AI 에이전트로 EMI 필터 설계·해석 자동화: Gerber부터 결과 피드백까지

▲ AEDT Circuit의 기존 시연 회로와 에이전트에게 보낸 작업 요청 (클릭하면 크게 볼 수 있습니다)

시연 영상

시연 영상은 작업 화면을 빠르게 편집한 자료이며, 에이전트 화면에 표시된 전체 작업 시간은 약 26분입니다. 화면에 남아 있는 규격명이나 통과 표시는 당시 프로젝트의 원래 표기입니다. 이 글에서는 해당 선을 시연용 목표치로만 사용합니다.

▲ EMI 필터 설계 및 해석 자동화 시연 영상 · AI 에이전트가 Gerber 분석, PCB 모델 준비, 부품 모델 검색, 회로 연결과 해석 실행 및 결과 피드백을 수행합니다.

에이전트에게 맡긴 요청

에이전트는 열려 있는 프로젝트의 회로와 설정을 읽고, Gerber에서 형상을 확인해 PCB 모델을 준비합니다. 이어서 부품 라이브러리의 후보를 비교하고 회로를 교체한 뒤, 계산 결과를 추출해 목표치와 비교합니다.

• PCB 모델을 포함한 필터 회로의 계산 결과를 시연용 목표치와 비교합니다.
• Gerber 파일에서 PCB 형상을 확인하고 해석 모델을 준비합니다.
• PCB 모델의 주파수 범위는 100 kHz~100 MHz로 설정합니다.
• 기존 자료의 L 표기 경로만 모델링하고 N 표기 경로는 제외합니다. L과 N은 원본 기판에 적힌 경로 이름입니다. 이번 예제만으로 교류 전원의 라인(Line) 및 중성선(Neutral), 또는 직류 전원의 양극 및 귀환 경로라고 단정하지 않습니다.
• library 폴더에 있는 부품 모델을 검색해 후보를 비교합니다.
• 기존 필터를 PCB 모델이 포함된 필터 회로로 교체하고 결과를 비교합니다.

한눈에 보는 흐름

1현재 회로와 설정 읽기

에이전트는 먼저 열려 있는 AEDT 프로젝트에 연결해 회로 구성을 읽습니다. 시연 회로에는 0~150 V, 50 kHz 펄스 전압원 V1과 선로 임피던스 안정화 회로망(LISN, Line Impedance Stabilization Network), 기존 π형 필터가 있습니다. V1은 시연용으로 가정한 전압원이며 실제 컨버터의 잡음 특성을 검증해 만든 모델은 아닙니다.

이어서 고속 푸리에 변환(FFT, Fast Fourier Transform) 설정을 확인합니다. 원래 설정은 0~200 µs의 시간 구간, 사각창, 최대 30 MHz, 주파수 간격 5 kHz입니다. 에이전트는 계산 결과를 쉼표로 구분된 값(CSV, Comma-Separated Values) 파일로 추출해 비교에 사용합니다.

▲ 시연 회로의 구성과 기존 계산 결과 (클릭하면 크게 볼 수 있습니다)

2Gerber 분석과 PCB 모델 준비

에이전트는 Gerber 파일을 읽어 상부 구리층의 영역과 연결 형상을 확인하고 렌더링 이미지로 표시합니다. 부품 위치와 원본 기판의 경로 표기를 살펴 포트 위치를 정합니다.

• 상부 구리층의 영역과 연결 형상을 읽고 이미지로 확인합니다.

원본에서 보호 접지(PE, Protective Earth)로 표기한 하부 구리 영역은 이번 모델의 포트 기준점으로 사용합니다. 공통 모드 초크(CMC, Common Mode Choke)와 커패시터 Cy, 출력 인덕터가 있는 경로를 대상으로 모델을 구성합니다. Cy는 시연 회로에서 기준 접지 쪽으로 연결된 커패시터의 이름입니다.

▲ Gerber에서 확인한 PCB 구리 형상 (클릭하면 크게 볼 수 있습니다)

분석한 형상을 바탕으로 PyEDB를 사용해 전자 설계 데이터베이스(EDB, Electronics Database)를 만듭니다. 시연에서는 넷 7개와 포트 10개, 비전기 레이어 5개가 설정됩니다. 넷은 전기적으로 연결된 도체 집합이며, 포트는 모델에 신호를 인가하거나 응답을 읽는 연결점입니다.

▲ PyEDB로 생성한 PCB의 층 구성과 포트 및 해석 설정 (클릭하면 크게 볼 수 있습니다)

3PCB 해석과 부품 데이터 검색

생성된 EDB를 AEDT에 불러와 형상을 확인한 뒤 SIwave에서 PCB 해석을 실행합니다. 직류(DC, Direct Current) 지점과 100 kHz~100 MHz의 주파수 구간을 계산합니다.

해석 결과는 산란 매개변수(S-파라미터, Scattering Parameters)로 추출합니다. S-파라미터는 포트 사이의 반사 및 전달 특성을 나타내며, 회로에서 사용할 수 있도록 Touchstone 형식으로 내보냅니다. 에이전트는 부품 라이브러리에서 CMC, 인덕터, 적층 세라믹 커패시터(MLCC, Multilayer Ceramic Capacitor) 데이터를 검색해 후보 목록도 정리합니다.

