Multisim / Ultiboard - áramkör tervezés és szimuláció

Előszó

Elég régóta tervezgetek kisebb kapcsolásokat, nyomtatott áramköröket. Régen DOS alatt Tango c. programmal kezdtem, majd Win3.1 alatt Protel 1.5 votl a kedvencem. Azután egy darabig nem is foglalkoztatott a dolog, de mostanában ujra rákaptam. Elő is vettem a jó kis Protel-t, de vhogy nem tetszett már, béna volt a kezelőfelülete, és macerás a nagyítás kicsinyítés stb. Ekkor kezdtem nézelődni, hogy mivel lehetne helyettesíteni az öreget. Próbáltam az új változatát is 99, meg 2004 DXP, stb, de valahogy nem voltak az igaziak. És ekkor találtam rá a National Instruments Multisim / Ultiboard  párosra, abból is a 10-es verzióra. Nagyon megtetszett mivel a szimulátor része a jó öreg Electronic Workbench továbbfejlesztése, nagyon egyszerű kezelni, és a kész kapcsolás könnyen áthelyezhető a nyáktervező programba. Beszerzésre, telepítésre nem térnék most ki bővebben, legyen elég annyi hogy beszerezhető a próbaváltozat a hivatalos oldalukról.

Nézzük is végig egy egyszerű kapcsolás alapján, hogyan működnek. Egy kapcsoló üzemű táp ellenörzéséhez szükségem van egy műterhelésre, ez lesz a példa. Jelen pillanatban, mikor ezt írom még nincs kész a terv se, szóval ez ilyen realtime cikk lesz

A kapcsolásról pár szó: egy saját tápról járó műveleti erősítő szabályoz egy Logic Fet -et, a poti állásának megfelelően. Raktam még bele egy áramhatár átkapcsolót, 1es állásban 0-6A, 2es állásban 0-600mA ig lehet szabályozni a terhelő áramot. Arra azért figyelni kell, hogy a kapcsolásban levő fet max 48W-ot tud hővé alakítani, szóval ésszel kell használni, és a fet hűtésről is gondoskodni kell.

Nem célom, és tudásom se elég hozzá hogy a program összes lehetőségét ismertessem, de az alapok elsajátítása után mindenki felfedezheti hogy mi mindet tud még.

A programokról egy pár alap dolog:

Először is le kéne rajzolni a kapcsolásunkat. Indítsuk el a Multisim-et, és kezdjük el lepakolni az alkatrészeket.
 

 

A középső nagy fehér terület a munkaterület, ide rajzoljuk le a kapcsolásunkat. A toolbar-ok lehet, hogy nem így néznek ki telepítés után, de ez most nem is lényeges.

Jobbgomb a munkaterületen és Place Component. Kicsit komplikáltnak tűnhet elsőre az alkatrészböngésző, de majd belejövünk.

Adatbázisokban tárolja az alkatrészeket, egyelőre a Master Database-t használjuk. Group alatt egy csoportosítást látunk, pl. Basic - egyszerű alkatrészek, itt vannak a kondik, ellenállások, stb. Ez kell most nekünk. Kattintsunk pl. a Resistor-ra, akkor a Component listában választhatunk, vagy be is írhatjuk a kívánt értéket, pl. 10k. Ha ez megvan, akkor OK gombbal le is rakhatjuk.

Lerakás után újra előjön az ablak, így gyorsan pakolhatunk egyforma alkatrészeket. Amire szükségünk lesz a mostani példákhoz: az a Sources group, itt vannak az áram és feszültség források. Rakjunk is le egy DC-Power-t, és egy Ground-ot. Azután kell még nekünk tranzisztor, és az analóg csoportból egy műveleti erősítő. Ha tudjuk az alkatrészünk nevét, és benne is van a programban, akkor az alkatrészböngészőben a Search gombbal direktbe is rákereshetünk, nem kell borzolni a csoportok, és családok között. Írjuk is be pl. hogy TL071 és kapunk egy listát azokról a tételekről aminek a nevében szerepel a TL071.   Látható hogy a rajzon feszültség és árammérőket is feltüntettem, ezeket az Indicator groupban találjátok.  Van továbbá egy kis sárga cetli, un. Measurement Probe, ezt rá lehet kapcsolni egy vezetékre, és akkor mutatja hogy az a vezeték milyen potenciálon van, mekkora áram folyik benne, stb. Ennek az ikonja jobb alul a kis sárga nyilacska. Ha minden alkatrészt lepakoltunk, akkor bekacsolhatjuk a szimulációt, ezzel ellenőríve a kapcsolás működését. A potikat egérrel, vagy a hozzájuk rendelt hotkey-el is vezérelhetjük. A szimuláció során feltűnhet, hogy az offset állítás nem működik, de úgy látszik a szimulációnak is vannak korlátai. De ne ijedjünk meg, azért általában elég pontosan követi a valóságot.

Ha minden ok, akkor nekiláthatunk a nyáktervnek.

