Tại cửa sổ này, ta có thể lựa chọn chế độ làm mạch in: Top (Mặt trên), Bottom (Mặt dưới), Cả mặt trên và mặt dưới.
Nếu chọn vẽ mặt dưới thì ta đầu tiên chọn mặt trên ở chế độ N/A và mặt dưới thì ta có thể chọn dạng chủ yếu cho đường mạch.
“ | ” Mạch sẽ chạy theo chiều dọc “ - ” Mạch sẽ chạy theo chiều ngang “ N/A ” Chọn Top
“ / ” Mạch sẽ chạy theo một góc 45 độ “ \ ” Mạch sẽ chạy theo 1 góc 135 độ “ * ” Mạch sẽ chạy một cách tuỳ ý.
Để vẽ lại bằng tay một đường mạch nào đó, ta có thể chọn lệnh Rip 000 để xố đường đó. Ta cũng có thể xố tất cả các đường dây ở mạch bằng cách chọn All Signal.
Với cách thứ hai, ta chọn lệnh Router và nhấp vào đường mạch để chỉnh đường mạch.
Hình 34: Đi dây thủ cơng
Để đổ mass (Phủ động), chúng ta sử dụng lệnh Polygon
Xác định phần mạch cần được phủ đồng sau đó chọn Rasnest
Hình 36: Rasnest cho đường dây được Polygon
Nếu khơng muốn phủ mass, ta có thể bỏ phủ đồng bằng cách nhấp chuột phải vào phần phủ đồng rồi chọn Ripup hoặc Delete.
Biểu diễn 3D.
Tại phần mềm này, ta sử dụng thêm phần mềm Fusion 360 cũng của Autodesk để hiển thị biểu diễn mô phỏng 3D cho mạch.
Hình 38: Giao diện tương tác Fusion 360
Ta lưu mạch đã được thiết kế PCB và mở phần mềm Fusion 360 để xem mô phỏng bằng các bước sau: Chọn File > Open >Chọn file muốn được biểu diễn.
Hình 39 Giao diện mạch in từ Eagle ra Fusion 360 Ta chọn “Push to 3D PCB” để biến đổi về 3D PCB:
2.2 Giới thiệu về phần mềm Altium
Altium Designer là một phần mềm thiết kế tích hợp được phát triển bởi Altium Limited – Canada. Ngày nay, Altium đang là một trong những phần mềm vẽ mạch điện tử mạnh và được ưa chuộng ở Việt Nam. Ngoài việc hỗ trợ tốt cho hoạt động vẽ mạch, Altium còn hỗ trợ tốt trong việc quản lý mạch, trích xuất file thống kê linh kiện.
Altium Designer cung cấp một ứng dụng kết hợp tất cả công nghệ và chức năng cần thiết cho việc phát triển sản phẩm điện tử hoàn chỉnh, như thiết kế hệ thống ở mức bo mạch và FPGA, phát triển phần mềm nhúng cho FPGA và các bộ xử lý rời rạc, bố trí mạch in (PCB)… Altium Designer thống nhất tồn bộ các q trình lại và cho phép bạn quản lý được mọi mặt q trình phát triển hệ thống trong mơi trường tích hợp duy nhất. Khả năng đó kết hợp với khả năng quản lý dữ liệu thiết kế hiện đại cho phép người sử dụng Altium Designer tạo ra nhiều hơn những sản phẩm điện tử thơng minh, với chi phí sản phẩm thấp hơn và thời gian phát triển ngắn hơn.
Altium Designer bao gồm tất các những công cụ cần thiết cho một bản thiết kế điện tử hoàn thiện, ví dụ như cơng cụ thiết kế bản vẽ ngun lý, bản vẽ mạch in, mơ phỏng mạch điện, phân tích tín hiệu, mơi trường lập trình VHDL, mơi trường thiết kế và phát triển hệ thống nhúng FPGA, …
Các phiên bản trước đây của Altium Designer gồm có: DXP 2002, DXP2004, Summer 08, Winter 09, Summer 10, và mới đây nhất là Altium Designer 10. [2]
2.2.1 Đặc trưng của Altium
Altium Designer có một số đặc trưng sau:
- Giao diện thiết kế, quản lý và chỉnh sửa thân thiện, dễ dàng biên dịch, quản lý file, quản lý phiên bản cho các tài liệu thiết kế.
- Hỗ trợ mạnh mẽ cho việc thiết kế tự động, đi dây tự động theo thuật tốn tối ưu, phân tích lắp ráp linh kiện. Hỗ trợ việc tìm các giải pháp thiết kế hoặc chỉnh sửa mạch, linh kiện.
