Multisimの概要:短時間でキャプチャ、シミュレーション、レイアウトする方法を学ぶ

更新しました May 30, 2021

NI Multisimは、エンジニア、学生、教職員の方が電子回路のシミュレーションやプリント回路基板(PCB)のプロトタイプ作成に使用できる、強力な回路図キャプチャおよびシミュレーション環境です。この記事では、あなたの初めてのMultisimでの設計のために、キャプチャ、シミュレーション、およびレイアウトする方法を説明します。

この記事の回路例はアンプ回路です。この非反転オペアンプ構成には、アクティブエレメント(オペアンプ)と2つのパッシブ抵抗エレメントが含まれ、これらを使用してフィードバックネットワークを完成させ、回路にゲインを提供します。

1はじめに

この導入例では、標準の非反転オペアンプ回路をシミュレートします(図1を参照)。この非反転増幅器の利得は、利得= 1 + R1 / R2によって計算されます。したがって、 R1 = R2の場合、ゲインは2に等しくなります。これはMultisimでインタラクティブシミュレーションを実行することで確認できます。

図1. 非反転増幅器回路

 

2.パートA:コンポーネントの選択

まず、Multisim環境で回路図を描画します。

  1. [すべてのプログラム]»[National Instruments]» [Circuit Design Suite13.0]»[Multisim13.0]を選択して、Multisimを開きます。
  2. [Place]→[Component]を選択します。図2に示すように、 [Select a Component]ウィンドウコンポーネントブラウザとも呼ばれます)が表示されます。

図2.  コンポーネントウィンドウを選択します

コンポーネントブラウザは、データベースコンポーネントを3つの論理レベルに分割します。Master Databaseには、すべての出荷コンポーネントが読み取り専用形式で含まれています。Corporate Databaseには、同僚と共有したいカスタムコンポーネントを保存できます。最後に、User Databaseはカスタムコンポーネントが保存される場所であり、特定の設計者のみが使用できます。

追加ポイント

  • コンポーネント(またはパーツ)は「グループ」と「ファミリー」に編成され、共通のパーツを直感的かつ論理的に組み合わせて、検索をより簡単かつ効果的にします。
  • コンポーネントブラウザは、コンポーネント名、シンボル、関数の説明、モデル、およびパッケージを1つのポップアップウィンドウに表示します。
  1. [Source]グループを選択し、POWER_SOURCESシリーズを選択します。
  2. GROUNDコンポーネントを選択します(図2を参照)。
  3. [OK]をクリックします。 「コンポーネントの選択」ウィンドウが一時的に閉じられ、グラウンドシンボルがマウスポインタにくっついています。
  4. マウスを作業領域の適切な位置に移動し、マウスの左ボタンを1回クリックしてコンポーネントを配置します。コンポーネントを配置すると、 [コンポーネントの選択]ウィンドウが自動的に再び開きます。
  5. もう一度[Source]グループに移動し、 POWER_SOURCESシリーズを選択します(前の選択でまだ選択されていない場合)。
  6. DC_POWERコンポーネントを選択します。
  7. DC_POWERコンポーネントを回路図に配置します。
  8. 手順7、8、および9を繰り返して、2番目のDC_POWERコンポーネントを配置します。

 

追加ポイント

  • 電源とアースがないと、シミュレーションは実行されません。
  • 複数のコンポーネントが必要な場合は、上記の配置手順を繰り返すか、1つのコンポーネントを配置してから、コピー(Ctrl + C)と貼り付け(Ctrl + V)を使用して、必要に応じて他のコンポーネントを配置できます。
  • デフォルトでは、「Select a Component」ウィンドウは、コンポーネントが配置されるまで常にポップアップウィンドウとして返されます。ウィンドウを閉じて、回路図入力ウィンドウに戻ります。

 

ここで、前の手順で説明した手法を使用して、残りの回路コンポーネントを配置します。

  1. AnalogグループとOPAMPファミリーを選択してください。
  2. [Component]フィールドにAD712と入力します。
  3. 次の図に示すように、AD712SQ / 883Bコンポーネントを選択します。

図3. オペアンプの選択

このコンポーネントは、[A]タブと[B]タブに示されているように、マルチパートコンポーネントであることに注意してください。

  1. AD712SQ / 883BコンポーネントのパーツAを作業領域に配置します。
  2. 「Select a Component」ウィンドウに戻ります。
  3. Basicグループ、Resistorファミリーを選択します。
  4. 1kΩの抵抗を選択します。[Footprint manufacturer/type]フィールドで、[IPC-2221A/2222/RES1300-700X250]を選択します。
  5. 抵抗器を配置します。

