Multisim: среда схемотехнического моделирования¶

Multisim — это программное обеспечение для схемотехнического моделирования и проектирования электронных устройств, разрабатываемое канадской компанией National Instruments (ныне часть Emerson Electric). Программа позволяет создавать электрические принципиальные схемы, проводить их симуляцию в виртуальной среде и анализировать работу аналоговых и цифровых устройств без физической сборки макетов.

¶История

Разработка Multisim началась в конце 1980-х годов в канадском Университете Торонто под руководством профессора Кеннета Хейза. Первоначально программа называлась Electronics Workbench (EWB) и предназначалась для учебных целей — студенты могли моделировать простые электрические цепи на персональных компьютерах. В 1990-х годах продукт стал коммерческим, компания Interactive Image Technologies (IIT) выпускала его под маркой EWB.

В 1999 году IIT была приобретена корпорацией National Instruments (NI), которая переименовала продукт в Multisim и интегрировала его с собственной платформой виртуальных приборов NI LabVIEW и измерительным оборудованием. В последующие годы вышли версии Multisim 2001, 7, 8, 9, 10, 11, а затем и современные выпуски с годовой нумерацией (2014, 2015 и далее). В 2021 году National Instruments передала разработку программы своему подразделению NI, которое в 2023 году вошло в состав американской промышленной группы Emerson Electric. Актуальная версия — Multisim 14.3, выпускаемая в редакциях для образования (Education), для профессионалов (Professional) и для проектирования печатных плат (Ultiboard Power Pro).

¶Назначение и область применения

Основное назначение Multisim — виртуальное прототипирование электронных схем. Программа используется в трёх ключевых сферах:

• Образование — в университетах, колледжах и техникумах при изучении курсов электротехники, электроники и схемотехники. Multisim позволяет студентам безопасно экспериментировать, не рискуя оборудованием и не расходуя компоненты.
• Промышленные исследования и разработки — инженеры применяют программу для быстрой проверки идей, анализа характеристик схем и подготовки к макетированию на реальных платах.
• Интеграция с измерительным оборудованием — Multisim поддерживает связь с аппаратными платформами NI (например, NI myDAQ, NI ELVIS), что позволяет переносить виртуальную схему на реальное оборудование и сравнивать результаты моделирования с физическими измерениями.

¶Основные возможности

¶Создание схем

Multisim предоставляет обширную библиотеку компонентов, насчитывающую более 50 тысяч элементов: резисторы, конденсаторы, транзисторы, диоды, операционные усилители, цифровые микросхемы, микроконтроллеры (включая семейства PIC, AVR, 8051), источники питания, трансформаторы, электродвигатели и многие другие. Компоненты сгруппированы по категориям и семействам, поддерживается поиск по названию или характеристикам. Пользователь может создавать собственные компоненты и редактировать параметры существующих.

¶Симуляция

Ядро Multisim основано на SPICE (Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis) — стандартном отраслевом симуляторе аналоговых схем. Программа дополнительно включает цифровой симулятор (XSPICE) и гибридный режим для смешанных аналого-цифровых схем. Доступны следующие виды анализа:

• анализ по постоянному току (DC Operating Point);
• анализ переходных процессов (Transient);
• частотный анализ (AC Sweep);
• анализ по методу Монте-Карло для оценки влияния разброса параметров;
• температурный анализ;
• анализ шумов и искажений;
• параметрическая оптимизация (поиск значений компонентов под заданные требования).

¶Виртуальные приборы

Отличительная особенность Multisim — набор виртуальных измерительных приборов, имитирующих реальное лабораторное оборудование. В их числе: мультиметр, осциллограф (двух- и четырёхканальный), функциональный генератор, анализатор спектра, логический анализатор, вольтметр, амперметр, ваттметр, измеритель АЧХ (Bode plotter) и измеритель сопротивления. Приборы выглядят и управляются так же, как их физические аналоги, что упрощает переход студентов от виртуальной лаборатории к реальной.

¶Интерактивные компоненты

Multisim поддерживает интерактивные элементы управления — переключатели, потенциометры, кнопки, реле. Пользователь может в процессе симуляции изменять положение переключателя или вращать ручку потенциометра и наблюдать реакцию схемы в реальном времени. Это делает моделирование наглядным и приближенным к работе с реальным макетом.

¶Проектирование печатных плат

В комплекте с Multisim поставляется модуль Ultiboard — редактор печатных плат. После завершения моделирования схема может быть передана в Ultiboard для трассировки дорожек, размещения компонентов и генерации файлов для производства (Gerber-файлы). Это обеспечивает бесшовный конвейер от идеи до готовой платы.

¶Редакции и лицензирование

Multisim распространяется по коммерческой лицензии. Существует несколько редакций, различающихся функциональностью и ценой:

• Multisim Education — базовая версия для учебных заведений, включает основные компоненты и стандартные виды анализа.
• Multisim Professional — расширенная версия для инженеров, добавляет расширенные библиотеки, анализ Монте-Карло, оптимизацию и инструменты для работы с микроконтроллерами.
• Multisim Power Pro — максимальная редакция, включает все возможности Professional и полный набор инструментов Ultiboard для проектирования плат.

Для студентов и преподавателей National Instruments (ныне NI) предоставляла бесплатные лицензии в рамках академических программ, однако после перехода к Emerson Electric условия лицензирования изменились, и бесплатная академическая программа была ограничена.

¶Преимущества и ограничения

К достоинствам Multisim относят интуитивно понятный графический интерфейс, богатую библиотеку компонентов, тесную интеграцию с лабораторным оборудованием NI и хорошую пригодность для обучения. Программа считается одной из самых доступных для начинающих схемотехников.

К ограничениям можно отнести следующие факторы:

• точность моделирования SPICE уступает специализированным профессиональным пакетам (например, Cadence PSpice, LTspice, Altium Designer) при работе со сложными высокочастотными и сильноточными схемами;
• высокая стоимость полной версии Power Pro;
• привязка к экосистеме National Instruments — для полного использования аппаратных интеграций требуется оборудование NI;
• относительно небольшое сообщество пользователей по сравнению с бесплатными альтернативами.

¶Альтернативы

На рынке существует ряд конкурирующих программ для схемотехнического моделирования. Среди бесплатных аналогов выделяются LTspice (разработка Analog Devices), KiCad (с открытым исходным кодом) и Qucs. Коммерческими конкурентами являются Proteus (Labcenter Electronics), OrCAD (Cadence) и TINA-TI (Texas Instruments). В российских учебных заведениях также используется отечественный симулятор Micro-Cap, однако его поддержка прекращена в 2019 году.

¶Значение

Multisim сыграла заметную роль в популяризации компьютерного моделирования в электронике. Благодаря доступности и наглядности программа стала стандартом де-факто для начального обучения схемотехнике во многих странах мира, включая Россию. Она используется в курсах «Электротехника», «Основы электроники», «Схемотехника» в технических вузах, а также в системах среднего профессионального образования. Наличие русскоязычной локализации и учебной литературы на русском языке способствует её широкому распространению в отечественной образовательной практике.