- Mở, xem và in các file thiết kế mạch dễ dàng với đầy đủ các thơng tin linh kiện, dữ liệu bản vẽ, kích thước, số lượng…
- Hệ thống các thư viện linh kiện phong phú, chi tiết và hoàn chỉnh bao gồm tất cả các linh kiện nhúng, số, tương tự…
- Đặt và sửa đối tượng trên các lớp cơ khí, định nghĩa các luật thiết kế, tùy chỉnh các lớp mạch in, chuyển từ schematic sang PCB, đặt vị trí linh kiện trên PCB. - Mơ phỏng mạch PCB 3D, đem lại hình ảnh mạch điện trung thực trong không gian 3 chiều, hỗ trợ MCAD-ECAD, liên kết trực tiếp với mơ hình STEP, kiểm tra khoảng cách cách điện, cấu hình cho cả 2D và 3D.
- Hỗ trợ thiết kế PCB sang FPGA và ngược lại.
Từ đó, chúng ta thấy Altium designer có nhiều điểm mạnh so với các phần mềm khác như đặt luật thiết kế, quản lý đề tài mô phỏng dễ dàng, giao diện thân thiện, …
2.2.2 Các bước thiết kế mạch điện tử
Việc thiết kế mạch điện tử trên phần mềm altium designer có thể được tóm tắt gồm các bước như sau:
- Đặt ra các yêu cầu bài toán. - Lựa chọn linh kiện.
- Thiết kế mạch nguyên lý.
- Lựa chọn các chân linh kiện để chuyển sang mạch in Update mạch nguyên lý sang mạch in.
- Lựa chọn kích thước mạch in sắp xếp các vị trí các loại linh kiện như điện trở , tụ điện, IC...
- Đặt kích thước các loại dây nối. - Đi dây trên mạch.
- Kiểm tra tồn mạch.
2.2.3 Các tổ hợp phím tắt thường dùng trong Altium Design.
Trong Altium, người dùng có thể sử dụng các phím tắt nhằm việc thuận tiện hơn cho việc thiết kế mạch.
Trong thiết kế mạch ngun lý
Phím tắt Cơng dụng
A - L Căn chỉnh linh kiện theo hàng dọc
A - T Căn chỉnh linh kiện theo hàng ngang
A - H Căn chỉnh linh kiện cách đều theo hàng ngang A - V Căn chỉnh linh kiện cách đều theo hàng dọc
D - B Lấy linh kiện trong thư viện
D - O Thay đổi thông số bản vẽ
P - B Vẽ đường bus
P - N Đặt tên cho đường dây
P - O Lấy GND
Trong thiết kế mạch in.
Phím tắt Tác vụ
P - L Định kích thước cho mạch (Keep Out Layer)
V - B Xoay bản vẽ 180 độ
T - E Bo tròn đường dây chân linh kiện
T - U - A Xóa tất cả các đường mạch
TAB Hiện cửa sổ thay đổi thông tin khi đang thao tác Shift + Space Thay đổi các chế độ đường dây (Tự do - Theo luật -
Vuông 90 độ - Cong)
Shift + S Chỉ cho phép hiện 1 lớp đang chọn (các lớp còn lại được ẩn)
Shift + R Thay đổi các chế độ đi dây (Cắt - Không cho cắt - Đẩy
P - W Đi dây linh kiện
Space (Shift + Space) Xoay linh kiện Shift + Click và kéo Copy linh kiện
T - N Đặt tên tự động cho linh kiện
T - S Chọn linh kiện trong mạch in từ mạch nguyên lý
T - W Tạo linh kiện mới
TAB Thay đổi các thông số của mạch
dây)
A - A Đi dây tự động
V - F Hiển thị toàn bộ bản vẽ
P - R Vẽ đường mạch theo ý muốn
Q (Ctrl + Q) Thay đổi đơn vị (mm <-> mil)
P - G Phủ đồng
P - V Lấy lỗ via
Ctrl + M Đo kích thước
Ctrl + Shift + Lăn chuột Chuyển lớp
D - O Chỉnh thông số của mạch
D - R Thay đổi các luật cho bản vẽ (kích thước đường dây, lỗ via, khoảng cách các linh kiện,...)
D - S - R Định lại kích thước bo mạch Bảng 2: Bảng phím tắt PCB Chế độ 3D Mode.
