1、最新仿真软件 Multisim 10 的虚拟仪器应用雷 跃 2007 年 3 月美国国家仪器公司(NI)下属的 Electronics Workbench Group，发布了Multisim 10.0 和 Ultiboard 10.0这是交互式 SPICE 仿真和电路分析软件的最新版本。这个平台将虚拟仪器技术的灵活性扩展到了电子设计者的工作台上，弥补了测试与设计功能之间的缺口。Multisim10 提供了 21 种虚拟仪器，这些虚拟仪器与现实中所使用的仪器一样，可以直接通过仪器观察电路的运行状态。同时，虚拟仪器还充分利用了计算机处理数据速度快的优点，对测量的数据进行加工处理，并产生相应的结果。
2、一虚拟仪器的概述Multisim10 仪器库中的虚拟仪器如图 1 所示，从左至右分别是：数字万用表（Multimeter） 、失真分析仪（Distortion Analyzer） 、函数信号发生器（Function Generator）功率表（Wattmeter） 、双踪道示波器（Oscilloscope） 、频率计（Frequency Counter） 、安捷伦函数发生器（Agilent Funcition Generator） 、四踪示波器（Four-channel Oscilloscope） 、 、波特图示仪（Bode Plotter） 、IV 分析仪（IV Analyzer） 、字信号
3、发生器（Word Generator） 、逻辑转换仪（Logic Converter） 、逻辑分析仪（Logic Anlyzer） 、安捷伦示波器（Agilent Oscilloscope） 、安捷伦万用表（Agilent Multimeter） 、频谱分析仪（Spectrum Analyzer） 、网络分析仪（Network Analyzer） 、泰克示波器（Tektronix Oscilloscope） 、电流探针（Current probe） 、 LabVIEW 仪器（LabVIEW Insturment） 、测量探针（measurement probe） 。图 1 仪器库使用虚拟仪器时
4、只需在仪器栏单击选用仪器图标，按要求将其接至电路测试点，然后双击该图标，就可以打开仪器面板进行设置和测试。虚拟仪器在接入电路并启动仿真开关后，若改变其在电路中的接入点，则显示的数据和波形也相应改变，而不必重新启动电路，而波特图示仪和数字仪器则应重新启动电路。二虚拟仪器的应用Multisim10 的虚拟仪器可以应用于各种电子电路当中，下面通过实例仅对逻辑转换仪、网络分析仪、安捷伦示波器及 LabVIEW 仪器的使用及应用进行说明。（一）逻辑转换仪的应用逻辑转换仪（Logic Converter）是 Multisim10 软件特有的仪器，能够完成真值表、逻辑表达方式和逻辑电路三者之间的相互转换，目
5、前实际中还不存在与之对应的设备。在数字电路中，组合逻辑电路的设计复杂而繁琐，尤其当输入与输出变量的个数很多时，处理起来更加麻烦。利用 Multisim10 的逻辑转换仪可以大大地简化和缩短组合逻辑电路的设计过程。以一位全加器的设计来简要地说明。单击 Simulate/Instruments/Logic Converter,在弹出的逻辑转换仪的控制面板中完成参数设置，如图 2 所示。相当于完成了组合逻辑电路的设计方法的第 1 步建立真值表。设计第二部：由真值表推导出逻辑表达式。在图 4 中，单击 按钮后，出现真值表对应的逻辑表达式：ABC+ABC+ABC+ABC。其中 A表示对 A 的电平逻辑取
6、反。单击 按钮后，随着蓝色进度条的移动，在 Multisim 10 的电路窗口中出现如图 3 所示的本位输出电路。按同样的方法产生进位输出电路如图 4 所示。将图 3 和图 4 的电路组合起来即可得到一位全加器电路。 图 2 逻辑转换仪控制面板图 3 本位输出电路 图 4 进位输出电路（二）网络分析仪的应用利用 Multisim10 提供的网络分析仪，对 RF 电路的功率增益、电压增益和输入/输出阻抗等参数进行分析。整个分析过程由网络分析仪自动完成，解决了传统方法中的复杂计算等问题。（1）功率增益Multisim10 网络分析仪的 RF 特性分析工具可以计算 RF 电路在负载电阻为 50 时的
7、一般功率增益(PG)、可用功率增益(APG)和传感器功率增益（TPG） 。并将 l0loglo |PG|记为 dBMag 。一般功率增益定义为传送到负载上的功率与从输入端送到电路的平均功率之比。计算公式为：PG=|S21|2/(1-|S 1 1|2)可用功率增益定义为电路的输出功率与电源的可用功率之比，计算公式为：当 GgGL= 0 时，TPG|S21| 传感器功率增益 APG 是输出端的额定功率与电源的可用功率之比，计算公式为：APG=|S21|2 /(1- |S22|2)（2）电压增益电压增益（VG）的计算公式为：当 S 10 时，VGS21/(1S11） 。并将 201oglo|VG|记