Nyomjunk is a menüben egy Transfer / Transfer to Ultiboard 10-et. Kér majd egy file nevet, meg esetleg feltesz egy pár kérdést, nyomkodjunk ok-t.

Ha mindent jól csináltunk, akkor valami hasonlót kell látnunk:  

A sárga négyzet a nyáklapunk mérete. Ha nem megfelelő (és miért is lenne nekünk az, pl. adott dobozba szeretnénk belezsúfolni a kapcsolásunk) akkor át kell méretezni. Ehhez ki kell választani a Board outline -réteget a legördülő menüből, és már méretezhetjük is a kívánt méretre. Ha nem tudnák kiválasztani, akkor a kis tölcsér szerű ikonoknál engedélyezzük magunknak hogy ezt is ki tudjuk választani. (select other objects).   

A Desig menü Set Reference Point -al tudjuk az origót mozgatni, alapban a nyák bal alsó sarka, de ha odébb vittük a körvonalat, akkor utána vihetjük ezzel. Méretezéskor segít, hogy a státus sorban alul kijelzi a kurzor pozícióját. 

Most láthatjuk hogy alapból milyen rajzokat (footprint) adott magától az alkatrészeinknek. Valószínüleg nem leszünk megelégedve vele elsőre. De semmi pánik, mindjárt kicseréljük őket vmi szimpibbre. Nézzünk pl egy ellenállást. Váltsunk vissza a Multisim-be, és jobbgomb a kívánt ellenálláson.

Majd edit footprint, Select from database. Nah van itt kérem minden. Ha sorbarendezzük footprint szerint, akkor a res -eknél lesznek az ellenállások. Válasszuk ki pl a RES0.25 -öt. Majd kattintsunk a Transfer menü / Forwart Annotate to ultiboard -ra. Ekkor egy pár ok nyomogatás után a változás megjelent az ultiboardban is. Csináljuk ezt végig az összes alkatrésszel, amíg mindnek a kellő alakja nem lesz. Potinak én POTI4M -et választottam, az offset trimmernek pedig TRIM-D10V -t. Kondinak CAP2-t.

Később majd célszerű az 1. ellenállásnak ezt az alakot adni, és utána azt másolni, és csak az értékét változtatni.. Illetve lehetőség van még a footprint kiválasztásakor a nekünk tetszőeket a copy-to gombbal átrakni a saját User Database-unkbe, így egyszerűbb lesz később megtalálni.

Jobb módszert én nem találtam pl. az összes ellenállás footprintjének egyszerre kicserélésére.

Mostanra elvileg minden alkatrészünk úgy néz ki ahogyan szerettük volna, már csak el kell rendezni őket a nyákon, és összehuzalozni. 

Alapban sárga vonalakkal mutatja hogy mit-mivel kéne összekötni, ez segít az alkatrészek elrendezésében. Rábízhatjuk persze a gépre is az elrendezést és a huzalozást is, vagy csak az egyiket. Sőt azt is meglehet tenni, hogy mi elkezdjük a huzalozást, aztán a maradékot rábízzuk a gépre, próbálja összekötni. Szerintem egy ember kézzel szebbet tervez mint egy gép, de persze nagyobb bonyolultságú áramköröket nem fognak nekiállni kézzel optimalizálni. És ott már nem kézzel kell legyártani a nyákot, tehát nem gond a furatgalvánozás se.

Próbáljuk ki azért hogy mi sül ki belőle. Nyomjunk egy Autorute / Start auto placement -et. Hmm hmm, hát végül is elrendezte, berakta a board outline által megadott területre. Hát akkor eresszük rá az autoroutert :  Autorute / Start Resume autorouter.

Ezzel elég hamar végzett. De mint tudjuk hamar munka ritkán jó. Nézzük is meg mit hozott össze:  

Hát nekem több dolog se tetszik, pl áthuzza két alkatrész láb között a vezetősávot, amit amatőr körülmények között ha nem muszáj, nem szoktunk megtenni (én inkább csinálok egy átkötést minthogy elhúzzam két ic láb között), és ráadásul mindent a felső, alkatrész oldalon húzott. A fet sincs vmi jó helyen hűtés szempontjából. Nah, akkor nyomjunk neki egy Edit / Copper delete / All copper -t. És finomítsunk kicsit a beállításokon, és az elrendezésen. Vigyük ki a potit és a fetet a lap szélére. Majd nézzünk be a Options / PCB properties -be. Itt pedig a Copper layersnél beállíthatjuk hogy melyik rétegeken huzalozzon. 

 

Állítsuk be úgy hogy csak az alsót használja.

Majd eresszük rá megint. Hopp, hát ez most meg nem csinál semmit. Elárulom ez egy bug: hiába mondjuk neki hogy öreg, csak az alsót használd, valamiért a hálózatok tulajdonságainál nem állítja ennek megfelelően be, és így nem tudja megcsinálni. Nade mi segítünk neki. Ultiboardban a lap alján levő rengeteg tab-nál lesz egy olyan hogy nets. Itt láthatjuk a különböző hálózatokat, amik összekötik az alkatrészeinket. Jelöljük ki az összest, majd kattintsunk a Routing Layers alatti cellára bármelyik kijelölt sornál. 

