Tuyệt vời! Chúng ta đã đi đến phần mà mình cho là quan trọng nhất của Altium Designer. Một sơ đồ nguyên lý đúng chưa chắc tạo ra một PCB tốt, nhưng một PCB được bố trí và đi dây hợp lý sẽ giúp sản phẩm ổn định, dễ sản xuất và dễ sửa chữa.
KHÓA HỌC ALTIUM DESIGNER
BÀI 6: THIẾT KẾ PCB CHUYÊN NGHIỆP (PCB LAYOUT)
Mục tiêu
Sau bài này bạn sẽ biết cách:
✅ Chuyển Schematic sang PCB
✅ Thiết lập Board
✅ Thiết lập Design Rule
✅ Sắp xếp linh kiện
✅ Đi dây
✅ Đổ đồng
✅ Kiểm tra DRC
Quy trình thiết kế PCB chuẩn
Đây là quy trình mà các công ty điện tử thường áp dụng:
Schematic
↓
Compile Project
↓
Update PCB
↓
Board Shape
↓
Design Rules
↓
Component Placement
↓
Routing
↓
Polygon
↓
Silkscreen
↓
DRC
↓
Gerber
Đừng vội đi dây ngay sau khi cập nhật PCB. Hãy thực hiện theo đúng thứ tự trên.
BƯỚC 1. Compile Project
Trước tiên, vào:
Project
↓
Compile PCB Project
Mục đích:
- Kiểm tra lỗi sơ đồ nguyên lý.
- Kiểm tra footprint đã được gán đầy đủ.
- Kiểm tra số chân.
Nếu có lỗi, nên sửa hết trước khi sang PCB.
BƯỚC 2. Update PCB
Vào:
Design
↓
Update PCB Document
Một cửa sổ ECO (Engineering Change Order) sẽ hiện ra.
Chọn:
Validate Changes
Nếu không có lỗi:
Execute Changes
Sau đó:
Close
Lúc này tất cả footprint sẽ xuất hiện trên PCB.
BƯỚC 3. Hiểu giao diện PCB
Bạn sẽ thấy:
_______________________
| |
| □ □ □ □ □ □ □ □ □ |
| Tất cả linh kiện |
| nằm ngoài Board |
|_______________________|
Điều này là bình thường.
BƯỚC 4. Vẽ Board Shape
Chọn:
Design
↓
Board Shape
↓
Define Board Shape
Ví dụ:
100 mm × 80 mm
Hoặc
80 × 60 mm
Hoặc
120 × 100 mm
Bạn cũng có thể vẽ bo tròn, bo chữ L hoặc theo hình dạng của vỏ máy.
BƯỚC 5. Thiết lập Grid
Đây là bước rất nhiều người bỏ qua.
Chọn:
View
↓
Grids
Khuyến nghị:
Visible Grid
1 mm
Snap Grid
0.25 mm
Hoặc:
0.5 mm
Khi làm SMD nhỏ, có thể dùng grid nhỏ hơn.
BƯỚC 6. Thiết lập Design Rules
Vào:
Design
↓
Rules
Đây là nơi quy định các tiêu chuẩn của PCB.
Clearance
Khoảng cách tối thiểu giữa các đối tượng dẫn điện.
Ví dụ:
0.20 mm
Hoặc:
0.25 mm
Track Width
Ví dụ:
Signal
0.20 mm
Power
0.50 mm
Motor
1.50 mm
Không nên dùng cùng một độ rộng cho mọi đường mạch.
Via
Ví dụ:
Via
0.60
Drill
0.30
Các giá trị cụ thể nên theo khả năng của nhà sản xuất PCB.
BƯỚC 7. Sắp xếp linh kiện (Placement)
Đây là bước quyết định 70% chất lượng PCB.
Nguyên tắc số 1
Đặt theo luồng tín hiệu.
Ví dụ:
USB
↓
Nguồn
↓
ESP32
↓
Driver
↓
Relay
↓
Connector
Đừng đặt linh kiện ngẫu nhiên rồi mới tìm cách đi dây.
Nguyên tắc số 2
Linh kiện liên quan đặt gần nhau.
