Multisim 소개 : 30분 안에 캡처, 시뮬레이션 및 레이아웃 배우기

1. 소개

이 소개 예제에서는 표준 비반전 연산 증폭기 회로를 시뮬레이션합니다 (그림 1 참조). 이 비반전 증폭기의 이득은 Gain = 1 + R1 / R2 식으로 계산됩니다. 따라서 R1 = R2 이면 이득은 2 이며 Multisim에서 대화형 시뮬레이션을 실행할 때 확인할 수 있습니다.

그림 1. 비반전 증폭기 회로

2. 파트 A : 구성 요소 선택

먼저 Multisim 환경에서 회로도를 그립니다.

1. 모든 프로그램 » National Instruments » Circuit Design Suite 13.0 » Multisim 13.0 을 선택하여 Multisim을 엽니 다.
2. 장소 » 구성 요소를 선택합니다. 그림 2와 같이 구성 요소 선택창( 구성 요소 브라우저라고도 함)이 나타납니다.

그림 2. 구성 요소 선택 창

구성 요소 브라우저(Component Browser)는 데이터베이스 구성 요소를 세 가지 논리적 수준으로 나눕니다. 마스터 데이터베이스(Master Database)에는 읽기 전용 형식의 모든 기본 제공 구성 요소가 포함됩니다. 회사 데이터베이스(Corporate Database)에서 동료와 공유할 사용자 지정 구성 요소를 저장할 수 있습니다. 마지막으로 사용자 데이터베이스(User Database)는 사용자 지정 구성 요소가 저장되는 곳이며 특정 설계자만 사용할 수 있습니다.

추가 포인트

• 구성 요소(또는 부품)는 "그룹(Groups)" 과 "패밀리(Families)" 로 구성되어 공통 부품을 직관적이고 논리적으로 결합하고 검색을 보다 쉽고 효과적으로 수행할 수 있습니다.
• 구성 요소 브라우저는 단일 팝업 창에 구성 요소 이름, 기호, 기능 설명, 모델 및 패키지를 표시합니다.

3. 소스(Sources) 그룹을 선택하고 POWER_SOURCES 시리즈를 선택하십시오.
4. GROUND 구성 요소를 선택합니다(그림 2 참조).
5. 확인을 클릭합니다. "Select Components" 창이 일시적으로 닫히고 접지 기호가 마우스 커서에 "매핑"되었습니다.
6. 작업 영역의 적절한 위치로 커서를 이동한 다음 클릭하여 구성 요소를 배치합니다. 구성 요소를 배치하면 " 구성 요소 선택" 창이 자동으로 다시 열립니다.
7. 소스 그룹으로 다시 이동 하여 POWER_SOURCES 시리즈를 선택합니다. (이전 선택에서 아직 선택하여 강조 표시되지 않은 경우).
8. DC_POWER 구성 요소를 선택합니다.
9. 회로도에 DC_POWER 구성 요소를 배치합니다.
10. 7, 8, 9 단계를 반복하여 두 번째 DC_POWER 구성 요소를 배치합니다.

추가 항목

• 전원과 접지가 없으면 시뮬레이션이 실행되지 않습니다.
• 여러 구성 요소가 필요한 경우 표시된 배치 단계를 반복하거나 한 구성 요소를 배치한 다음 복사(Ctrl + C) 및 붙여넣기(Ctrl + V)를 사용하여 필요에 따라 다른 구성 요소를 배치할 수 있습니다.
• 기본적으로 "구성 요소 선택" 창은 구성 요소가 배치될 때까지 항상 팝업 창으로 돌아갑니다. 창을 닫고 회로도 입력 창으로 돌아갑니다.

이제 이전 단계에서 설명한 기술을 사용하여 나머지 회로 구성 요소를 배치합니다.

11. Analog 그룹과 OPAMP 패밀리를 선택합니다.
12. "Component"필드에 AD712를 입력합니다.
13. 아래 그림과 같이 AD712SQ / 883B 구성 요소를 선택합니다.

그림 3. 연산 증폭기 선택

이 구성 요소는 A 및 B 탭에 표시된 것처럼 여러 부분으로 구성된 구성 요소입니다.

14. AD712SQ / 883B 구성 요소의 A 부분을 작업 영역에 놓습니다.
15. "구성 요소 선택" 창으로 돌아갑니다.
16. Basic 그룹, Resistor 패밀리를 선택합니다.
17. 1kΩ 저항을 선택하십시오. Footprint manufacturer/type 필드에서 IPC-2221A/2222/RES1300-700X250을 선택합니다.
18. 저항을 놓습니다.

참고 : 구성 요소가 커서에 가려진 경우 키보드 단축키 <Ctrl + R>을 사용하여 구성 요소를 배치하기 전에 회전할 수 있습니다.