8、为 dBMag。(3)输入/输出阻抗当 S 10 时，输入输出阻抗的计算公式分别为：Zi（1 i)(1 一 i)。其中， iS1l。Z0（1 0）（1 一 0） 。其中， 0S22o值得注意的是：这些值都是归一化的，但仿真显示的 Zi和 Z0的值却没有归一化(4)利用网络分析仪研究 RF 电路的步骤：.创建需要仿真分析的 RF 电路图。如图 5 所示图 5 RF 仿真电路.将网络分析仪连接到RF 电路图中。.双击网络分析仪图标，弹出网络分析仪面板。.在网络分析仪面板的Mode 框中，选择 RF Characterizer 按钮。.在 Trace 选项中，根据需要选择单击 Trace 区中的 P
9、G, APG 或 TPG 选项。那么被选中的变量随频率变化的曲线将显示在网络分析仪的显示窗口中，曲线上方还同时显示某频率所对应的数值，该频率可以拖动 Maker 区中的频率滚动条来选取。 表 图 6 功率增益.从 Parameter 的列表中，选择 Gains 选项，则仿真出相对于频率的电压增益曲线。选择Impedance 选项，则仿真出相对应于频率的输入、输出阻抗曲线。为了较好地观察这些曲线，每次设置完毕后，应单击 Auto Scale 按钮。图图 7 电压增益完成上述创建 RF 仿真电路图及各种参数设置后，单击 Simulate/Run 按钮网络分析仪开始运行，并得出图 5 所示 RF 仿
10、真电路的功率增益如图 6 所示；电压增益如图 7 所示；输入、输出阻抗如图 8 所示。图 8 输入/ 输出 电阻（三）安捷伦示波器的应用Multisim10 中的 Agilent (安捷伦) 54622D Mixed-Signal Oscilloscopes（混合信号示波器） ，是带宽为 100MHz、有两个模拟通道和 16 个逻辑通道的高性能示波器。把示波器对信号细节的详尽分析与逻辑分析仪的多通道时序测量融为一体。能同时看到 18 个通道上信号间的复杂交互关系，解决了传统示波器所无能为力的模拟数字混合电路设计的调试问题。安捷伦示波器还具有对任何模拟通道上采集的信号进行相减、相乘、积分、微分和
11、快速傅里叶变换等数学运算，并显示结果。下面通过实例说明安捷伦示波器对逻辑信号进行测量。图 9 所示，V1 为时钟信号源，U1 是一个 4 为计数器，QA、QB、QC、QD 分别为计数器的输出端，U2 是一个带译码器的七段数码管，将安捷伦示波器的数字通道与这四位相连。启动仿真开关，计数器从 0 开始进行加 1 计数并通过数码管显示出来。再双击安捷伦示波器并打开电源开关（POWER） ，单击逻辑分析功能区中的 按钮，并调节水平时基按钮，将得到如图 10 所示的输出波形，为QA、QB、QC、QD 的高低电平变化，即电路的逻辑。可以保存当前示波器显示的波形，单击，在功能按钮栏上出现 按钮，单击该功能按
12、钮完成保存。图 9 使用安捷伦示波器的逻辑分析功能图图 10 安捷伦示波器的显示结果（四）LabVIEW 仪器Multisim10 中，引入了 NI 公司独创的、先进的 LabVIEW 技术，该技术是一种图形化的编程语言和开发环境，使用这种语言编程可以从枯燥繁琐的程序代码中解放出来，绘制虚拟仪器流程图，可以利用 Multisim10 中的虚拟采样仪器，也可以设计和自造虚拟仪器。Multisim10 中有四种虚拟采样仪器，如图 11 所示。分别是 Microphone(话筒)，Speaker(播放器)，Sgnal Anatyzer(信号分析仪)，Sgnal Generator (信号发生器)。它
13、们对应的仪器图标XLV1、XLV2、XLV3、XLV4 。双击 XLV1 图标打开话筒设置对话框，如图 12 所示。图中显示从硬盘中获取采样声音，设置记录持续时间、声音频率以及是否需要反复记录等设置栏目。同理，图 13 显示播放器音频时间、频率的设置及注意事项等。图 14 为信号分析仪放大面板，其可以对三种分析类型、采样频率等进行设置，分析波形可在屏幕显示出来，横轴为时间，纵轴为波形的幅度。图 15 是信号发生器放大面板，其中有两项设置：“信号信息栏”主要对信号类型、频率及方波的占空比、信号的幅度、相位及偏移量等设置；“采样信息栏”主要对采样信号的幅度、采样信号的数量等进行设置，并且还可以选择反复重现分析波形，通过右侧屏幕显示出来。图 11 虚拟采样仪器图12 话筒设置对话框 图 13 播放器设置对话框图 14 信号分析仪放大面板图 15 信号发生器放大面板可以看出 Multisim10 中的虚拟仪器可以实现自动测量、自动记录、自动数据处理，与传统仪器相比具有很大的优越性，有效地提高了电路设计与实验的效率和水平。Multisim10 仿真软件必将成为电子电路计算机辅助分析和电子教育领域不可缺少的得力工具。（原刊于电子制作2007 年第 7 期）
