第二章Multisim電路設(shè)計進階Multisim電路系統(tǒng)設(shè)計與仿真教程課件CONTENTS擴展元件1大規(guī)模電路設(shè)計3電氣規(guī)則檢查2電路設(shè)計向?qū)?內(nèi)容提要本章主要分4節(jié)介紹了Multisim電路設(shè)計，可以通過編輯元件和新建元件增加新的元件，在仿真前進行電氣規(guī)則檢查的方法，設(shè)計大規(guī)模電路時可以通過多頁平鋪設(shè)計、子電路設(shè)計和層次化設(shè)計來增加電路設(shè)計的靈活性。同時Multisim還提供了4個典型電路的設(shè)計向?qū)В奖阌脩羰褂谩?.1擴展元件

盡管Multisim包含了大量種類的元件，但不可避免會遇到缺少用戶所需仿真元件的問題。在通常情況下有三種解決問題的方法：一是用性能參數(shù)相近的器件代替，但這樣仿真結(jié)果可能會有差別；二是用戶通過EDA網(wǎng)站購買所需的元件模型，但需要注意的是購得的僅僅是該元件的PSpice模型，元件圖形和引腳等信息還需進行進一步的修改才可使用；對于缺乏條件的用戶，也可在Multisim中自己創(chuàng)建元件或?qū)ΜF(xiàn)有元件模型進行修改。創(chuàng)建一個全新的元件模型非常復(fù)雜，需要事先獲得元件的詳細資料，且需輸入很多細節(jié)，因此用戶應(yīng)盡量對已存在的模板進行修改，以較少創(chuàng)建新元件的工作量及避免操作錯誤。2.1擴展元件

1）編輯元件

下面我們通過一個三極管模型修改的例子來了解在已有元件的基礎(chǔ)上創(chuàng)建元件的方法。從元件工具欄中找到三極管2N2222A，然后放置到工作區(qū)內(nèi)，雙擊該元件打開元件屬性窗口，其Value頁如圖2-1所示，點擊EditComponentinDB按鈕打開元件編輯對話框，如圖2-2所示。圖2-12N2222元件的Value屬性頁圖2-2元件編輯對話框2.1擴展元件

元件編輯對話框中包含七頁設(shè)置頁，下面將介紹各頁的主要內(nèi)容：圖2-3General頁General頁：該頁包含元件的一般屬性，如元件名、設(shè)計時間、設(shè)計者和元件的功能描述，如圖2-3所示。2.1擴展元件

Symbol頁：該頁中可對元件在電路圖中的符號顯示形式進行編輯，如圖2-4所示?！癗umberofPins”欄用于設(shè)置引腳的個數(shù)；“NumberofSection”欄用于設(shè)置一個芯片中封裝該元件的個數(shù)；元件符號可選擇美國的ANSI標準或IEC標準；點擊右邊的“Edit”按鈕可彈出圖2-5所示的元件符號編輯器；點擊“CopyfromDB”按鈕可以從元件數(shù)據(jù)庫中復(fù)制一個已有元件符號；點擊“Copyto”按鈕可以將當前編輯好的元件符號保存到元件數(shù)據(jù)庫中。圖2-4的下方圖形為當前元件符號的顯示，圖形左邊為符號引腳的列表，單擊左邊欄內(nèi)表格可修改引腳名稱，單擊右邊欄內(nèi)表格可修改該引腳從屬于哪部分元件。圖2-4Symbol頁圖2-5元件符號編輯器2.1擴展元件

Model頁：該頁用于修改元件模型，如圖2-6所示，包含模型名、Pspice模型數(shù)據(jù)和元件符號引腳對應(yīng)的名稱?！癆ddfromComponent”按鈕可從元件庫中加入新的元件模型；“Add/Edit”按鈕用于對增加或編輯Multisim數(shù)據(jù)庫中新建或已存的模型；“DeleteaModel”按鈕用于刪除模型名稱列表中的所選模型。圖2-6Model頁2.1擴展元件