 

Állítsuk be neki itt is, hogy csak az alsót hasznája, mostmár mennie kell neki.

 

Na ez már kezd emberien kinézni, bár a vonalak nagyon vékonyak. Nosza állítsuk át mindet legalább 20milre. A szokásos módszerrel összes net kijelöl, majd a Trace Width -nél írjuk be hogy 20.  Hopp, hát itt vmi gáz van, bepirosodott a DRC tab. Váltsunk is át rá, és már látjuk is mi a baj, az átméretezett vezetékek miatt túl közel kerültek egyes sávok, vagy össze is érnek. 

Ezeket kézzel kijavíthatjuk, odébb húzhatjuk egérrel, vagy újra ráküldhetjük az autoroutert.   

Hmm, hát ez már kezd egész szép lenni, de hopp, hát ez mi ?! az R6 és R2 egyik vége csak úgy lóg a levegőbe ?! Noss igen, a szimulátorban felvett áramforrások, és egyéb virtuális alkatrészek, mint pl. feszültségmérő nem kerülnek rá a nyákra. Meg amúgy is szebb lenne ha nem csak úgy ráforrasztanánk a vezetékeket, hanem lenne rajta valami csatlakozó, pl. csavaros rögzítésű. Na akkor pótoljuk be ezt a kis hiányosságot.

Váltsunk vissza a Multisim-re. És rakjunk le két csatlakozót. (Basic / Connectors / HDR1x2 és HDR1x3)  

Kössük is be őket, majd annotáljuk az ultiboardba a szokott módon. Ezeket az új alkatrészeket a lapon kívülre szokta tenni, húzzuk őket a helyükre.

Ezek úgy néznek ki mint a tüskesorok. Ha jó, így is hagyhatjuk, vagy átállíthatjuk a csavaros fajtára a footprintjét. Én az MKDS15_2RMI és MKDS15_3RMI -t választottam. Amúgy általában ez szokott a legnehezebben menni, vagyis az hogy megtaláljuk a megfelelő footprintet. Persze rajzolhatunk sajátot is, de az majd egy másik cikk. (Na nem mintha olyan bonyolult lenne, de most nincs rá szükség)

Majd autoroutoljunk megint. Rakhatunk még rá lyukakat a szélére, hogy fel tudjuk erősíteni. Jobbgomb , place, from databse, ultiboard master, CAD Parts, M_M3_CAD -ot raktam én. 

 

 

Ezzel tulajdonképpen elkészültünk, lehet nyomtatni, maratni, stb.

Ha esetleg nem tetszene az autorouter munkája, akkor van lehetőség kézzel routolni. Töröljük le a rezet. És kezdjük manuálisan.

Először is célszerű beállítani még egy két dolgot az Options PCB properties-ben. Én szeretem ha 100milenként van jól látható raszter, és az alkatrészek

Pedig 1-ed raszterenként helyezkedjenek el. 

És a furatoknak is adhatunk értelmes méretet, akár mm-ben.

 

Most veszem észre hogy R2 még mindig lóg, Szedjük ki az árammérőt is.

Előfordul potiknál pl, hogy értelmesebb lenne a nyák, ha a két vége fel lenne cserélve.

Ilyenkor Multisimben, edit footprint -nél cseréljük fel. Majd annotate.
 

 

Nah, máris jobb (igaz, ilyenkor a poti működése megfordul):

 

Helyezgessük még picit az alkatrészeket, engedjük rá az autoroutert, aztán ha valami furcsát látunk, akkor copper delete, áthelyez, forgat, újrapróbál.

Így előbb utóbb eljutunk egy egész ésszerű elrendezéshez. Már ez is jó eredményt hoz egy ilyen egyszerű áramkörnél, de azért nézzük a kézit is. 

ezzel az ikonnal kezdjük el. (Follow-me router) Kattintsunk rá vmelyik lábra, és próbáljuk elvezetni, látni fogjuk hogy ilyenkor is segít az irány megtalálásában a sárga vonal. Ha elkezdtük húzni, akkor jobbgomb / cancel-esc el tudjuk abbahagyatni, és másik vonalhoz kezdeni.

Előbb utóbb eljutunk odáig, hogy kell sajnos átkötés. Ezt jobbgomb / place / jumper -el tudunk lerakni. Valamiért a Follow-Me irtózik a jumperoktól, ezért ilyenkor a mellette levő Place-Line -al tudunk huzalozni. 

Gyönyörködhetünk a művünkben, View / 3D Preview -el is. Bár nem egy professzionális render, de azért megteszi. (Aki tudja hogyan lehetne studio max-be átrakni, az szóljon.)

Hát ennyi lett volna, ugye nem is volt nehéz.

 A példa file-ok:

1 

2 

A programban rengeteg lehetőség van még, amiket én sem látok át, de azért remélem sikerült kedvet csinálnom hozzá.