在NI Multisim中创建自定义元器件

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1、在 NI Multisim 中创建自定义元器件概览：NI Multisim与NI Ultiboard为设计、仿真和布局完整的印制电路板（PCB）提供了一个集成的平台。 高度灵活的数据库管理程序，使得为自定义原理图符号添加新的 SPICE 仿真模型变得十分方便，该原 理图符号可用于将精确的封装转换为布局。在NI Multisim中创建自定义元器件与在NI Ultiboard中创建自定义元器件为您提供了关于如何直观、快 速地学习如何创建您自己的自定义元器件的信息资源。引言:本指南是关于在NI Multisim与NI Ultiboard上创建元器件的系列文章的第一篇。本指南旨在阐述您如何可以在Mul

2、tisim中创建您自己的用于仿真和/或印制电路板（PCB）布局的元器 件。您将可以创建元器件并验证其操作。元器件向导是用于创建自定义元器件的主要工具，它引导您完 成创建一个新元器件所需要的所有步骤。元器件细节包括符号与可选的管脚、模型和管封装信息。某元器件创建过程包括以下步骤： 输入元器件信息 选择封装与元器件配置 选择和/或编辑元器件符号 设置管脚参数 将符号管脚映射至封装管脚 选择仿真模型 将符号管脚映射至模型管脚 将其保存于数据库该指南逐步引导您完成创建一个与仿真和 PCB 布局兼容的元器件的过程。为完整起见，您将学习如何创建一个有2 个部件的高级元器件。您将创建一个具有两个原理图符号、

3、两个模型但只有一个封装的部件。许多元器件可以更方便地被创建，在大多数情况下这里列出的步骤并不是全部必需的。Multisim也 支持用户创建仅用于仿真或仅用于布局的元器件。元器件创建系列文章的第二部分一一名为在NI Ultiboard中创建自定义元器件，简述了如何构建一 个用于布局的自定义Ultiboard焊盘图形。该焊盘图形由手工创建，以便精确定义表面贴装元件（SMD） 的形状、尺寸和大小。该封装可添加至Multisim数据库以定义一个自定义元器件。单部件元器件与多部件元器件 一个单部件元器件是指每个芯片上仅具有单个元件的元器件。而一个多部件元器件是一个在每个芯片上 具有多个门或元件的元器件。

4、多部件元器件的例子包括逻辑门或运算放大器。A到Z递增的字母列举了 多部件元器件内的设备。Texas Instruments THS7001便是多部件元器件的一个例子。THS7001的可编程增益放大器（PGA）和 独立的前置放大器级是封装在单个集成电路（IC）中的，两个元件共享电源和参考电压线路。您将在该 指南中学习如何创建这一元器件。仅用于仿真的元器件 仅用于仿真的元器件，其设计在于帮助验证设计，这些元器件并不会转换为电路板布局。它们不具有封 装信息，而其符号在 Multisim 或 Multicap 环境中默认设置为黑色以方便识别。仅用于仿真的元器件的 一个范例便是一个理想电压源。仅用于布局

5、的元器件仅用于布局的元器件无法用于仿真。它们不具有相关的SPICE、VHDL或行为模型。当与电路并行连接 时，它们并不影响仿真。当串行连接时，它们将创建一个开环电路。仅用于布局的元器件在Multisim或 Multicap 环境中设置为绿色。仅用于布局的元器件的一个范例便是一个连接器。在 NI Multisim 中创建一个 TexasInstruments THS7001 元器件THS7001是一个带有独立前置放大器级的可编程增益放大器（PGA）。可编程增益通过三个TTL兼容 的输入进行数字控制。下面的附录A包含有THS7001的数据表供参考。步骤一：输入初始元器件信息从 Multisim 主

6、菜单中选择工具元器件向导，启动元器件向导。通过这一窗口，输入初始元器件信息（图 1 ）。选择元器件类型和用途（仿真、布局或两者兼具）。完成时选择下一步。图 1-THS7001 元器件信息步骤二：输入封装信息a) 选择封装以便为该元器件选择一种封装 注意：在创建一个仅用于仿真的元器件时，封装信息栏被置成灰色。图 2- 选择一种管脚（第 1 步（共 2 步）b.） TSSOP20 from the Master Database. Choose Select when done.选择制造商数据表所列出的封装。针对THS7001，从主数据库中选择TSSOP20。完成时点击选择。注意：如果知道封装的名

7、称，您也可以在封装类型栏内直接输入该名称。图 3- 选择一种封装（第 2 步（共 2 步）c.）定义元器件各部件的名称及其管脚数目。此例中，该元器件包括两个部件：A为前置放大器部件，B 为可编程增益放大器部件。注意 1：在创建多部件元器件时，管脚的数目必须与将用于该部件符号的管脚数目相匹配，而不是与封 装的管脚数目相匹配。注意2：对于THS7001，需要为这两个部件的符号添加接地管脚和关闭节能选项的管脚。完成时选择下一步。Enter Footprint InFormabonComponent Wizard - Step 2 of SSection Details:Name:ANumber of

