第14章電子設計自動化(EDA)簡介14.1EDA概述14.2Multisim8簡介

14.1

EDA概述

EDA是指電子設計自動化(ElectronicsDesignAutomatic)，是計算機在工程技術上的一項重要應用。EDA是在電子電路CAD技術的基礎上發展起來的計算機軟件系統。

利用EDA工具可以在計算機中進行各個層次的電路仿真分析，使設計師可以在產品出世之前預知其特性，并可進行優化設計。目前，計算機應用于電子線路設計的許多階段。例如在方案設計階段，計算機可用來對各種預選的電子線路方案進行分析與比較，選取最佳方案；在方案設計成功后，計算機可進行印制電路板和集成電路板的布線設計；在試驗階段，計算機完成對測量數據的處理和分析等。

雖然利用計算機進行電子線路設計具有以上優點，但目前還不能進行電子線路的完全自動化設計。一般說來，這種設計過程還要依賴于人的智慧和勞動，依賴于對計算機的使用。總之，在此過程中，設計者的思考和意圖仍占主導地位，而計算機僅僅是作為一種高效的設計工具。

近年來EDA軟件層出不窮，目前常用的有用于電路仿真分析的Multisim（原EWB的最新版本）軟件和OrCADPSpice軟件以及印制電路板設計軟件Protel99se等。下面主要對Multisim8軟件作一簡單介紹。 14.2

Multisim8簡介

14.2.1概述

Multisim軟件是美國國家儀器（NI）有限公司推出的以Windows為基礎的電路仿真工具。相對于其它EDA軟件，它具有更加形象直觀的人機交互界面，并且為用戶提供了豐富的元件庫和功能齊全的各類虛擬儀器，可以對各種電路進行全面的仿真分析和設計。Multisim還提供了全面集成化的設計環境，可完成從原理圖設計輸入、電路仿真分析到電路功能測試等工作。尤其是當改變電路的連接方式，或者改變元件參數時，通過電路的仿真功能，可以清楚地觀察到這些變化對電路性能的影響。另外，Multisim8還具有界面友好、元器件豐富、虛擬電子設備種類齊全、分析工具廣泛，能對電路進行全面的仿真分析和設計，可直接打印輸出實驗數據、曲線、原理圖和元件清單等特點。這些都對學習電子技術的學生有很好的啟發作用，可以幫助學生掌握電路設計的要點，加深對重要設計思想和方法的理解。對有些不具備良好實驗條件的學校，通過使用這一軟件，也能彌補實驗教學的不足。而這正是在本門課程中引入EDA的初衷。14.2.2

Multisim8的基本操作

如果在計算機中安裝了Multisim8，啟動計算機后，就會在其桌面上產生一個Multisim8圖標，如圖14.1所示。雙擊該圖標，可啟動Multisim8。圖14.1

Multisim8圖標

1.基本操作界面

Multisim8啟動后，會出現如圖14.2所示基本操作界面。該界面由菜單欄、工具欄、元器件欄、儀器儀表欄、狀態欄、仿真電源開關和電路工作區等部分組成。圖14.2

Multisim8的基本操作界面

2.操作命令

Multisim的界面和Windows應用程序基本一樣，包含了13個主菜單，如圖14.2所示。從左至右分別是File（文件菜單）、Edit（編輯菜單）、View（窗口顯示菜單）、Place（放置菜單）、Simulate（仿真菜單）、Transfer（文件輸出菜單）、Tools（工具菜單）等項。在每個主菜單下都有一個下拉菜單，在菜單中可以找到所有功能和命令。其中File菜單中的命令及其功能如表14.1所示。表14.1

