuit simulator에는 대표적인 수동소자들의 parameter 파일을 다량으로 보유하고 있다.

이러한 선형 device parameter 파일은 simulator들이 많이 내장하고 있지만, 만약 사용중인 tool의 라이브러리에 없다 하더라도 대부분의 소자 제작사에서 제공하기 때문에 쉽게 구할 수 있는 편이다.

선형 Device parameter 파일의 구조

선형 Device parameter의 구조는 매우 간단하여 쉽게 수정 및 제작이 가능하다. 내용은 단순한 text 파일의 형태로 되어 있으며, 대부분 two port 소자로 설정되어서 4개의 S 파라미터(S11,S21,S12,S22)를 주파수에 따라 magnitude와 angle을 번갈아 배열한 형태이다. 아래는 Mini circuit사의 MRF966 MMIC의 선형 Device parameter 파일의 예제이다.

    !  MRF966A.S2P 

    !  MRF966  

    !  VDS=3V; IDS=5mA   

    #  GHZ S MA R 50 

    !  S-PARAMETER DATA 

    0.2     1.00    -6      1.25    172     0.003   88      0.94    -6

    0.5     0.98    -14     1.23    161     0.007   85      0.93    -16

    1       0.94    -28     1.20    142     0.013   79      0.90    -32

    1.5     0.87    -42     1.13    122     0.016   70      0.84    -50

    2       0.76    -55     1.01    101     0.018   56      0.74    -68

    2.5     0.64    -66     0.82    77      0.015   26      0.61    -88

위의 포맷의 예에서 알 수 있듯이, 파일 내에 적혀있는 Bias와 주파수 범위에서 주로 해석이 이루어져야 정확도를 보장할 수 있다. 앞에 있는 !는 주석문의 의미이다.

보다시피 구조가 워낙 간단해서 RF circuit simulator들은 모두 동일한 형식의 선형 Device parameter파일을 공유한다.

또한 능동소자의 선형 Device parameter 파일의 경우 Bias별로 파일이 따로 있기 때문에 적용하려는 Bias조건을 잘 따져서 파일을 잘 선택해야 한다. 실제로는 능동소자별로 어느정도 용도가 정해져 있고 , 그에 맞는 최적의 동작을 할 수 있는 Bias 조건 역시 정해져 있기 때문에 대부분 소자마다 하나의 Bias조건을 가진 선형 Device parameter 파일만 제공된다. 만약 전혀 새로운 Bias를 인가하고 싶은 경우라면 직접 측정하여 선형 Device parameter를 추출해야 한다.

선형 Device parameter 측정

이런저런 이유로 제작사측에서 device parameter 파일을 얻지 못했다면 직접 측정하는 방법도 있다. network analyzer에 test fixture 혹은 test bed를  연결하고 소자를 위치하여 직접 S 파라미터를 추출할 수 있다.

HP나 Rode&Schwaltz, Anritz Wiltron 등의 대부분의 network analyzer는 GPIB나 HPIB를 통해 PC와의 인터페이스가 가능하므로, 측정값을 일일이 기록할 필요없이 곧바로 파일로 저장할 수 있다. FDD를 내장한 type의 network analyzer의 경우라면 곧바로 디스켓에 ASCII파일로 저장도 가능하다.

그러나 실제로 선형 device parameter를 측정해본 사람이라면 알겠지만, 그리 간단한 작업은 아니다. 숙련되지 않은 사람이라면 calibration skill에 따라 결과값이 중구남방으로 나오기도 하고, 무엇보다도 test fixture의 품질과 적합도에 따라 결과값의 오차가 많이 발생하기 때문이다. 이러한 것들이 잘 해결되어야만 보다 정확한 device parameter값을 얻을 수 있다.

보다 정밀한 선형해석이 필요한 경우에는 업체나 S/W에서 제공하는 파라미터 파일을 무시하고 이렇게 직접 추출하기도 한다. 실제로 외부에서 제공받은 device parameter 파일의 내용이 실제 측정한 값과 다르게 나오는 경우도 많기 때문이다. 이것은 반도체소자가 만들어지면서 생기는 자체적인 공정오차와, 오랜 생산과정을 거치면서 누적된 각종 오차들이 수정되지 않은 파일을 제공함에 그 원인이 있다. 선형 해석결과가 왠지 신통치않은 경우에는 device parameter 파일 자체에 문제가 있는 경우가 많으므로 이러한 경우 직접 측정을 하는 것이 바람직하다.

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