19. 16, 17, 18 단계를 반복하여 다른 1kΩ 저항을 배치합니다.
20. Sources 그룹, SIGNAL_VOLTAGE_SOURCES 패밀리를 선택한 다음 AC_VOLTAGE 구성 요소를 배치합니다. 이 시점에서 회로도는 다음 그림과 같아야합니다.

그림 4. 작업 영역에 배치된 구성 요소

3. 파트 B : 배선도

Multisim은 모덜리스(modeless) 배선 환경입니다. 이것은 Multisim이 마우스 커서의 위치에 따라 마우스 포인터의 기능을 결정한다는 것을 의미합니다. 배치, 라우팅 및 편집 도구 중에서 선택하기 위해 메뉴로 돌아갈 필요가 없습니다.

1. 구성 요소의 핀 근처에서 마우스 포인터를 이동하여 배선을 시작합니다. 커서는 기본 마우스 포인터 대신 십자형 커서로 표시됩니다.
2. 부품의 핀/터미널(이 경우 연산 증폭기의 출력 핀)을 클릭하여 초기 터미널을 배치합니다.
3. 마우스를 다른 터미널로 이동하여 와이어를 완성하거나 와이어 끝을 회로도 창의 부동 위치에 두 번 클릭하여 고정하여 와이어를 완성합니다.
4. 복사<Ctrl + C> 및 붙여 넣기<Ctrl + V>를 사용하여 접지 기호의 복사본을 만듭니다.
5. 그림 5와 같이 배선을 완료합니다. 배선에 표시된 숫자 (네트라고도 함)는 신경쓰지 않아도 됩니다. 

그림 5. 배선 다이어그램

마지막 핵심 단계는 On-page 커넥터를 사용하여 가상 연결을 통해 연산 증폭기의 양극 및 음극 전원 레일에 전원 단자를 연결하는 것입니다.

6. 위치 Place » Connectors » On-page를 선택하고 V1 전원 공급 장치의 양극쪽에 연결합니다. On-page Connector 창이 열립니다.
7. Connector name 필드에 +V 를 입력하고 확인을 클릭합니다.
8. 다른 온 페이지 커넥터를 선택하고 연산 증폭기의 단자 8에 연결합니다. On-page Connector 창이 다시 열립니다.
9. Available connectors에서 +V 연결 목록을 선택한 다음 확인을 클릭합니다. 이제 V1 DC 전원 공급 장치의 양극이 가상 연결을 통해 연산 증폭기의 핀 8에 연결됩니다.
10. 6~9 단계를 반복하여 V2의 음극 단자를 연산 증폭기의 핀 4에 연결합니다. On-page connector 이름을 -V로 지정 합니다. 이제 회로도가 아래 이미지와 같아야합니다.

그림 6. 페이지 커넥터 완료된 회로도

4. 파트 C : 아날로그 회로

이제 대화 형 Multisim 시뮬레이션을 실행할 수 있습니다. 그러나 데이터를 시각화하는 방법이 필요합니다. Multisim은 측정을 시각화하고 시뮬레이션하는 도구를 제공합니다. 기기는 오른쪽 메뉴 모음에서 찾을 수 있으며 다음 아이콘으로 표시됩니다.

그림 7. Instruments 도구 모음.

1. 메뉴에서 오실로스코프(Oscilloscope)를 선택하고 회로도에 배치합니다.
2. 오실로스코프의 채널 A 및 채널 B 단자를 증폭기 회로의 입력 및 출력에 연결합니다.
3. 접지 구성 요소를 배치하고 오실로스코프의 음극 단자에 연결합니다.
4. 채널 B에 연결된 와이어를 우클릭하고 세그먼트 색상을 선택합니다.
5. 파란색 음영을 선택하고 확인 버튼을 클릭합니다. 회로도는 그림 8과 같아야합니다.

그림 8 . 오실로스코프를 회로도에 연결합니다.

6. 시뮬레이션을 시작하려면 Simulate » Run을 선택합니다.
7. 오실로스코프(Oscilloscope)를 더블 클릭하여 프런트 패널을 열고 시뮬레이션 결과를 관찰합니다(그림 9 참조). 예상대로 입력 신호는 2배 증폭되었습니다.
8. 시뮬레이션 도구 모음에서 빨간색 중지 버튼을 눌러 시뮬레이션을 중지합니다.

그림 9 . 시뮬레이션 결과.

5. 파트 D : PCB 레이아웃으로 전송

이제 PCB 레이아웃을 위해 Multisim 설계를 Ultiboard로 전송할 준비가되었습니다. 이를 준비 할 때 소스 (전원, 신호) 및 접지가 가상 구성 요소이므로 Ultiboard로 전송할 수 없다는 점을 고려해야합니다. 또한 모든 구성 요소에는 외곽 설정 정보가 포함되어야합니다. 전원 및 접지 대신 커넥터를 사용하는 것이 좋습니다.