File（文件）菜單中的命令及功能表14.2

Edit（編輯）菜單中的命令及功能表14.3

View（窗口）菜單中的命令及功能表14.4

Place菜單中的命令及功能表14.5

Simulate菜單中的命令及功能

表14.6

Transfer菜單中的命令及功能表14.7

Tools菜單中的命令及功能

3.元器件工具欄

元器件工具欄如圖14.3所示，它提供了13個元器件庫，用鼠標單擊元器件工具欄下的圖標即可打開該元器件庫。各圖標名稱及其功能如表14.8所示。圖14.3元器件工具欄表14.8元器件工具欄圖標名稱及其功能

4.儀器儀表工具欄

儀器儀表工具欄提供了用于仿真的各種測量儀器和儀表,包括數字萬用表、函數發生器、瓦特表、雙通道示波器、四通道示波器、波特圖儀、頻率計、數字信號發生器、邏輯分析儀、邏輯轉換器、IV分析儀、失真度儀和頻譜分析儀等。儀器儀表工具欄中的各種圖標所對應的儀器如圖14.4所示。圖14.4儀器儀表工具欄14.2.3常用虛擬儀器的使用說明

1.數字萬用表（Multimeter）

數字萬用表是電路實驗中使用最頻繁、最重要的儀表，Multism提供的萬用表與實際的萬用表相似，可以測直流或交流信號，也可以測電流、電壓、電阻和分貝值。圖14.5所示電路中的XMM1、XMM2即為數字萬用表。XMM1串聯在電路中測電流，XMM2并聯在電容上測電容C2兩端的電壓。用鼠標左鍵雙擊圖標可打開面板進行讀數，面板如圖14.6所示。切換不同的測量功能可以在面板上單擊相應的按鈕完成，比如用鼠標左鍵將面板上的“A”按鈕按下，則萬用表工作在電流表狀態，此時若用鼠標左鍵將面板上的按鈕按下，可讓萬用表工作在交流狀態，測量交流電流的有效值；若將面板上的按鈕按下，可讓萬用表工作在直流狀態，測量直流電流。用鼠標左鍵將面板上的“V”按鈕按下，則萬用表工作在電壓表狀態。單擊萬用表控制面板上的“Set”按鈕，可以打開萬用表的參數設置對話框，如圖14.7所示。在參數設置對話框中可以設置內阻和電流的大小及測量范圍等重要參數。圖14.5數字萬用表圖標及接線示意圖圖14.6數字萬用表面板示意圖圖14.7數字萬用表參數設置對話框

2.函數信號發生器（FunctionGenerator）

函數信號發生器是用來產生正弦波、矩形波和三角波信號的儀器，信號頻率可以在1Hz~999MHz范圍內連續調節。圖14.8中的XFG1即為函數信號發生器的圖標及接線示意圖。

用鼠標左鍵雙擊圖標可以打開，如圖14.9所示對話框。對各區域的不同設置，可改變輸出電壓信號的波形、大小、占空比或偏置電壓等。圖14.8元器件工具欄圖14.9函數信號發生器面板圖14.10

SetRise/FallTime對話框其中Waveforms區用于選擇輸出信號的波形類型，有正弦波、方波和三角波周期性信號；Signal

Options區可對Waveforms區中選取的信號進行相關參數的設置，比如Frequency范圍、DutyCycle（信號的占空比）、Amplitude（信號電壓的最大值）、Offset（設置偏置電壓）等；

“SetRise/FallTime”按鈕只在產生方波時有效，用于設置所要產生的信號的上升時間與下降時間，對話框如圖14.10所示。在對話框中以指數格式設定上升時間（下降時間），點擊“Accept”按鈕設定。若點擊“Default”，則為默認值1.000000e－009。

3.瓦特表（Wattmeter）

圖14.11中的XWM1即為瓦特表。它有四個引線端：電壓（V）正極、電壓負極、電流（I）正極和電流負極。接線時要注意電壓端應和被測的電路并聯，電流端應和被測的電路串聯。雙擊瓦特表就可以顯示其面板。工作時面板上會同時顯示被測的功率讀數和功率因數（Power