 

注:コンポーネントがマウスポインターに貼りついている場合、キーボードショートカット<Ctrl + R>を使用して、コンポーネントを配置する前に回転させることができます。

 

  1. 手順16、17、および18を繰り返して、別の1kΩ抵抗を配置します。
  2. SourcesグループのSIGNAL_VOLTAGE_SOURCESファミリーを選択し、AC_VOLTAGEコンポーネントを配置します。この時点で、回路図は次の図のようになります。

図4.作業領域に配置されたコンポーネント。

 

3.パートB:回路図の配線

Multisimはモードレス配線環境です。これは、Multisimがマウスの位置によってマウスポインタの機能を決定することを意味します。配置、ルーティング、編集ツールのいずれかを選択するためにメニューに戻る必要はありません。

  1. コンポーネントのピンの近くにマウスポインタを移動して、配線を開始します。マウスは、デフォルトのマウスポインタではなく、十字線として表示されます。
  2. 部品のピン/端子(この場合はオペアンプの出力ピン)をクリックして、初期端子を配置します。
  3. マウスを別の端子に移動してワイヤを完成させるか、ダブルクリックしてワイヤの端を回路図ウィンドウのフローティング位置に固定してワイヤを完成させます。
  4. コピー<Ctrl + C>および貼り付け<Ctrl + V>を使用して、地面のシンボルのコピーを作成します。
  5. 図5に示すように、配線を完了します。画面上に記されている番号(ネットと呼ばれます)は気にしないでください。

図5.配線図。

最後の重要なステップは、ページ上のコネクタを使用して、仮想接続を介して電源端子をオペアンプの正および負の電源レールに接続することです。

  1. 「Place」»「Connector」»「On-page Connector」を選択し、V1電源のプラス側に接続します。 「On-page Connector」ウィンドウが開きます。
  2. Connector nameフィールドに+Vと入力し、[OK ]をクリックします。
  3. 同様の手順で別のオンページコネクタを選択し、オペアンプの端子8に接続します。ページのコネクタウィンドウが再び開きます。
  4. 「Available connectors」リストの中から +Vを選択し、「OK」をクリックします。これによりV1 DC電源の正極は、仮想接続を介してオペアンプのピン8に接続されます。
  5. 手順6〜9を繰り返してV2のマイナス端子をオペアンプのピン4に接続します。オンページコネクタに-Vという名前を付けます。回路図は次の画像のようになります。

図6.ページコネクタ付きの回路図。

 

4.パートC:回路のシミュレーション

これで、インタラクティブなMultisimシミュレーションを実行できます。ただし、データを視覚化する方法が必要です。 Multisimは、測定を視覚化およびシミュレートするためのツールを提供します。さまざまな計測器が右側のメニューバーにあり、次のアイコンで示されます。

図7. 計測器ツールバー

  1. メニューからOscilloscopeを選択し、回路図に配置します。
  2. オシロスコープのチャネルA端子とチャネルB端子を増幅回路の入力と出力に接続します。
  3. 接地コンポーネントを配置し、オシロスコープのマイナス端子に接続します。
  4. チャネルBに接続されているワイヤを右クリックして、Segment colorを選択します。
  5. 青い色合いを選択し、[ OK ]ボタンをクリックします。回路図は図8のようになります。

図8. オシロスコープを回路図に接続します

  1. Simulate→Runを選択して、シミュレーションを開始します。
  2. オシロスコープをダブルクリックしてフロントパネルを開き、シミュレーション結果を観察します(図9)。予想通り、入力信号は2倍に増幅されました。
  3. シミュレーションツールバーの赤い停止ボタンを押して、シミュレーションを停止します。

図9. シミュレーション結果

 

5.パートD:PCBレイアウトへの転送

これで、MultisimデザインをPCBレイアウト用のUltiboardに転送する準備が整いました。これを準備するときは、ソース(電源、信号)とグランドが仮想コンポーネントであるため、Ultiboardに送信できないことを考慮する必要があります。さらに、すべてのコンポーネントにフットプリント情報が含まれている必要があります。電源とアースの代わりにコネクタを使用することをお勧めします。