Ví dụ:
ESP32
↓
Crystal
↓
Tụ 22pF
Khoảng cách càng ngắn càng tốt.
Nguyên tắc số 3
Tụ decoupling
Ví dụ:
100nF
Phải đặt sát chân cấp nguồn của IC.
IC
□
||
100nF
Đây là quy tắc rất quan trọng để giảm nhiễu.
Nguyên tắc số 4
Đầu nối (Connector)
Đặt sát mép PCB để dễ cắm dây.
Nguyên tắc số 5
LED
Đặt ở vị trí dễ quan sát.
Nguyên tắc số 6
Nút nhấn
Đặt ở vị trí thuận tiện thao tác.
BƯỚC 8. Đi dây (Routing)
Chọn:
Route
↓
Interactive Routing
Hoặc phím tắt:
Ctrl + W
Thứ tự ưu tiên
- Nguồn
- GND
- Clock
- USB
- SPI
- UART
- GPIO
Đừng đi GPIO trước rồi mới tìm chỗ cho nguồn.
Quy tắc
Không nên:
┐
Góc 90°.
Nên:
╱
Hoặc:
└
góc 45°.
Đường nguồn
Ví dụ:
3.3V
1 mm
Không nên quá mỏng nếu dòng tiêu thụ lớn.
BƯỚC 9. Via
Dùng khi chuyển giữa các lớp.
Ví dụ:
Top
↓
Via
↓
Bottom
Không nên tạo quá nhiều Via nếu không cần thiết.
BƯỚC 10. Polygon GND
Chọn:
Place
↓
Polygon Pour
Chọn:
Net
↓
GND
Bao quanh toàn bộ PCB.
Sau đó:
Repour
Polygon GND giúp:
- Giảm trở kháng đường hồi dòng.
- Giảm nhiễu.
- Hỗ trợ tản nhiệt.
BƯỚC 11. Silk Screen
Thêm:
Tên sản phẩm
Version
Logo
QR Code
Ngày sản xuất
Đảm bảo chữ không chồng lên pad hoặc lỗ khoan.
BƯỚC 12. Kiểm tra DRC
Vào:
Tools
↓
Design Rule Check
Nếu báo lỗi:
Clearance
Short
Unconnected
Width
Hole
Phải xử lý trước khi xuất Gerber.
Mẹo chuyên nghiệp
1. Luôn bố trí trước, đi dây sau.
2. Đi nguồn trước, tín hiệu sau.
3. GND nên dùng Polygon thay vì kéo từng đường.
4. Giữ khoảng cách hợp lý giữa các linh kiện để dễ hàn và sửa chữa.
5. Kiểm tra lại hướng của IC, diode, tụ phân cực và đầu nối trước khi xuất Gerber.
Bài tập thực hành
Thiết kế một PCB đơn giản gồm:
- Nguồn 5V.
- Điện trở 220 Ω.
- LED.
- Connector 2 chân cấp nguồn.
Thực hiện đầy đủ các bước:
- Vẽ schematic.
- Compile Project.
- Update PCB.
- Vẽ Board Shape.
- Bố trí linh kiện.
- Đi dây.
- Đổ Polygon GND.
- Chạy DRC.
Đây là một bài tập nhỏ nhưng sẽ giúp bạn làm quen với toàn bộ quy trình thiết kế PCB.
Bài 7 sẽ là một dự án thực tế
Ở bài tiếp theo, chúng ta sẽ thiết kế một bo mạch ESP32 hoàn chỉnh từ đầu đến cuối, bao gồm:
- Nguồn USB-C hoặc Micro USB.
- Mạch nguồn 5V → 3.3V.
- ESP32-WROOM-32.
- Mạch Auto Download (EN/IO0).
- Header nạp chương trình.
- LED nguồn và LED trạng thái.
- Nút EN (Reset) và BOOT.
- Tụ lọc nguồn, điện trở kéo.
- Thiết kế PCB 2 lớp, đi dây, đổ đồng và kiểm tra DRC.
Đây sẽ là một dự án gần với sản phẩm thực tế và là nền tảng rất tốt trước khi bạn thiết kế các bo mạch phức tạp hơn như bộ điều khiển DigitalClock Professional hay các mạch điều khiển IoT.