Factor），所測得的功率顯示在上面一欄內，該功率是平均功率，單位會自動調整。Power

Factor欄內顯示出功率因數，數值在0~1之間。圖14.11瓦特表的圖標、接線和面板示意圖

4.示波器（Oscilloscope）

示波器是電子實驗中使用最頻繁的儀器之一，可用來觀察信號波形，并可用來測量信號幅度、頻率和周期等參數。圖14.12中的XSC1是雙蹤（雙通道）示波器的圖標，仿真開始后雙擊圖標后顯示的控制面板如圖14.13所示。圖14.12示波器圖標及接線示意圖圖14.13示波器的面板雙蹤示波器有A、B兩個通道，G是接地端，T是外觸發端。該虛擬示波器與實際示波器的連接方式稍有不同：一是A、B兩通道分別只需一根線與被測點[JP2]相連，測量的是該點與“地”之間的波形；二是接地端G一般要接地，但當電路中已有接地符號時，也可以不接。（1）雙蹤示波器的面板操作方式簡介。

Timebase用來設置X軸方向時間基線的掃描時間，其中，Scale選擇X軸方向每一個刻度代表的時間。點擊該欄后將出現刻度翻轉列表，根據所測信號頻率的高低，上下翻轉可選擇適當的值。Position表示X軸方向時間基線的起始位置，修改其設置可使時間基線左右移動。Y/T表示Y軸方向顯示A、B兩通道的輸入信號，X軸方向顯示時間基線，并按設置時間進行掃描。當顯示隨時間變化的信號波形（例如三角波、方波及正弦波等）時，常采用此種方式。B/A表示將A通道信號作為X軸掃描信號，將B通道信號施加在Y軸上。A/B與B/A相反。ADD表示X軸按設置時間進行掃描，而Y軸方向顯示A、B通道輸入信號的和（疊加信號）。

ChannelA區用來設置Y軸方向A通道輸入信號的標度，其中，Scale表示Y軸方向對A通道輸入信號而言每格所表示的電壓數值。點擊該欄后將出現刻度翻轉列表，根據所測信號電壓的大小，上下翻轉選擇適當的值。Yposition表示時間基線在顯示屏幕中的上下位置。當其值大于零時，時間基線在屏幕上側，反之在下側。AC表示屏幕僅顯示輸入信號中的交變分量（相當于實際電路中加入隔直電容）。DC表示屏幕將信號的交直流分量全部顯示。0表示將輸入信號對地短接。

ChannelB區用來設置Y軸方向B通道輸入信號的標度，其設置方式與ChannelA區相同。

Trigger區用來設置示波器的觸發方式，其中，Edge表示將輸入信號的上升沿或下降沿作為觸發信號。Level用于選擇觸發電平的大小。Sing選擇單脈沖觸發。Nor選擇一般脈沖觸發。Auto表示觸發信號不依賴外部信號。一般情況都使用Auto方式。A或B表示用A通道或B通道的輸入信號作為同步X軸時基掃描的觸發信號。Ext表示把示波器圖標上的觸發端子T連接的信號作為觸發信號來同步X軸時基掃描。（2）測量波形參數。

在屏幕上有兩條左右可以移動的讀數指針，指針上方有三角形標志，如圖14.13所示。通過鼠標左鍵可拖動讀數指針左右移動。在顯示屏幕下方的測量數據的顯示區中顯示了兩個波形的測量數據。

Time區：從上到下的三個數據分別是1號讀數指針離開屏幕最左端（時基線零點）所對應的時間、2號讀數指針離開屏幕最左端（時基線零點）所對應的時間、兩個時間之差，時間單位取決于Timebase所設置的時間單位。

ChannelA區：從上到下的三個數據分別是1號讀數指針所指通道A的信號幅度值、通道B的信號幅度值、兩個幅度之差，其值為電路中測量點的實際值，與X、Y軸的Scale設置值無關。

