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工程實習Multisim&Ultiboard
電路模擬與配置楊瑞安
國立中央大學太空科學與工程研究所
2021.10.26
大綱
• 簡介
• Multisim使用說明
• Ultiboard操作介紹
• 作業
簡介
• NI Circuit Design Suite 是一個提供電路模擬以及印刷電路板元件配製的套件軟體– Multisim為電路模擬軟體(Simulation)
– Ultiboard為電路配置軟體(Layout)
Ultiboard
Multisim
電路模擬
• 以積體電路(IC)為重點的模擬程式(Simulation
Program with Integrated Circuit Emphasis, SPICE),是一種電路描述與模擬的語言與模擬器軟體,用於檢測電路的連接和功能的完整性。
• Multisim是一套電路草稿設計與模擬的軟體,並能將成品輸出至更後端的製程,如印刷電路板(Printed Circuit Board, PCB)配製。
電路配置
• Ultiboard 可用於PCB電路板的元件佈局與繞線,包含基本的CAD(電腦輔助設計)功能,並支援輸出後續所需的電路製圖。
Multisim/Ultiboard元件外觀比較
電路設計流程範例
Multisim與設計流程
Ultiboard與設計流程
開始使用Multisim
• 打開Windows, 至Start > All Programs > National Instruments > Circuit Design Suite 14.0 > Multisim 14.0並啟動程式。
• 或至開始功能表,搜尋「Multisim」,並啟動程式。
Multisim介面
置放元件• 從①功能選單中選擇Place > Component來開
啟Select a Component視窗。從Select a Component視窗中選擇元件,按OK後置放元件到⑧工作區中。
• 在⑧工作區中空白處點擊右鍵,從選單中的Place Component亦可開啟Select a Component視窗。
置放元件-七段顯示器
• 試著置放一個七段顯示器
➢ 從①功能選單中選擇。Place>Component,開啟Selecta Component 視窗。
➢ Database選為Master Database,
➢ Group 選為Indicators。
➢ 之後Family點選HEX_DISPLAY,
➢ 找出SEVEN_SEG_DECIMAL_COM_A_BLUE並置放。
注意選擇的元件封裝
元件位置與方向
• 直接用游標拖移元件,來改變位置。
• 先點選元件再按右鍵,找到元件方向調整選項。
– Flip Vertically 垂直翻轉
– Flip horizontally 水平翻轉
– Rotate 90o clockwise 正轉90度
– Rotate 90o counter clockwise 反轉90度
• 利用快捷鍵 Ctrl+R 旋轉元件。
可視範圍
• 按壓滑鼠中鍵來移動可視範圍。
• 以滑鼠滾輪來放大、縮小可視範圍(需額外設定)。– 在①功能選單中選擇Options>Global option
– 在General頁籤中,勾選Center on mouse
接線
• 以游標點選元件接腳處
• 或空白處左鍵雙擊(此時游標為十字型)並移動,一條接線便會產生,並跟隨著游標。
• 將該接線拖移至另一元件的某一接腳並點擊,完成連線。
– 完成的接線能以滑鼠選取並調整
– 使用 ESC 鍵離開接線模式
屬性視窗
• 滑鼠右鍵點擊元件,點選Properties; 或直接雙擊元件,開啟屬性視窗。
• 多數元件皆能在屬性視窗中做細部設定。
七段計數器電路設計
材料清單
開始七段記數器的模擬
• 透過①功能選單中 Simulate > Run/Stop 來開啟/關閉模擬,並觀察七段顯示器的變化。
• 也能夠從工具列中啟動模擬(右下圖)。
加入示波器並模擬
• 從①功能選單中選擇 Simulate > Instruments > Oscilloscope,並將待測訊號與示波器連線。
反向放大器
材料清單
Ultiboard 操作
以內建的範本為例
Ultiboard介面
開啟Ultiboard範本
• 從①功能選單中選擇 File > Open samples,打開Getting Started 資料夾,並開啟GettingStarted.ewprj專案。
• 從①功能選單中的File > Save as… 將專案另存為一個新專案。把新專案儲存在容易找到的位置。
• 在⑪設計工具箱的Project頁籤中,選擇GS5。
選取設定• 在⑪設定工具箱Layers頁籤中,可選取編輯圖層
,也可利用勾選方式,調整工作區顯示狀況。已選擇的圖層其字底為紅色。