Phím tắt Tác vụ
0 Xoay board mạch về hướng nhìn gốc
2 Chuyển sang chế độ 2D khi trong chế độ 3D View
3 Chuyển sang View 3D khi trong chế độ 2D
SHIFT Đồng thời nhấn Shift và Click chuột phải, di chuyển chuột để xoay board mạch theo các trục X Y Z
V + F Điều chỉnh board mạch vừa khít màn hình
V + B Lật board mạch
SHIFT + Cuộn chuột Sang trái – Sang phải CTRL + Cuộn chuột Phóng to – Thu nhỏ
CTRL + C Chụp ảnh góc nhìn hiện tại của board mạch 3D vào Clipboard, để lưu thành file ảnh bạn cần sử dụng tool như Paint chẳng hạn
T + P Mở cửa sổ Preferences
L Mở cửa sổ Configurations – Điều chỉnh các thuộc tính hiển thị
Bảng 3: Bảng phím tắt 3D. 2.2.4 Quy trình tạo file thiết kế mạch và các 2.2.4 Quy trình tạo file thiết kế mạch và các
phần chức năng trong Altium Design.
Bước 1: Nhấp vào File ⇒ New ⇒ Project
Tiếp theo đặt tên Project (bao gồm File sơ đồ nguyên lý; File sơ đồ mạch in PCB) và chọn lưu vào thư mục nào trong máy ⇒ ấn Create để bắt đầu.
Hình 42: Đặt tên file
Bước 2: Tạo File sơ đồ nguyên lý. Ấn chuột phải vào tên Project bạn vừa đặt ⇒ Add new to Project ⇒ Schematic
Bước 3: Tạo File sơ đồ mạch in. Ấn chuột phải vào tên Project bạn vừa tạo ⇒ Add File to Project ⇒ PCB
Hình 44: Tạo một File PCB
Bước 4: Lưu Project lại. Ấn chuột phải vào tên Project mới tạo ⇒ Save (lưu lần lượt File sơ đồ nguyên lý và File sơ đồ mạch in). Lưu ý: Lưu tên file rõ ràng để tránh bị nhầm lẫn với nhau.
2.3 So sánh về hai ứng dụng
Altium Designer Eagle Designer
Nhu cầu và đối tượng sử dụng cung cấp một ứng dụng kết hợp công nghệ một cách tổng thể. Altium designer được cung cấp phục vụ cho việc hoàn thiện sản phẩm điện tử, bố trí mạch in PCB, gia công phần mềm nhúng, ...
Thường được sử dụng trong vẽ điện công nghiệp.
Là một ứng dụng có lượng người sử dụng lớn trong lĩnh vực công nghiệp. Dung lượng thấp. Giao diện trực quan, thuận tiên trong việc sử dụng.
Nhược điểm
Do được tích hợp nhiều tính năng làm cho Altium designer khả năng. Trong khi đó, một số tính năng trong phần mềm cịn khơng được người dùng sử dụng.
Cịn khó khăn trong việc tìm kiếm linh kiện. Quá trình thiết kế mạch đơi lúc gặp nhiều bất lợi.
Bảng 4: So sánh Eagle Designer và Altium Designer
2.4 Thiết kế mạch in trên phần mềm mô phỏng Altium.
2.4.1 Thiết kế mạch schematic.
Đầu tiên ta cần thiết kế mạch schematic:
Sử dụng các linh kiện: Transistor 2n222; Resistor: 120k𝛺, 4.8k𝛺, 1.2k𝛺; Tụ hoá: 10𝜇𝐹,100 𝜇𝐹; Biến trở: 1M𝛺; Header 2. Thiết kế PCB
Để thiết kế PCB thích hợp thì cần chú ý theo một vài nguyên tắc bên dưới: Quy tắc thiết kế và bố trí linh kiện
- Khoảng cách đường dây với viền mạch lớn hơn 5mm. - Ưu tiên đặt linh kiện chính hay có diện tích lớn làm tâm. - Linh kiện có cơng suất lớn thì đặt tại vị trí dễ tản nhiệt. - Đầu ra và đầu vào cần đặt cách xa nhau.
- Cần đặt linh kiện có cơng suất cao tại vị trí khó chạm vào để tránh gây hại. - Linh kiện nhạy cảm với nhiệt đặt xa linh kiện phát nhiệt.
- Bố cục cân bằng, đồng đều, theo sát nhau. - Tụ lọc nên đặt gần vị trí đầu ra.
- Linh kiện có kích thước nhỏ nhưng nhiệt lượng cao cần bổ sung thiết bị tản nhiệt.
Quy tắc thiết kế dây
- Dây nên tránh góc nhọn, vng. Nên đi dây với góc 45 độ - Tín hiệu cao tần nên đi dây ngắn nhất có thể
- Hướng đi dây nguồn và dây tiếp đất mạch 2 lớp nên thống nhất với hướng dữ liệu
- Dây tiếp đất kỹ thuật và dây tiếp đất mô phỏng cần tách riêng - Bố trí dây trên tồn mạch, khoan lỗ cần phải đồng đều
- Dây nguồn và dây tiếp đất nên ngắn và dày, đoạn vòng giữa nguồn và tiếp đất nên thiết kế ngắn nhất
2.4.3 Các bước thiết kế mạch in trên Altium
Update PCB Document: Sau khi thiết kế trên schematic, ta cần tạo một chương trình PCB, đổi tên, và chuyển đổi từ schematic sang PCB.