ChannelB區：從上到下的三個數據分別是2號讀數指針所指通道A的信號幅度值、通道B的信號幅度值、兩個幅度之差。

為了測量方便、準確，可點擊“Pause”（或按F6鍵）使波形“凍結”（靜止不動），然后再測量，效果更好。（3）設置信號波形顯示顏色。

只要在電路中設置A、B通道連接導線的顏色，波形的顯示顏色便與導線的顏色相同。方法是雙擊連接導線，在彈出的對話框中設置導線顏色即可。

（4）改變屏幕背景顏色。

點擊可展開面板右下方的“Reverse”按鈕，此時可改變屏幕背景的顏色。要將屏幕背景恢復為原色，再次點擊“Reverse”按鈕即可。（5）存儲數據。

對于讀數指針測量的數據，點擊可展開面板右下方的“Save”按鈕即可將其存儲，數據存儲格式為ASCII碼格式。

（6）移動波形。

在動態顯示時，點擊“暫停”按鈕或按F6鍵，通過改變Xposition設置，可實現左右移動波形。

除了以上的通用雙通道、四通道示波器外，在Multisim8的儀器儀表欄中還有更專業的安捷倫和Tektronix虛擬示波器，如圖14.14所示。這兩款虛擬儀器的面板設置和使用方法都和真實的示波器一樣，使用起來十分直觀和方便。圖14.14兩款虛擬示波器面板外觀

1.文件操作

文件操作有新建文件（File/New）、打開文件（File/Open）、保存文件（File/Save）和另存文件（File/SaveAs）等項。

2.元器件操作

首先要選擇元器件。元器件工具欄的圖標如圖14.3所示，圖標所對應的名稱及功能可參見表14.8。用鼠標左鍵單擊元器件庫欄目中的圖標即可打開該元器件庫，在屏幕上出現的元器件庫對話框中選擇需要的元器件，如圖14.15所示。圖14.15選擇元器件對話框用鼠標左鍵單擊某元件后則在Component中高亮顯示該元件，并顯示該元件的圖標（Symbol），然后單擊“OK”，該元件即可出現在工作區并隨鼠標移動。在合適的位置再次單擊鼠標左鍵可將該元件放置在工作區。若需對工作區已有的原器件進行操作，先用鼠標左鍵單擊元器件，在其四周會出現藍色虛線矩形，表示該元器件被選中，然后可以進行位置移動、刪除、剪切、復制、旋轉等操作。圖14.16元器件的操作元器件選好后，可按自己的需要對其進行操作。只需用鼠標右鍵單擊選中的元器件，在菜單中會出現圖14.16所示的操作命令，其中：Cut代表剪切；Copy代表復制；Delete代表刪除；FlipHorizontal代表讓選中的元器件水平翻轉；FlipVertical代表讓選中的元器件垂直翻轉；90Clockwise代表讓選中元器件順時針旋轉90°；90CounterCW代表讓選中的元器件逆時針旋轉90°；Color代表設置器件的顏色；Properties代表設置器件的特性參數。元器件特性參數的設置方法是：元器件被選中后，雙擊該元器件或選擇Edit菜單下的Properties（特性）命令，即可打開該元器件的特性參數設置對話框，在該對話框中就可設置或編輯該元器件的各種特性參數。圖14.17所示為一個交流電壓源的特性參數設置對話框，其選項卡分別為Label（標識）、Display（顯示）、Value（數值）、Fault（故障）、PinInfo（概要信息）、Variant（變量）等，每個選項卡下都有不同的參數可供選擇。圖14.17元器件的特性參數設置對話框

3.電路圖的選項設置

選擇菜單Options欄下的SheetProperties命令，出現如圖14.18所示的對話框，每個選項下又有各自不同的對話內容，可用于設置與電路顯示方式相關的選項。

