스위칭 IC의 근접 자계 분포 예측

Abstract

본 논문은 회로 시뮬레이션과 전자기 시뮬레이션을 병행하여 디지털 스위칭 회로가 실장된 PCB 상의 근접 자계 분포를 예측하는 방법을 제시한다. 제안 방법은 스위칭 회로의 신호 및 전원 포트를 정현 전원으로 구동하여 규격화된 근접 자계 분포를 구하고, 이 결과를 실제 스위칭 회로에 의한 전류의 주파수 스펙트럼으로 가중하여 근접 자계를 예측한다. 예측 방법론을 검증하기 위해 링 발진기와 출력 버퍼로 구성된 스위칭 집적 회로를 제작하고, 칩-온-보드(Chip On Board, 칩-온-보드) 형태로 평가하였다. 자계 프로브를 이용하여 PCB상에서 표면 자계 분포를 측정하였으며, 시뮬레이션 결과와 비교하였다. 측정 결과와 시뮬레이션 계산 결과는 5차 하모닉 주파수까지 10 dB 이내로 일치함을 확인하였다. This work presents a method to predict the near magnetic field distribution on the digital switching circuit mounted on PCB using co-simulation of circuit and electromagnetic fields. The proposed method first obtains the normalized near field distribution by exciting the signal and power ports of the switching circuit using sinusoidal sources. Then the real near magnetic field distribution is determined by weighting the normalized field distribution using the current spectrum of the switching circuit. To confirm the proposed method, a switching IC with a ring oscillator and a output buffer is fabricated and measured in the form of chip-on-board. The surface magnetic field distribution is measured using a magnetic probe above the PCB and compared with the simulation results. Experimental results show the correspondence between simulation and measurement results within 10 dB up to fifth harmonics.