對元件模型參數(shù)的改變還可通過圖2-1元件屬性窗口中的“EditModel”按鈕打開圖2-7的模型編輯窗口進行。該窗口中的三極管Pspice模型參數(shù)共有41個，各參數(shù)的名稱后括號內(nèi)對應(yīng)了該項參數(shù)的意義，各參數(shù)的數(shù)值可根據(jù)具體需要進行修改。窗口下方的“ChangeComponent”按鈕是將參數(shù)的改變應(yīng)用到當前元件；“ChangeAllComponent”按鈕是將參數(shù)的改變應(yīng)用到工作區(qū)內(nèi)的所有相同元件；“Restoretodefault”按鈕是恢復(fù)更改前參數(shù)。圖2-7Model頁2.1擴展元件

PinParameter頁：該頁主要包括元件類型及引腳參數(shù)的相關(guān)設(shè)置，如圖2-8所示。Footprint頁：該頁包含元件的封裝類型、引腳號等信息的修改，如圖2-9所示。ElectronicParameters頁：該頁如圖2-10所示，包含元件電氣參數(shù)的描述信息，只是一些說明性信息，對仿真結(jié)果無影響。UserFields頁：該頁如圖2-11所示，用于用戶添加附加的信息。圖2-8PinParameter頁圖2-9Footprint頁圖2-10ElectronicParameters頁圖2-11UserFields頁2.1擴展元件

以上選項頁中的信息修改完成后，點擊窗口下方的Save按鈕，將彈出圖2-12所示的選擇分類對話框。在左邊的分類樹中選擇編輯后元件所屬分類，點擊“AddFamily”按鈕，可在當前分類下再新建元件的所屬系列，該系列可采用美國的ANSI標準或IEC標準。勾選“ReplaceComponentInDesign”項可用已修改后的元件替換電路中的原器件。圖2-12選擇分類對話框2.1擴展元件

2）新建元件

新建元件可在主工具欄中點擊

按鈕創(chuàng)建新元件，或在菜單欄中執(zhí)“Tools/ComponentWizard”命令，將彈出如圖2-13的創(chuàng)建元件向?qū)υ捒?。該向?qū)Ч舶?個步驟，下面我們將以創(chuàng)建一個新的運算放大器為例來對每個步驟分別進行說明：圖2-13選擇分類對話框第一步：如圖2-13所示，在對話框內(nèi)輸入元件名稱、設(shè)計者、元件功能，元件類型等信息。元件類型可選Analog（模擬）、Digital（數(shù)字）。對話框里的四個單選項的功能分別為：創(chuàng)建元件的仿真模型及PCB封裝、僅創(chuàng)建元件的仿真模型、僅創(chuàng)建元件的PCB封裝、創(chuàng)建元件的仿真模型和PLD輸出。2.1擴展元件

第二步：設(shè)置封裝類型，如圖2-14所示。點擊窗口右上角的“SelectaFootprint”按鈕可打開圖2-15的窗口，在相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫下選擇合適的封裝類型后點Select，設(shè)置引腳數(shù)及元件是單封裝還是復(fù)合封裝。圖2-14封裝類型設(shè)置對話框圖2-15選擇封裝窗口2.1擴展元件

第三步：進入第三步后的對話框如圖2-16所示，在該對話框中完成對元件符號的定義。向?qū)ё詣訛樵峙淞艘粋€簡易符號，要修改符號可點擊“Edit”按鈕進入符號編輯器進行修改，也可點擊“CopyfromDB”按鈕從數(shù)據(jù)庫中復(fù)制已有的符號，此處我們選擇AD644LH運放的符號作為當前所創(chuàng)建器件的符號。圖2-16元件符號的定義第四步：主要完成元件引腳的定義，如圖2-17所示。第五步：完成元件符號引腳與封裝引腳的對應(yīng)，如圖2-18所示。圖2-17元件引腳的定義圖2-18設(shè)置引腳對應(yīng)關(guān)系2.1擴展元件