• 透過③選取工具列決定目前可選取項目,能快速的啟用或關閉⑨工作區中,精準利用不同類別物件的選取性,更加方便使用電路佈局軟體。
設定座標參考點
• 在①功能選單中選擇Design > Set reference point,並透過游標來放置參考點。
• 透過<Shift-8>快捷鍵設定參考點座標。
元件與屬性表單
• 在⑩屬性表單的Parts分頁中,移動到Board Outline內的元件,指示燈會顯示為亮綠色。
• 使用者可以透過⑩屬性表單檢視元件(Parts)、接線(Net)、接點(pads)、貫孔(Vias)、群組(Group)等資訊。
置入工作元件方法
• 以置入U1元件至工作區為例:– 在⑪設計工具箱的Layers頁籤
中,選擇Copper Top。
– 以滑鼠移動U1元件至Board Outline內。
• 移動元件時,導引線(Ratsnest)會跟著移動。
置入工作元件方法(續)• 以滑鼠拖曳⑩屬性表單中Parts分頁內的元件指示
燈,至⑨工作區中,完成元件的移動(注意拖曳至Board Outline內指示燈會亮起)。
導引線(Ratsnest)
• 導引線是黃色的長直線,連結各元件的接腳,由Netlist定義。
• Netlist在Multisim專案匯出時即包含。
• 可透過Netlist editor來更新Netlist:在①功能選單,選取Tools > Netlist editor。
將所有元件置入Board Outline裡
對齊
• 以游標框選或以<Shift>鍵選取多個元件後,從①功能選擇欲對齊的方式。
• 在Edit > Align也能找到元件分佈的選項。
• 對齊功能也能夠在滑鼠右鍵的選單中找到。
• 使用Lock鎖著元件,強化對齊的功能。
接線
• 在⑪設計工具箱的Layers分頁中,選擇Copper Top。
• 在④繪圖設定列中,將線寬設定為0.5mm(右上圖)
• 選取①功能選單中的Place > Line 進入接線模式。
• 在⑨工作區中,先點選某一個元件接腳,再依導引線的輔助,完成接線(右下圖)。
• 完成的接線能以滑鼠選取並調整。
• 使用<ESC>鍵離開接線模式。
接線(續)
• ①功能選單中Place > Line功能,也能在⑥功能面板中的Line工具找到。
• 試著使用①功能選單中Place > Follow-me的功能。
• 在⑩屬性表單中Nets分頁中,可以看到所有接線的屬性
Multisim輸出至Ultiboard
• 在Multisim的功能選單中,找到Transfer > Transfer to Ultiboard > Transfer to Ultiboard 14.0
Multisim輸出至Ultiboard(續)
匯入完成
設計檢查:DRC與CC
• DRC與CC在功能選單中的Design > DRC and netlist check 與 Design > Connectivity check… 中
• DRC(Design rules check)能檢查出Ultiboard中不符合設計規則的繞線與佈件。– Netlist check會檢查Netlist在與Multisim同
步或更改Netlist後可能造成的錯誤。
• CC(Connectivity check…) 會找出Ultiboard設計中的未接線與半接線。
• 開始電路佈局輸出前,請先完成所有檢查!
電路佈局輸出
• 在Ultiboard的①功能選單中的File > Export 開始電路佈局輸出
• 依照電路板廠或打件廠的需要,輸出適當的檔案
佈件類比原則
• 在Ultiboard上佈件,應依功能群組,劃分不同的電路板佈件區,功能群組的劃分則基於Multisim設計。
作業注意事項
• 繞線寬至少0.3mm,應避免走銳角。繞線平面以Copper Bottom為主。
• 元件全部接擺放在Copper Top,繞線可走Copper Top。
• 一般來說,電源線路(例如:VSS與VDD)的無極性電容愈接近IC效果愈好。
• 注意接地孔位必須和接頭接地在同一區域,否則就必須跳線。
• 要達到最佳佈局,請參照「佈件類比原則」
• 元件之間靠太近會導致裝配不易;離電路板邊緣太近則不容易被保護。
• 強烈建議不要使用自動佈件與繞線。
• 電路佈局輸出前,記得做DRC與CC。
離子探測器電路圖
離子探測器電路圖(續)
離子探測器電路接線圖
離子探測器電路接線圖
電路功能群組
離子探測器電路3D模擬器
作業一完成七段計數器電路設計
作業二完成反向放大器
作業說明
作業一、二
• 分別完成兩組電路。
• 簡單說明其功能並演示結果(文字、圖片、影片皆可)。
作業三
• 打開RPA_homework.ewprj,該Ultiboard檔為離子探測器的電路佈局設計,其中部分的元件擺放已經完成,試著去完成整個設計。
• RPA_final.ms14為該設計的Multisim檔,請參考該設計。