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IBR Leiterplatten GmbH & Co. KG

Eurocircuits GmbH

Die Idee der Simulation von elektronischen Schaltungen ist nicht neu und existiert mittlerweile seit über 60 Jahren. Die SPICE Simulation wurde bereits in den 1960er Jahren an der University of California, Berkeley entwickelt. Die Abkürzung SPICE steht für Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis. Das Prinzip von SPICE basiert auf dem Lösen von nichtlinearen Gleichungssystemen, welche Komponenten und Schaltkreise beschreiben. Seit den 1960ern wurden Möglichkeiten, Algorithmen und Simulationsmodelle natürlich weiter optimiert. SPICE ist grundlegend textbasiert und beschreibt so Bauteileeigenschaften und deren Verdrahtung miteinander.

Die SPICE-Simulation mit Multisim

Der nächste logische Schritt in der Entwicklung der SPICE-Simulation war die grafische Abstraktion für den Benutzer. Hier setzt die Entwicklungsumgebung Multisim an. Multisim war früher unter dem Namen Electronics Workbench bekannt und wurde im Jahr 2005 von National Instruments übernommen und seitdem weiterentwickelt und gepflegt. Multisim wird sowohl in der Ausbildung und Lehre, wie Universitäten, Fachhochschulen oder Berufs- und Technikerschulen, als auch in der Forschung und in der industriellen Entwicklung zur Simulation von Schaltungen der Analog- und Digitaltechnik eingesetzt.

Industriekunden kommen beispielsweise aus der Geräteentwicklung, Prüfmittelbau, Automotive, Forschung, Medizintechnik oder dem Militär. NI Multisim enthält eine Datenbank mit Bauteilen von führenden Halbleiterherstellern, wie Analog Devices, National Semiconductor, Linear Tech oder Texas Instruments, und bietet „Mixed-Mode-Simulation“. Mit dieser Eigenschaft lassen sich sowohl analoge und digitale Bauteile in Kombination simulieren. Im ersten Schritt der Schaltungsentwicklung kann es sinnvoll sein, das Bauteileverhalten zu evaluieren, um so die Entscheidung zu treffen, welches Bauteil mit seiner spezifischen Charakteristik für die jeweilige Aufgabenstellung am ehesten in Frage kommt.

Die virtuellen Instrumente in Multisim

Wurden die benötigten Bauteile in Multisim platziert und verdrahtet, geht es darum, die Schaltung zu untersuchen. Das Tool bietet insbesondere durch „Virtuelle Instrumente“ die Möglichkeit, Schaltungen angelehnt an die Realität schnell und intuitiv zu untersuchen. Hierzu stehen Messinstrumente wie Funktionsgenerator, 2-Kanal- und 4-Kanal-Oszilloskop, Multimeter, Bode-Plotter, Spektrumanalysator, Stromzangen und vieles mehr zur Verfügung. Die virtuellen Messinstrumente bieten die Möglichkeit, ohne großen Konfigurationsaufwand – wie aus der Realität gewohnt – Schaltungen zu untersuchen. Mit dem Frequenzgenerator könnte beispielsweise das Eingangssignal einer Verstärkerschaltung erzeugt und mit dem Oszilloskop das Ausgangssignal visualisiert werden.

Sobald die grundlegende Performance und Funktionalität der Schaltung überprüft wurde, stehen bei Bedarf Analysen zur weiterführenden Untersuchung bereit. Durch Einsatz der Standard-SPICE-Analysetechnologie können detaillierte Benchmarks und Charakteristika, wie der Durchlassbereich eines Filters oder die Untersuchung auf Oberwellen, erstellt werden. Es stehen unter anderem Analysen wie AC-Analyse, Fourier-Analyse, Rauschanalyse, Worst-Case-Analyse, Monte-Carlo-Analyse zur Verfügung. Durch all diese Möglichkeiten lassen sich verschiedenste „Was-wäre-wenn“-Szenarien komfortabel am PC durchspielen. Was passiert, wenn sich die Toleranzen der verwendeten Bauteile multiplizieren? Wie verhält sich die Grenzfrequenz meiner Verstärkerschaltung bei Verwendung eines anderen Operationsverstärkertyps?

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