viernes, 17 de julio de 2009

Creando Componentes Básicos en Multisim

Multisim cuenta con una herramienta para crear componentes personalizados que se pueden agregar a la base de datos de usuario; esta herramienta se le conoce como Component Wizard y está ubicada en el menú Tools. En esta ocasión explicaré como crear un componente básico de tres terminales, en este caso el transistor BCW30, un amplificador PNP de propósito general.

Para crear un componente personalizado en Multisim que sea simulable y que además se pueda transferir a Ultiboard para el diseño del PCB necesitamos el modelo SPICE del componente, así como su hoja de datos.

Los modelos SPICE son desarrollados por los fabricantes de los componentes electrónicos, por lo que cuando requerimos de algún modelo en particular lo primero que debemos consultar es el sitio Web del fabricante (claro, también podemos utilizar un buscador).

El modelo SPICE del transitor BCW30 y su hoga de datos los encontré aquí.

Los modelos SPICE típicamente vienen en archivos con extensión *.CIR, *.LIB, entre otras. Sin embargo estos archivos contienen texto, por lo cual se les puede abrir con algún editor. Este es un extracto del modelo SPICE del transistor BCW30:

.MODEL BCW30 pnp
+ IS = 5.34896E-10 BF = 240.5 NF = 1
+ BR = 0.34 NR = 1.0 ISE = 5.24807E-12
+ NE = 1.5 ISC = 4.01764E-11 NC = 1.5
. . .

La hoja de datos es útil para conocer la distribución de las terminales del componente así como el footprint (huella) del mismo. En este caso el BCW30 tiene el footprint SOT-23.

Iniciemos la creación del componente:

1. En Multisim ir a Tools>>Component Wizard. Aqui va la información del componente, configurar como se muestra en la figura:

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2. Seleccionar el número de terminales (en este caso 3) asi como el footprint SOT-23. Se puede dar clic en el botón Select a Footprint para hacer una búsqueda en la base de datos de Multisim (el número del footprint en la base de datos maestra es el 3612).

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3. En este paso se puede agregar/editar el símbolo del componente. Dando clic en el botón Edit se abre el editor de símbolos. Dado que el componente que estamos creando tiene un símbolo estándar, lo podemos copiar directamente de la base de datos. Dar clic en el botón Copy from DB, en la ventana que aparece seleccionar el grupo Transistors, familia BJT_PNP, seleccionar cualquier componente y dar clic en OK.

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4. Para el paso 4 dejamos los valores que aparecen por defecto. Clic en el botón Next.

5. En el paso 5 se hace el mapeo entre las terminales del símbolo y el footprint. Para esto nos ayudamos de la hoja de datos del componente.

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6. Aqui vamos a agregar el modelo SPICE que previamente obtuvimos. Para esto abrimos el archivo BCW30.lib con un editor de texto, copiamos el contenido y lo pegamos en la ventana del modelo como se muestra en la figura siguiente:

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7. En este paso se realiza un mapeo entre los pines del símbolo y los nodos que utiliza el modelo SPICE de manera interna. Notar que en la parte inferior de esta ventana Multisim nos coloca información acerca de cómo se debe realizar el mapeo:

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8. En este último paso guardamos el componente en la base de datos de usuario. Notar que se pueden agregar nuevas familias. Crear la familia PNP bajo Transistors.

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Finalmente dar clic en Finish.

Para revisar el componente ir al menú Place>>Component. Seleccionar la base de datos de usuario y buscar el nuevo componente en el grupo de Transistors, familia PNP.

Como se podemos ver, es muy fácil crear nuevos componentes en Multisim utilizando el Component Wizard. Más adelante realizaremos la creación de componentes más avanzados. Preguntas y comentarios son bienvenidos.

jueves, 28 de mayo de 2009

Tipos de Componentes en Multisim

En Multisim los componentes se diferencían de acuerdo a la funcionalidad que ofrecen. Existen dos reglas básicas:

  • Para que un componente se pueda simular este debe contener un modelo SPICE.
  • Para que un componente se pueda transferir a Ultiboard para el diseño del PCB, este debe contener una huella o footprint.

Basado en lo anterior en Multisim tenemos:

  1. Componentes que son solo simulables (es decir, contienen un modelo SPICE).
  2. Componentes que solo sirven para captura del diagrama y transferencia a Ultiboard para el diseño del PCB (no contienen modelo SPICE).
  3. Componentes que son simulables y transferibles para diseño de PCB..