Show欄目的顯示控制如下：

Labels：是否顯示元器件的標識文字。

RefDes：是否顯示元器件的序號。

Values：是否顯示元器件數值。

Attribut：是否顯示元器件屬性。圖14.18電路圖選項設置

Workspace選項有三個欄目：Show欄目實現電路工作區顯示方式的控制，Sheetsize欄目實現圖紙大小和方向的設置，Zoomlevel欄目實現電路工作區顯示比例的控制。

Wiring選項有兩個欄目：Wirewidth欄目設置連接線的線寬，Autowire欄目控制自動連線的方式。

ComponentBin選項有兩個欄目：Symbolstandard欄目用來選擇元器件符號標準（ANSL美國標準元件符號和DIN歐洲標準元件符號），Placecomponentmode欄目選擇元器件的操作模式。

Miscellaneous選項用于控制文件備份方式，其中，Autobackup選擇自動備份的時間；CircuitDefaultPath選擇電路存盤的路徑；DigitalSimulationSetting選擇數字仿真的兩種狀態（Idea理想仿真和Real真實狀態仿真，前者可以獲得較高的仿真速度，后者獲得更為精確的仿真結果）。

另外還有PCB選項用于選擇與制作電路板相關的命令，Color欄目用來改變電路顯示的顏色，Font選項可以選擇字體等。

“Default”對話框按鈕可將當前設置保存為用戶默認設置，“RestoreDefault”按鈕可將當前設置恢復為用戶的默認設置。

4.導線設置

導線設置主要涉及導線的形成、刪除、顏色、連接點及在導線中間插入元器件等操作。

5.輸入/輸出設置

單擊“Place”按鈕，鼠標指向Connecter。單擊“HB/ScConnecter”按鈕，屏幕上會出現輸入/輸出符號：，該符號要與電路的輸入/輸出信號端子連接。子電路的輸入/輸出端必須要有輸入/輸出符號，否則就無法與外電路進行連接。IO114.2.5

Multisim8的基本分析方法

1.電路仿真分析方法的步驟

（1)構建電路：構建用于分析的電路，設置好元器件的數據。

（2)選擇分析方法：選擇進行何種仿真分析，并設置參數。

（3)運行電路仿真：運行電路仿真后，可以從測試儀器或儀表（如示波器等）上獲得仿真運行的結果，也可以從分析顯示圖中看到測試、分析的數據或波形圖。

2.基本放大電路直流工作點的分析

直流工作點分析也稱靜態工作點分析，條件是讓放大電路中的電容開路、電感短路，求解恒定激勵源作用下電路的穩態值。其作用是給半導體器件以合適的偏置，使其工作在所需的區域，這就是直流分析要解決的主要問題。

1）構建電路

首先在Multisim8工作區構造一個單管放大電路，電路的構建包括新建文檔、元件的選取與放置、線路連接、設置元件值和信號源參數等。（1）新建文檔。

進入Multisim8工作界面，會自動彈出以Circuit1命名的新文檔，根據電路需要將所需的元器件和儀表拖入工作平臺。編輯完畢后可更換名稱在一定的路徑下存盤。當然還可以在菜單欄的File中再點擊New建立新文檔；通過File點擊Open調用已建立的文檔。

（2）選取元件。

點擊元件庫相應的圖標，打開SelectaComponent界面，選取需要的元件并放置在合適的位置。元件的擺放要有整體電路的設計思想，以便于連線及查錯。本例中需要選取的元器件有：直流電源、信號源、2個電容、3個電阻、晶體管、接地圖標等，如圖14.19所示。圖14.19直流工作點分析（3）連接線路。

將鼠標指向元件管腳并點擊，拖拽到另一元件管腳處再點擊，則將兩點連接。依次將電路連好。電路連接完后，利用PlaceInput/Output工具設置電路分析點。電路中的電源電壓、各電阻和電容的取值如圖14.19所示。

（4）元件編輯。

若要改變元件參數、標注，可雙擊該元器件進行編輯。若替換元件，需點擊Replace，再次出現