1. 회로도에서 V1 , V2 , V3 및 오실로스코프를 삭제합니다.  On-page connectors를 제거하지 마십시오.
2. Component Browser를 열고 Connectors 그룹의 TERMINAL_BLOCKS 패밀리에서 282834-4를 배치합니다. 이 커넥터는 전원 공급 장치(+V, -V)를 연결하는데 사용됩니다.
3. 아래 그림과 같이 커넥터의 핀 1을 +V On-page 커넥터에 연결하고 핀 4를 –V On-page 커넥터에 연결하고 핀 2와 3을 접지에 연결합니다.

그림 10. 터미널 블록을 연결합니다.

4. 작업 영역에 다른 282834-4 터미널 블록을 놓습니다. 이 커넥터는 입력 및 출력 신호를 연결하는데 사용됩니다.
5. 커넥터의 핀1을 연산 증폭기의 핀3(입력)에 연결합니다.
6. 커넥터의 핀2를 연산 증폭기의 핀1(출력)에 연결합니다.
7. 커넥터의 핀3을 접지에 연결합니다. 회로도는 아래 그림과 유사합니다.

그림 11. 정션 박스가있는 회로도.

8. Transfer » Transfer to Ultiboard » Transfer to Ultiboard 13.0을 선택한 다음 넷리스트 파일을 저장합니다. Ultiboard가 자동으로 열립니다.
9. Import Netlist 창에 나열된 모든 작업을 승인하려면 확인을 클릭하십시오. Ultiboard는 기본 보드 개요를 생성합니다. 모든 구성 요소는 회로 기판의 외곽선 외부에 배치되며 노란색 선 (표시선)은 그림 12와 같이 핀 간의 연결을 나타냅니다.

그림 12. Multisim에서 전송 된 기본 보드 개요 및 부품.

이 연습에서는 2x2 인치 보드를 사용합니다. 아래 단계에 따라 회로 기판 외형의 크기를 조정하십시오.

10. 화면 왼쪽에서 Design Toolbox를 찾습니다.
11. Layers 탭을 선택하고 Board Outline을 더블 클릭하여 아래와 같이 레이어를 활성화합니다.

그림 13. 디자인 도구 상자.

Design Toolbox의 Layers 탭을 사용하면 설계 층 사이를 이동하고 레이어의 모양을 제어할 수 있습니다.

12. 툴바 영역으로 이동하여 아래 그림을 참조하여 Select 툴바를 놓습니다.

그림 14. Select 툴바

Select 툴바에는 선택 필터를 제어하는 기능이 있습니다. 즉, 이러한 필터는 마우스 포인터가 선택할 수 있는 항목을 제어합니다.

13. Enable selecting other objects를 제외한 모든 필터를 비활성화합니다.
14. 작업 영역에서 보드 외곽선을 더블 클릭하여 Rectangle Properties 창을 엽니 다.
15. Rectangle 탭을 선택하고, Units을  inch로 단위 변경하고, Width에 2, Height에 2를 입력합니다.
16. 확인(OK)을 클릭합니다.

6. 파트 E : 보드 라우팅

보드에 구성 요소를 놓습니다.

1. Select 툴바로 이동하여 Enable selecting parts를 제외한 모든 필터를 비활성화합니다.
2. J2 부분을 Board Outline으로 끌어다 놓습니다. <Ctrl + R> 단축키를 사용하여 부품을 회전할 수 있습니다.
3. 그림 15를 가이드로 사용하여 나머지 부품을 회로 기판의 윤곽선 내에 배치합니다.

그림 15. 부품 배치.

이 연습에서는 구리 상단 및 하단 구리 레이어 모두에 트레이스를 배치합니다.

4. Design Toolbox에서 Copper Top Layer를 더블 클릭합니다.
5. Place » Line을 선택합니다.
6. 부품 U1(연산 증폭기)을 찾습니다. 핀1은 표시된대로 R1에 연결되어야합니다.
7. 마무리를 위해 핀을 클릭 한 후, 부품 U1의 1번 핀을 클릭하여 R1으로 선을 그어야합니다. Esc를 눌러 라우팅 모드를 종료합니다. 결과 트레이스는 아래 이미지와 같습니다.

그림 16. 경로 만들기

8. Design Toolbox에서  Copper Bottom 레이어를 더블 클릭합니다.
9. Place » Line을 선택합니다.
10. 트레이스 라인 생성을 완료하기 위해 핀을 클릭한 후, 부품 U1의 핀 2를 클릭 R1에 선을 긋습니다. Esc를 눌러 라우팅 모드를 종료합니다. 트레이스의 색상은 Copper Bottom 레이어에 대해 구성된 색상 인 빨간색입니다.
11. 나머지 연결의 트레이스 배치를 완료하십시오. 회로 기판은 그림 17과 같아야합니다.

그림 17. 배선된 보드.

12. View » 3D Preview를 선택하여 아래와 같이 디자인의 3D 보기를 엽니 다.

그림 18. 3D 미리보기.