En Multisim podemos diferenciar estos componentes por su color. Veamos la figura siguiente:


Componentes en color negro son solo simulables, color verde solo para captura y diseño PCB, y azul son simulables y transferibles para diseño de PCB.

Componentes simulables (color negro)
Si de la figura anterior abrimos las propiedades del componente de color negro, en la pestaña Value encontraremos un botón llamado Edit Model. Al dar clic en dicho botón veremos el modelo SPICE de dicho componente, aquí se muestra un ejemplo:
.SUBCKT 3288RT__OPAMP__1 1 2 3
*3 Terminal Opamp Model
*A= 1e+007 RI= 1.5e+014 RO= 4 VSW+= 20 VSW-= -20
*Vos= 5e-006 Ibs= 3e-009 Ios= 3e-009 SR+= 1.25e+009
*fu= 9e+006 fp2= 1e+032 CC= 3e-018
Vos 4 1 DC 5e-006V
Ib2 2 0 1.5e-009A
. . .
.ENDS
Sin embargo este componente no contiene información de footprint, por lo tanto no es transferible a Ultiboard para el diseño del PCB.

Componentes de solo captura y diseño de PCB (color verde)
Estos componentes no contienen un modelo de SPICE, por lo tanto no se pueden simular. Sin embargo si contienen la información de footprint necesaria el diseño de PCB. Abriendo sus propiedades tenemos que por ejemplo, el componente de la figura tiene asociado el footprint SOT23_5. Cuando el componente se transfiere a Ultiboard para el diseño del PCB se tiene la siguiente imagen:
Como podemos observar, el footprint no es mas que la representación gráfica del componente. Esta representación contiene las medidas exactas que tendría el componente real. Cuando el diseño de Multisim se transfiere a Ultiboard, se obtienen todos los footprints, se selecciona un tipo de tarjeta PCB, se colocan los componentes y se realizan las pistas de la tarjeta. Finalmente se fabrica la tarjeta PCB. En un artículo futuro hablaremos más sobre Ultiboard.

Componentes simulables y transferibles para diseño de PCB (color azul)

Estos componentes contienen el modelo de SPICE y la información de footprint.

En el próximo artículo, abordaremos el tema de creación de componentes en Multisim. Como siempre comentarios y preguntas son bienvenidas.

lunes, 25 de mayo de 2009

Introducción a la Simulación de Circuitos

Hoy en día, la simulación de circuitos se ha convertido en parte fundamental del diseño electrónico pues permite conocer el comportamiento de un circuito sin necesidad de contruirlo físicamente. De esta forma, se ahorra tiempo y dinero al encontrar y corregir posibles errores en las primeras fases del diseño. De manera similar, se puede experimentar con distintos escenarios y observar cómo afectan las tolerancias de los componentes.

Para aquellas personas nuevas en el campo del diseño electrónico, he decidido iniciar este blog con un pequeño recordatorio de la tecnología de simulación de circuitos para conocer sus fundamentos y aplicaciones.

SPICE, programa para la simulación de circuitos desarrollado en 1975 en la Universidad de California en Berkeley, es una herramienta que utiliza modelos matemáticos para predecir el comportamiento de circuitos electrónicos que contienen componentes simples como resistores y capacitores, hasta componentes avanzados como MOSFETs y amplificadores operaciones.

Tomemos como referencia el siguiente circuito RC:


El circuito se divide en nodos que indiquen la conexión de los componentes, de esta forma tenemos los nodos 0, 1 y 2 (el nodo 0 siempre es la referencia de tierra). La síntaxis SPICE para el circuito sería:

* Circuito Simple RC
* Texto después del * es ignorado
R1 1 2 1000
C1 2 0 10p
V1 1 0 12
.OP *OP calcula el punto operativo del circuito
.end
La síntaxis anterior se conoce como netlist (lista de conexiones). Multisim basa su funcionamiento en SPICE, sin embargo es un ambiente totalmente amigable en el que simplemente se tienen que seleccionar los componentes, conectarlos y ejecutar la simulación; no se requiere saber los detalles de bajo nivel de SPICE. Además, si se requiere, una vez capturado y probado el circuito se puede transferir a Ultiboard para el diseño del PCB (Multisim y Ultiboard están totalmente integrados). Multisim es ideal para estudiantes, educadores, profesionales y todos aquellos interesados en el diseño de circuitos electrónicos.

En este blog se publicarán consejos y tutoriales para aprovechar al máximo las capacidades de simulación que ofrece Multisim. ¡No olvides dejar tus comentarios!