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。

作業繳交

• 將檔案寄至信箱。

• 一組一份。

• 作業上請寫上組別，電子檔名：工程實習_第x組。

• 信箱：ruey.an.yang.02@gmail.com

• 繳交期限：11/9(二) 中午12:00