Hình 46: Giao diện PCB và các linh kiện được chuyển từ schematic
Kéo mạch vào trong bảng đen và sắp xếp vị trí thích hợp. Chú ý theo các nguyên tắc đã được nêu ở phía bên trên.
Hình 47: Sắp xếp linh kiện theo các nhìn của bản thân. (Chú ý: sắp xếp sao cho các đường
dây đi không trồng chéo lên nhau).
Ta bao quanh mạch bằng lớp Keep- Out Layer (Place Keepout ấn Tap chọn Keep-Out Layer tại Restricted for Layer). Nhấn vào đường kẻ rồi ấn Tab để chọn toàn bộ đường Keep-Out Layer.
Chọn Design Board Shape Define Board Shape from Selected Objects, để thu gọn mặt phẳng.
Hình 48: Bao quanh mạch Đi dây và chú ý các nguyên tắc bên trên. Đi dây và chú ý các nguyên tắc bên trên.
Phủ đồng để bảo vệ mạch khi dịng q cao.
Hình 50: Mạch in sau khi được phủ đồng. Mạch in sau khi thiết kế: Mạch in sau khi thiết kế:
Hình 52: Mạch 3D được mô phỏng trong Altium.
Xuất thành file PDF để dễ dàng trong việc in mạch thực tế (chọn File> Fabrication Outputs> Final> Chọn file cần in rồi chọn Print (Trước đó cần vào Print setup để thay đổi các thông số).)
2.5 Thiết kế mạch in
Thiết kế mạch in và bước cuối cùng để hoàn thiện thành một mạch điện hồn chỉnh và có thể sử dụng. Các bước làm:
Bước 1: In mạch ra giấy bóng và áp vào miếng board đồng. Là trong vòng
khoảng 5’ và để nguội. Sau khi là xong ta dùng bút long khơng xố được tơ lại nét bị đứt
Hình 54: Thực hiện là in mực và tô lại mạch sau khi là
Bước 2: Pha bột sắt vào nước và thả miếng Board đồng để ăn mòn khoảng 30- 45’. Để đẩy nhanh q trình ăn mịn của dung dịch với phíp đồng ta có thể dùng nước ấm kết hợp với việc lắc đều dung dịch thì tốc độ ăn mịn sẽ nhanh hơn (Như ở trên phịng A4-501 có máy lắc để làm việc này thay cho iệc lắc thử cơng).
Hình 55: Q trình pha dung dịch Fe+ để ngâm phíp đồng đã in mạch
Bước 3: Sau khi ăn mịn hết phần đồng khơng cần thiết ta sẽ đem mạch điện đi rửa sạch bằng nước và chà qua lớp mực bên trên (Chà bằng một lực vừa phải). Nếu có thể thì nên sử dụng dung dịch nhựa thông, xăng thơm để phủ lên mạch nhằm bảo vệ sự Oxi hóa của mơi trường lên mạch điện của mình.
Bước 4: Khoan mạch và thực hiện hàn gắn linh kiện vào Board mạch.
Chương 3. Kết quả thực hiện và kết luận
3.1 Kết quả mơ phỏng trên Oscilloscope
Hình 57: Mạch điện hồn chỉnh sau các bước làm ở trên.
Sau khi lắp hồn thiện mạch, ta đem đi chạ thử ở phịng A4-504 bằng cách cấp đầu vào nguồn AC (Máy tạo xung); nguồn DC.
Đầu vào.
- Cấp nguồn AC (Hình 60) với điện áp 200mVrms với tần số 1Khz. - Cấp nguồn DC (Hình 59) với điện áp 9V và cường độ dòng điện 0.2A.
Đầu ra: được đo bởi máy Oscilloscope như hình 61 ta thực hiện kẹp đo như sau:
- Đầu đo 1: Dùng để đo đầu vào (Input). - Đầu đo 2: Dùng để đo đầu ra (Output).
Để đảm bảo cho việc dễ hình dung cách cấp đầu vào và đầu ra cho mạch thì bạn có thể nhìn sơ đồ khối dưới đây.
Hình 58: Sơ đồ khối kết nối đầu vào và đầu ra cho mạch.
Hình 60: Thông số được Setup trên máy cấp nguồn AC (Máy AFG 1022)
3.2 Kết quả thực nghiệm
Mạch được hoàn thiện và đưa ra được kết quả khuếch đại theo như lý thuyết được tính tốn ra.