第六步：對元件模型進行修改，如圖2-19所示。點擊“SelectfromDB”按鈕從已有數(shù)據(jù)庫中進行選擇模型，我們依然選擇AD644LH，單擊OK模型數(shù)據(jù)加載到ModelData窗口中，如圖2-20，在該窗口中可以修改運放詳細的信息，如運放的整體特性、輸入/輸出特性、增益頻率特性及運放的零極點的設(shè)置；點擊“LoadfromFile”按鈕，可以從已存在的SPICE格式文件或VHDL執(zhí)行文件中創(chuàng)建元件模型。圖2-19選擇仿真模型圖2-20運放模型編輯窗口2.1擴展元件

第七步：設(shè)置元件符號與模型引腳的對應(yīng)關(guān)系，如圖2-21所示。第八步：彈出如圖2-22所示對話框，該對話框和圖2-12相同，設(shè)置也相同，這里不再贅述。設(shè)置完成后可在用戶設(shè)置的數(shù)據(jù)庫中找到新建的元件。圖2-21元件符號與模型引腳的對應(yīng)圖2-22選擇分類對話框2.2電氣規(guī)則檢查

電氣規(guī)則檢查是基于已建立的規(guī)則檢查電路連接的正確性。選擇菜單欄“Tools/ElectricalRulesCheck”命令可打開電氣規(guī)則檢測設(shè)置窗口，如圖2-23所示，該窗口包含兩個選項頁：ERCOptions：此頁如圖2-23所示，用于ERC檢查的一些基本設(shè)置?！癝cope”部分用于設(shè)定是對當前頁面進行檢查還是對整個設(shè)計進行檢查；“ReportAlso”部分用于設(shè)定另外顯示的部分，如沒有連接的引腳（UnconnectedPins）和不包括的引腳（ExcludedPins），元件的引腳是否包含在ERC檢測中，可在元件屬性的“Pins”頁下進行設(shè)置；“Output”部分可設(shè)置ERC檢測結(jié)果的輸出方式，可選擇顯示到電子表格視窗的“Results”頁面下察看結(jié)果，或?qū)⒔Y(jié)果輸出到指定路徑的文本文件中，也可以彈出窗口來顯示電路中的錯誤列表。圖2-23ERC檢查的基本設(shè)置2.2電氣規(guī)則檢查

ERCRules頁：該頁用于修改ERC檢測的規(guī)則，如圖2-24所示，其中圖形中的符號所代表的引腳類型如表2-1所列，圖中各種顏色代表錯誤的等級不同，如綠色表示正常，黃色表示報警，紅色表示有錯等等。圖2-24中圈框的部分就表示開路集電極與開路基極相連將報告錯誤。圖2-24ERC檢查的規(guī)則設(shè)置ERC符號引腳類型In輸入端（Input）Out輸出端（Oouput）Oc開路集電極（Open_collector）Oe開路發(fā)射極（Open_emitter）Bi雙向端（Bi_directional）Tri三態(tài)端（3-state）Pas無源端（Passive）Pwr電源端（Power，如Vcc、Vdd等）NC無連接（noconnection）表2.1ERC符號意義2.2電氣規(guī)則檢查

下面我們以圖2-25所示的電路為例來進行ERC檢查，ERC的基本設(shè)置和規(guī)則設(shè)置分別如圖2-23和圖2-24所示，點擊“OK”按鈕，將彈出圖2-26所示的錯誤列表，同時電路中將添加錯誤標記，如圖2-25（b）所示。圖2-26錯誤報告

（a）檢查前（b）檢查后圖2-25電路電氣規(guī)則檢查示意圖2.3大規(guī)模電路設(shè)計

本節(jié)將介紹大規(guī)模、更復(fù)雜電路的設(shè)計方法，用戶可以把一個完整的電路分成幾個模塊后在相應(yīng)頁面上分別設(shè)計，也可把某部分電路設(shè)計成功能塊的形式，使總電路能在一張圖中顯示。1）多頁平鋪設(shè)計