▲ PCB 해석 실행과 회로 연결용 모델 추출 (클릭하면 크게 볼 수 있습니다)

4계산 결과에서 다음 작업 찾기

에이전트는 기존 스펙트럼과 시연용 목표치를 비교하고 어떤 주파수 구간의 계산값을 줄일지 살펴봅니다. 이 과정에서 시작 시점의 과도 성분이 주파수 결과에 영향을 줄 수 있다는 분석을 제시합니다.

다만 FFT 구간이 0초부터 시작하므로 초기조건과 회로의 시작 과도응답이 포함될 수 있습니다. 이러한 성분이 줄어든 결과를 실제 제품의 정상상태 잡음 성능 개선으로 해석할 수는 없습니다. 이번 시연에서는 원래 FFT 설정을 유지했습니다.

• 시작 과도 성분에 대한 에이전트의 분석은 시연 설정에서 나온 설명이며 실제 제품의 잡음 발생 원인을 확인한 결과가 아닙니다.
• 후보 비교는 현재 회로와 시간 구간에 한정된 계산을 바탕으로 진행합니다.

시간 간격과 FFT 시작 및 종료 시각, 윈도우 함수를 검토하고 안정화된 정상상태 구간에서도 결과가 유지되는지 확인하는 작업은 별도로 남아 있습니다. 여기서 소개하는 부분은 결과를 읽고 후보 비교로 이어가는 자동화 절차입니다.

▲ 기존 계산 결과를 읽고 후보 비교 조건을 정리하는 과정 (클릭하면 크게 볼 수 있습니다)

5라이브러리에서 필터 후보 비교

에이전트는 부품 데이터를 읽고 모델상 응답을 비교해 후보의 순서를 정합니다. 시연에서 선택된 모델은 다음과 같습니다.

이 목록은 이번 시연에서 사용한 모델 기록이며 실제 제품용 추천 부품 목록이 아닙니다. 부하 전류가 없는 조건에서 계산했고, 정격 전류 및 전압과 포화, 손실 및 실장 조건을 반영한 제품용 부품 선정은 수행하지 않았습니다.

라이브러리에 핀 피치 정보가 없어 본체 크기만으로 후보를 비교했습니다. 따라서 기판에 실제로 실장할 수 있는 부품 조합으로 볼 수도 없습니다.

▲ 라이브러리 검색과 시연 조건에서의 후보 비교 (클릭하면 크게 볼 수 있습니다)

6회로 연결과 해석 실행

에이전트는 AEDT Circuit에서 기존 필터를 교체하고 PCB S-파라미터 모델, CMC, 출력 인덕터와 커패시터를 연결합니다. 포트 연결을 확인한 뒤 과도해석을 실행합니다.

중간에 CMC 모델 피팅이 실패하자 로그와 데이터 범위를 확인합니다. 원본 데이터는 보존하고 1 kHz~200 MHz 범위로 제한한 사본으로 다시 피팅해 계산을 진행합니다. 피팅은 주파수 데이터를 회로 계산에 사용할 모델로 근사하는 과정입니다. 계산이 완료됐다는 사실과 모델의 물리적 타당성 검증은 구분해야 합니다.

▲ PCB 모델과 부품을 연결한 시연용 필터 회로 (클릭하면 크게 볼 수 있습니다)

7계산 결과 비교와 피드백

에이전트는 기존 필터와 교체한 필터의 계산 결과를 같은 FFT 설정으로 추출해 시연용 목표치와 비교합니다. 시연 조건에서는 교체한 필터의 계산값이 목표치 아래로 나왔고, 목표치와의 최소 차이는 530 kHz에서 약 11.2 dB였습니다. dB는 데시벨(Decibel)로, 여기서는 목표치와 계산값의 로그 크기 차이를 나타냅니다.

※ 시연 조건(가정한 회로와 0~200 µs 시간 구간)에서 얻은 계산값입니다.

• 기존 회로와 변경 회로의 결과는 같은 FFT 설정으로 비교했습니다.
• 목표치와 계산값의 최소 차이는 이번 시연 조건에서 얻은 수치입니다.
• 주파수별 결과와 시연용 목표치의 차이를 정리합니다.

이 수치는 가정한 회로와 시간 구간에서 얻은 결과입니다. 실제 제품의 잡음 감소량이나 규격 통과 여유를 나타내지 않습니다. 자동화의 결과물은 회로 변경 내역과 계산 데이터, 목표치와의 비교 및 추가 확인할 조건입니다.

▲ 변경 회로의 계산 결과와 시연용 목표치 비교 (클릭하면 크게 볼 수 있습니다)

반복 작업에 자동화를 적용하려면

Gerber에서 PCB 모델을 준비하거나, 부품 후보를 비교하고 회로를 연결하는 작업을 반복하고 있다면 해당 단계부터 자동화를 검토할 수 있습니다. 적용할 제품과 사용 조건을 먼저 정하고, 자동화가 만든 모델과 계산 결과가 그 조건에 맞는지 확인해야 합니다.

마치며

이번 시연에서는 모델 준비, 부품 검색, 회로 연결, 해석 실행과 결과 비교를 하나의 작업 흐름으로 연결했습니다. 부품 데이터 라이브러리 개발에 관한 회사 정보는 아래 CPS Tech 홈페이지에서 확인하실 수 있습니다.