  1. 回路図からV1、 V2V3およびオシロスコープを削除します。ページ上のコネクタを取り外さないでください。
  2. 「コンポーネントブラウザ」を開き、ConnectorsグループのTERMINAL_BLOCKSファミリーにある282834-4を配置します。このコネクタは、電源(+ V-V )を接続するために使用されます。
  3. 次の図に示すように、コネクタのピン1を+ Vオンページコネクタに接続し、ピン4を–Vオンページコネクタに接続し、ピン2と3をグランドに接続します。

図10. ターミナルブロックを接続

  1. 別の282834-4ターミナルブロックを作業領域に配置します。このコネクタは、入力信号と出力信号を接続するために使用されます。
  2. コネクタのピン1をオペアンプのピン3(入力)に接続します。
  3. コネクタのピン2をオペアンプのピン1(出力)に接続します。
  4. コネクタのピン3をアースに接続します。回路図は次のようになります。

図11. ターミナルブロックのある回路図

  1. 「Transfer」→「Transfer to Ultiboard」→「Transfer to Ultiboard13.0」を選択し、ネットリストファイルを保存します。 Ultiboardが自動的に開きます。
  2. OK」をクリックして、「Import Netlist」ウィンドウにリストされているすべての操作を受け入れます。 Ultiboardは、デフォルトのボードアウトラインを作成します。図12に示すように、すべてのコンポーネントが回路基板の輪郭の外側に配置され、黄色の線(マーク線)がピン間の接続を示していることに注意してください。

図12. Multisimから転送されたデフォルトのボードアウトラインとパーツ

この演習では、2x2インチのボードを使用します。回路基板のアウトラインのサイズを調整するには、以下の手順に従ってください。

  1. 画面の左側にある「DesignToolbox」を見つけます。
  2. Layer」タブを選択し、「Board Outline」をダブルクリックして、以下に示すようにレイヤーを有効にします。

図13. デザインツールボックス

デザインツールボックスレイヤータブを使用して、設計された層の間に移動し、層の外観を制御することができます。

  1. ツールバー領域に移動し、下の図を参照して「Select」ツールバーを見つけます。

図14. Selectツールバー

Select」ツールバーには、選択フィルターを制御するための機能が含まれています。つまり、これらのフィルターはマウスポインターが選択できるものを制御します。

  1. 「Enable selecting other objects」以外のすべてのフィルターを無効にします。
  2. 作業領域でボードのアウトラインをダブルクリックして、[Rectangle Properties]ウィンドウを開きます。
  3. [Rectangle]タブを選択し、Unitinchに変更して、 WidthHeight2を入力します。
  4. [OK]をクリックします。

 

6.パートE:基板への配置・配線

ボード上にコンポーネントを配置します。

  1. 「Select」ツールバーに移動し、「Enable selecting parts」(パーツ選択を有効)を除くすべてのフィルターを無効にします。
  2. パーツJ2をボードアウトラインにドラッグアンドドロップします。 <Ctrl + R>ショートカットキーを使用してパーツを回転させることができます。
  3. 図15を参考に残りの部品をボードアウトライン内に配置します。

図15.パーツの配置。

この演習では、Copper Top層とCopper Bottom層の両方にトレースを配置します。

  1. 「Design Toolbox」の「Copper Top」をダブルクリックします。
  2. [Place]»[Line]を選択します。
  3. 部品U1 (オペアンプ)を見つけます。ラチェットで示されているように、ピン1をR1に接続する必要があることに注意してください。
  4. パーツU1のピン1をクリックR1に線を引き、R1のピンをクリックしてトレースを完了します。 Escキーを押して、ルーティングモードを終了します。トレースは次の画像のようになります。

図16. 配線の配置

  1. 「DesignToolbox」「CopperBottom」レイヤーをダブルクリックします。
  2. [Place]»[Line]を選択します。
  3. パーツU1のピン2をクリックし、R1に線を引き、ピンをクリックしてトレースを完了します。 Escキーを押して、ルーティングモードを終了します。トレースの色は赤であることに注意してください。これはCopper Bottom層に設定されている色です。
  4. 残りの接続の配置トレースを完了します。回路基板は図17のようになります。

図17. 配線済み基板

  1. 次に示すように、[View]»[3D preview]を選択して、デザインの3Dビューを開きます。

図18. 3Dプレビュー