當設(shè)計電路圖太大而在一張圖紙中放不下時，可以考慮使用Multisim的多頁平行設(shè)計功能，該功能將電路分割為幾個部分，各部分通過“off”連接器相連。下面我們以50Hz陷波器的設(shè)計為例說明多頁平行設(shè)計。由于正負15V供電電源電路較復(fù)雜，不易和主電路放在同一頁中進行設(shè)計，我們用建立兩個不同的頁面來設(shè)計電路，設(shè)計步驟為：新建一個電路文件，將文件命名為“50Hz陷波器”，然后在菜單欄中的“Place”菜單下選擇“Multi”命令，可出現(xiàn)命名的小窗口，并輸入設(shè)計中第二個頁面的名字，點擊“OK”按鈕后，在圖2-27中設(shè)計工具欄的“Hierarchy”頁中可以看到，軟件在第一個新建的頁面名字的后面自動添加了“#1”，而第二個頁面是在電路文件名稱后面加“#power”。

圖2-27已建頁面2.3大規(guī)模電路設(shè)計

在第一個頁面中建立陷波器電路，在第二個頁面中建立電源電路。在電源電路中選擇Place/Connectors/OffConnector菜單項，在工作區(qū)內(nèi)放置兩個跨頁連接器，分別與電源電路的正負輸出端相連，并雙擊這兩個連接端，將名稱分別改為“P15V”和“N15V”，連接器如圖2-28的圓框內(nèi)所示。圖2-28建立連接端

復(fù)制電源電路中的連接器“P15V”和“N15V”到陷波器電路中，分別和運放的正負供電端相連，然后對電路進行兩個電路分別保存。對電路進行仿真，可以看到陷波器電路中“P15V”連接器輸出15V電壓，如圖2-29所示。圖2-29陷波器電路的仿真注意：多頁平鋪設(shè)計中跨頁連接器的名字必須保持一致。2.3大規(guī)模電路設(shè)計

2）子電路設(shè)計

子電路功能是基于層次化設(shè)計的思想，使電路分級設(shè)計，各子電路從屬于上一級的電路，主電路中包含了設(shè)計中的所有模塊；而多頁平鋪設(shè)計中各頁之間沒有從屬關(guān)系，也沒有包含所有功能塊的頁面。下面我們以上節(jié)的50Hz陷波器電路為例來介紹子電路的建立。子電路的建立有三種方法：將新建電路轉(zhuǎn)為子電路：新建一個電路文件，將文件名設(shè)為“50Hz陷波器子電路設(shè)計”，在工作區(qū)內(nèi)搭建電源電路，用菜單欄“Place/Connectors”路徑下的HierarchicalConnector連接器引出兩個電源輸出端，選擇整個建立好的電源電路，右鍵單擊任意一個選中的元件，在彈出的菜單中選擇“ReplacebySubcircuit”命令，則彈出子電路命名對話框，在空白處輸入電源電路名稱“power”后，整個已選電路將由一個有兩個信號輸出端的方塊代替，同時在設(shè)計工具欄的層次頁下將出現(xiàn)一個以“SC1”命名的子電路。

2.3大規(guī)模電路設(shè)計

選擇打開子電路（Power），然后在子電路中分別雙擊兩個連接端，將名字改為“P15V”和“N15V”，修改并保存后的子電路如圖2-30所示。在主電路下完成陷波器電路的建立，并與電源子電路模塊相連，保存后的主電路如圖2-31所示。圖2-30電源子電路

注意：當子電路引出輸出端時，信號引腳固定在模塊的右邊；當子電路引出輸入端時，信號引腳固定在模塊的左邊，子模塊不可左右反轉(zhuǎn)。圖2-31陷波器主電路2.3大規(guī)模電路設(shè)計