8、 Pin?;图 4- 定义多部件的第 1 步（共 2 步）图 5- 定义一个多部件的第 2 步（共 2 步）注意：如需了解如何在Nl Ultiboard中创建一个自定义封装，请查阅在Nl UltihoArD中创建自定义元 器件。步骤三：输入符号信息在定义部件、选择封装之后，就要为每个部件指定符号信息。您可以通过在符号编辑器（选择编辑）中对符号进行编辑或者从数据库中拷贝现有符号（选择从DB拷贝），完成符号指定。在创建自定义部件 时，为缩短开发时间，建议您在可能的情况下从数据库中拷贝现有符号。您也可以将符号文件加载到符 号编辑器中。本指南中THS7001涉及的符号是作为文件被包括进来的。a.）为前

9、置放大器设备加载符号：选择编辑以打开符号编辑器。一旦加载符号编辑器之后，选择文件打开并找到保存指南文件的地方。选择preamp.sym。所加载的 符号如下面的图 6所示。注意1：除了常见的关闭管脚和接地管脚，其他管脚的名称均带有前缀“PA”这样便于区分前置放大器部 分的管脚名称和可编程增益放大器部分的管脚名称。注意 2：为确保共享管脚能够在获取环境中正确工作，它们必须在不同部分具有相同的名称。此外，在 步骤4中它们必须被分配给COM （公共）部分。戸HP cwn tmAri ! MMi-LJEli CjR 叭打Lwvl IhI 片IJt * 宴寺昂 時口 卩寻一e 1 E? S3 W M H

10、I JI A 4 喲札图 6-前置放大器符号选择符号编辑器。如询问是否保存，选择“是”。前置放大器符号现在将被显示在预览框中。如果您打算与世界各地的同事共享这一元器件，那么同时为 该设备创建ANSI和DIN符号是个不错的选择。仅须简单地选中拷贝至，然后选择唯一可见的选项Section A (ANSI) or Section A (DIN)。b.)为PGA加载符号。选择设备 B 并选择编辑以启动符号编辑器。选中文件打开并找到保存指南文件的地方，选择preamp.sym。所得到的符号如下面的图7所示。* 帼上节秤-Symbol rivtr uVIN-I 口 U+K00 之口CLAMP+OUTCLA

11、ME-dldQL SM-DhagLytfhJ QngHghiyi Hffns Eg砒 T LE冷VCC + 一曲除 旳GLbvPhREF LhiPhSrtM f LtwPh5D Lhe 阳 G f Li* Pt*Q Ta 臥XMp Y LHPhOA. Y LhfePhOA. Y LraFhOUT -* LheFh* 尊 Hh X pMwUrpwPer Hp. p-pFLK-L9* ft *i： *d Iwm; ZOK图 7- 可编程增益放大器符号关闭符号编辑器。如询问是否保存，选择“是”。注意：如果此时Multisim窗口未在此出现，按附录B中的故障排除部分所列出的说明操作。PGA符号显示在预

12、览框中。如果您打算与世界各地的同事共享这一元器件，同时为该设备创建ANSI和DIN符号是个不错的选择。仅须简单地选中拷贝至，然后选择唯一可见的选项Section A (ANSI) orSection A (DIN)。完成时选择下一步。步骤四：设置管脚参数该元器件的所有管脚在步骤4中列出，并如下面的图8所示。Multisim在运行电气规则校验时会使用管脚参数。在为数字元器件选择正确的管脚驱动器时同样需要管脚参数。您也可以在这一步骤中给元器件添加隐藏管脚。所谓隐藏管脚是指那些不出现在符号中、但可以被模型和/或封装使用的管脚。图 8-管脚参数a.）完成如下面表1所示的管脚表格。Symbol Pins

13、S e cti o nTypeERC StatusPA IN +AINPUTINCLUDEPA IN-AINPUTINCLUDEPA VCC-APWRINCLUDEPA_VCC +APWRINCLUDEPA OUTAOUTPUTINCLUDESHDNCOMINPUTINCLUDEDGNDCOMGNDINCLUDEVIN-BINPUTINCLUDEVCC+BPWRINCLUDEVCC-BPWRINCLUDEREFBINPUTINCLUDESHDNCOMINPUTINCLUDEGOBINPUTINCLUDEG1BINPUTINCLUDEG2BINPUTINCLUDEDGNDCOMGNDINCLUD

14、ECLAMP-BINPUTINCLUDECLAMF十BINPUTINCLUDEOUTBOUTPUTINCLUDE表 1-THS7001 管脚参数完成时选择下一步。步骤五：设置符号与布局封装间的映射信息在步骤 5 中，实现可视符号管脚和隐藏管脚与 PCB 封装间的映射。图 9- 符号与管脚间的映射aj利用数据表作为参考完成如下面表2所示的映射信息。注意：管脚17为SHDN和PA_SHDN共享，管脚1为DGND和PA_GND共享。Symbol Pins Footprint Pin Swap Gate Swap Pins GroupGroup表 2- 符号与封装间的映射完成时选择下一步。注意 1：属

