Разработанная National Instruments программная среда Multisim 12.0 & Ultiboard 12.0 это целая лаборатория схемотехнического моделирования, которая предназначена для проектирования радиоэлектронных схем и печатных плат на профессиональном уровне. Данное программное обеспечение имеет простой удобный интерфейс и позволяет с легкостью моделировать сложные принципиальные схемы и проектировать многослойные печатные платы. Multisim (рис. 1) позволяет оптимизировать свои проекты, минимизировать ошибки и снизить число итераций при разработке. В сочетании с Ultiboard (рис. 2) – программным обеспечением для проектирования топологии печатных плат, Multisim представляет собой платформу сквозного проектирования.
Рис. 1. Окно программы Multisim
Рис. 2. Окно программы Ultiboard
В последних версиях программы Multisim используются математические модули и модели компонентов SPICE. Пакет MCU позволяет включать в эмуляцию смешанной схемы определенные микроконтроллеры. Особенностью программы Multisim является наличие виртуальных измерительных приборов, имитирующих реальные аналоги. Имеющиеся в программе библиотеки включают в себя большой набор широко распространенных электронных компонентов (рис. 3). Есть возможность подключения и создания новых библиотек компонентов.
Рис. 3. Разделы компонентов основной библиотеки Multisim
Библиотеки программы содержат следующие компоненты:
- источники напряжения и тока, заземление (источники постоянного и переменного напряжения, источники прямоугольных импульсов и сигнала через определенные промежутки времени, постоянные и переменные источники тока);
- базовые компоненты (резистор, переменный резистор, конденсатор, переменный конденсатор, катушка индуктивности, катушка с переменной индуктивностью, трансформатор, ключи, реле, переключатели);
- диоды (диод, стабилитрон, светодиод, диодный мостик, диод Шоттки, симистор);
- транзисторы (биполярные, полевые, МОП-транзисторы);
- аналоговые компоненты (операционный, дифференциальный, инвертирующий усилитель, компаратор);
- цифровые микросхемы ТТЛ;
- цифровые микросхемы КМОП;
- микроконтроллеры (8051, 8052, PIC16F84, PIC16F84A – с возможностью программирования) и микросхемы памяти RAM, ROM;
- подключаемые внешние устройства (дисплеи, терминалы, клавиатура);
- цифровые устройства (логические элементы, микроконтроллеры, микропроцессоры, микросхемы памяти, триггеры, регистры, счетчики, мультиплексоры, микросхемы цифровой обработки сигналов, программируемые логические интегральные схемы);
- гибридные элементы (таймер, мультивибратор, аналогово-цифровой преобразователь);
- звуковые и световые индикаторы (семисегментный индикатор, цветные пробники логического уровня, зуммер, лампа накаливания);
- разъемы.
Широкий набор приборов позволяет производить измерения различных величин, задавать входные воздействия, строить графики. Все приборы изображаются в виде, максимально приближенном к реальному, поэтому работать с ними просто и удобно. В программе используется большой набор виртуальных инструментов (рис. 4) для проведения измерений: мультиметр, функциональный генератор, ваттметр, 2-х- и 4-хканальный осциллограф, характериограф-IV, плоттер Боде, частотомер, генератор слов, логический анализатор, логический преобразователь, измеритель нелинейных искажений, анализатор спектра, панорамный анализатор, токовый пробник, функциональный генератор Agilent, мультиметр Agilent, осциллограф Agilent, осциллограф Tektronix, измерительный пробник, приборы LabVIEW:
- измеритель характеристик полупроводниковых приборов (BJT Analyzer);
- измеритель комплексных сопротивлений (Impedance Meter);
- микрофон (Microphone);
- динамик (Speaker);
- анализатор сигналов (Signal Analyzer);
- генератор сигналов (Signal Generator);
- потоковый генератор сигналов (Streaming Signal Generator).
Рис. 4. Виртуальные измерительные приборы программы Multisim
Виртуальные приборы Multisim – это программные модели контрольно-измерительных приборов, которые соответствуют реальным приборам. Использование виртуальных приборов в Multisim – это простой и понятный метод взаимодействия со схемой, почти не отличающийся от традиционного при тестировании или создании радиоэлектронного устройства, самый простой способ проверить поведение разработанной схемы. Результаты моделирования можно вывести на принтер или передать в текстовый или графический редактор для их дальнейшей обработки. Необходимым условием для эффективного использования Multisim является понимание алгоритмов, реализованных в программе и знание принципов построения моделей электронных компонентов. Неправильное применение моделей компонентов, настройка и использование вычислительных алгоритмов могут привести к получению ошибочных результатов моделирования.
Программа Ultiboard используется для разработки печатных плат, выполнения определенных функций CAD систем и подготовки результатов проектирования к производству. В комплекте с Multisim, Ultiboard является мощным средством для проектирования электронных устройств, имеющим набор команд позволяющих создавать и редактировать контактные площадки и компоненты электрорадиоэлементов печатной платы. Программа Ultiboard обладает возможностью автоматизированного размещения компонентов на плате (рис. 5) а также ручной и автоматической трассировки (рис. 6), и предоставляет разработчикам возможность работать в ее среде как в системе 3D моделирования, в результате чего печатная плата и ее компоненты будут отображены в реальном виде. Средства Ultiboard позволяют формировать 3-хмерные модели компонентов из плоских графических данных из библиотек топологических посадочных мест, разрабатывать собственные модели посредством импорта сложных контуров компонентов из механических САПР, а также при помощи специального мастера.
Рис. 5. Импортированный из Multisim проект
Рис. 6. Цветные маркеры в местах возникновения ошибок и информация об ошибках допущенных в процессе ручной трассировки
Для большинства разрабатываемых многослойных печатных плат характерно наличие внутренних полностью или частично металлизированных слоев, используемых, как правило, для подводки питания и отдельных областей металлизации на сигнальных слоях, используемых в основном для экранирования. На рисунке 7 показана разработанная в Ultiboard 3D-модель платы до и после создания слоя питания.
Рис. 7. 3D-модель платы до и после создания слоя питания
В программе Ultiboard есть возможность создания компонентов электрорадиоэлементов печатной платы, для чего используется мастер «Создатель корпуса», который предоставляет разработчику возможность создавать компоненты со штыревыми и планарными выводами. Процесс создания компонента при помощи мастера состоит из нескольких шагов, на которых разработчику будет предложено заполнить поля ввода – задать размеры контура корпуса компонента, общее число выводов, форму контактных площадок, расстояние между контактами в посадочном месте.
Рис. 8. Создание 3D-формы компонента со штыревыми выводами в Ultiboard
При помощи данного мастера разработчик имеет возможность создавать компоненты:
- микросхем и некоторых других электрорадиоэлементов в корпусах Dual In-line Package (DIP), монтаж которых производится в отверстия печатной платы. В таких корпусах могут выпускаться различные полупроводниковые или пассивные электрорадиоэлементы (микросхемы, сборки диодов, генераторы, усилители);
- микросхем, имеющих планарные выводы, расположенные с 4-х сторон корпуса Quad Flat Package (QFP);
- транзисторов и других полупроводниковых приборов, в том числе и микросхем (например, интегральных стабилизаторов напряжения);
- микросхем, которые производятся в корпусах BGA/PGA.
Почти все проектировщики выбрали Multisim & Ultiboard в качестве среды разработки электронных устройств благодаря наличию интерактивных компонентов, возможности контроля и снятия данных с измерительных приборов в процессе моделирования схем, а также благодаря возможности проведения измерения аналоговых и цифровых сигналов. Большим преимуществом является наличие в данной среде разработки программы проектирования топологии печатных плат.