直接新建子電路：新建一個電路文件，將文件名設(shè)為“50Hz陷波器子電路設(shè)計”，在菜單欄下的“Place”菜單下選擇“NewSubcircuit”命令，可新建一個子電路頁面，然后在子電路和主電路中分別建立相應(yīng)的電路，注意在子電路的輸出端也需要添加HierarchicalConnector連接器。將已有電路粘貼為子電路：新建一個電路文件，將文件名設(shè)為“50Hz陷波器子電路設(shè)計”，復(fù)制圖2-29的電路到剪切板，右鍵單擊新建電路的空白處，在彈出的菜單中選擇“PasteasSubcircuit”，可將剪切板中的電路以子電路的形式添加到當前電路中，因為所復(fù)制的電路輸出端所連的為跨頁連接器，所以主電路頁的子電路模塊沒有任何引腳，將子電路中的跨頁連接器用HierarchicalConnector連接器替換，子電路模塊將出現(xiàn)兩個輸出端子，電路其它部分的建立和上面相同。

2.3大規(guī)模電路設(shè)計

3）層次化設(shè)計

層次電路設(shè)計功能使用戶可以建立一個互相連接的多層次電路，以便增強電路的可重復(fù)使用性，也可便于團隊設(shè)計。

層次電路與子電路的區(qū)別為：子電路和主電路一起保存，不是獨立的電路文件，而層次電路僅和主電路相關(guān)，它是一個獨立的電路文件。子電路易于管理，而層次電路便于同一電路同時用于多個設(shè)計，如電源電路用作子電路只能作為當前電路的電源，而電源電路如果作為層次電路，可以作為多個設(shè)計的電源電路，且相互不影響。

層次電路和子電路相同，都需要添加HierarchicalConnector連接器組成層次（子）模塊與主電路部分相連。

下面我們?nèi)砸韵莶ㄆ麟娐返脑O(shè)計為例來說明層次化設(shè)計。層次化設(shè)計根據(jù)情況的不同，有三種建立方法：

2.3大規(guī)模電路設(shè)計

將已有電路文件作為層次電路：這里的已有文件是指已建立的后綴為.ms14或早期軟件版本建立的電路文件。將圖2-30的電路復(fù)制到一個新建頁面中，然后在指定的路徑下保存為power.ms14；再新建一個頁面，繪制陷波器主電路；

圖2-32陷波器主電路在菜單欄的“Place”菜單下選擇“HierarchicalBlockfromFile”命令，在打開對話框中選擇剛建立的power.ms14文件，則主電路中將出現(xiàn)一個以“HB1”命名的層次電路模塊，將該模塊和運放的供電端相連，保存電路完成整個設(shè)計。陷波器主電路如圖2-32所示，電源層次電路如圖2-33所示。圖2-33電源層次電路注意1：由于原power.ms14文件中電路已添加HierarchicalConnector連接器，所以層次電路模塊自帶輸出端。注意2：對層次電路的任何改變將保存到原power.ms14文件中，如不想對原文件做任何改變，不建議使用層次子電路設(shè)計。2.3大規(guī)模電路設(shè)計

新建層次電路：選擇Place/NewHierarchicalBlock命令，將彈出圖2-36的對話框，在層次模塊名稱中寫入合適的名稱，軟件將自動在主電路的存放路徑下新建一個電路文件，同時將此文件關(guān)聯(lián)到當前主電路，用戶也可以在點擊“Browse”按鈕為新建的層次電路選擇其它的存放路徑；對話框下面還要求輸入層次模塊的輸入/輸出引腳數(shù)，和輸入/輸出引腳數(shù)相對于的HierarchicalConnector連接器將自動添加到新建的層次電路中。

圖2-34新建層次電路對話框注意：軟件規(guī)定輸入/輸出引腳不能全設(shè)為0！2.3大規(guī)模電路設(shè)計

將電路已有部分用層次模塊代替：在電路圖中選擇一部分電路，在已選電路的任意元件上點擊右鍵，在彈出的菜單中選擇“ReplacebyHierarchicalBlock”命令，將出現(xiàn)圖2-38所示的對話框，輸入文件名“g”或點擊“Browse”按鈕選擇合適路徑及輸入文件名“g”后，點擊“OK”按鈕，軟件將在相應(yīng)的路徑下新建一個g.ms14的文件，同時頁面中將出現(xiàn)一個可隨鼠標移動的層次模