15、于同一个管脚互换组的管脚可以在电路板布局中被自动互换，以最大化布线效率。通常，芯片会具备几个接地管脚。将这些管脚分配给一个管脚互换组，Ultiboard PCB布局工具将给网络表做注 解，以改进该电路板的物理布局。注意2：此外，一些芯片会具有多个同一类型的元件（74HC00包含4个完全相同的数字NAND门）。 为改进布线，这些门可以被分配至同一个门互换组。THS7001的PCB封装中没有两个管脚是重复的。相应地，也没有两个完全相同的门。因此，管脚与门的互换信息保持空白。步骤六：选择仿真模型在创建一个用于仿真的元器件时，您必须提供每个部件的仿真模型。您可以利用如下四种方式获取或创 建新的模型：

16、从制造商网站或其他来源下载一个 SPICE 模型 手动创建一个支电路或原始模型 使用 Multisim Model Maker或者编辑一个现有模型Multisim提供了 Model Maker,可以根据其产品手册数据值为若干种类的元器件创建SPICE模型oModelMaker可用于运算放大器、双极结晶体管、二极管、波导以及许多其他元器件。关于各种Model Maker 的更多信息，敬请查阅Multisim帮助文件。对于THS7001,您将使用制造商提供的SPICE兼容模型，前置放大器和PGA部分有不同的模型可使 用。注意：创建一个仅用于布局的部件时，无须完成步骤6 和步骤7。a.）.选中A部分

17、页面，选择从文件加载。找到包含指南文件的文件夹，点中sloj028.cir并选择打开。 用于前置放大器的SPICE模型将被加载并显示在A部分的页面中（如下图所示）。图10-用于THS7001前置放大器级的SPICE模型b.）选择B部分页面，并选中从文件加载以加载用于PGA级的SPICE模型。找到包含指南文件的文件夹，点中sloj029.cir并选择打开。该SPICE模型显示在元器件向导步骤6的B部分页面中。图 11- 用于 THS7001 PHA 级的 SPICE 模型完成时选择下一步。步骤七：实现符号管脚至模型节点的映射必须将符号管脚映射至SPICE模型节点，以确保Multisim可以正确仿

18、真该元器件。对于所有的支电路或宏模型，模型节点一般都在SPICE模型的头文件中有说明。其中一行声明该模型为一个支电路模型，后面跟着列出要与外部电路连接的模型节点的模型名称。对于THS7001，放大前置的模型节点和PGA的模型节点分别在sloj028.cir 和 sloj029.cir中列出。现在我们来分析一下前置放大器的头文件和.SUBCKT行：拄释行：播述了複型节点的！subcktj :声明谖複型盜一个 列出模型的名称厂 点、n*THS7001 PREAMP SUBCIR：C：UIT REV;* WRITTEN 5/3/00*：3MNECTI0NS:NONJIWERTIMG INPUT广|

19、INVERTINGINPUT季| | POSITIVE POWER SUPPLY .士| | | NEGATIVE POWERSUPPLY.tHU OUTPUT* I I 111 SHUTDOWN* DGNDI.SUBCKT THS7001 PRE 1234567您现在必须将符号管脚名称映射至模型节点。应特别注意模型节点的顺序。a.）完成前置放大器部分A的管脚映射表，如下面表3所示。Symbol PinsModel NodeOrderPA IN+1PA IN-2PA VCC-4PA VCC+3PA OUT5SHDN6DGND7表 3- 用于前置放大器的符号至模型节点的映射b.）点击B部分的页面

20、，并完成PGA部分B的管脚映射表，如下面表4所示。表 4- 用于 PGA 的符号至模型节点的映射完成时选择下一步步骤八：将元器件保存到数据库中 一旦完成所有前述步骤，将元器件保存至公有数据库或用户数据库。a.) 选择您希望保存元器件的数据库、组和族。如果所选择的组中当前没有族，通过选择添加族创建一 个新的族。b.)选择完成以完成该元器件的创建。注意：您可以通过从Multisim主菜单中选Tools Database Database Manager,在数据库管理器 中自定义一个新族的图标。图 12- 将元器件保存至数据库创建成功！步骤九：测试Multisim中的新元器件在完成元器件的创建和保存之后，该元器件便可以在Multisim中使用。为测试这一元器件，使用包含在 该指南中的THS7001 Tester.ms9文件。利用U2a和U2b分别替换您的新元器件的部分A和部分B。若要替换一个元器件，双击该元器件，然后选择替换。然后找到保存元器件的数据库位置，并选中。选 择相应部分。下面的图 13 至图16描述了测试电路所期望的响应。图 13- 测试电路前置放大器的波特响应图14-增益设置为“11啲PGA的波特响应图 15- 前置放大器的时域响应图16-增益设置为“11啲PGA的时域响应