Cách tạo sơ đồ nguyên lý PCB trong Altium Designer

Có một bước rất quan trọng trong quá trình tạo layout PCB của bạn: Làm thế nào để tạo sơ đồ nguyên lý? Bạn có thể cảm thấy choáng ngợp trước quá nhiều lựa chọn, nhưng đừng lo! Dù bạn đã có hàng chục năm kinh nghiệm hay chỉ mới bắt đầu sự nghiệp thiết kế hoặc kỹ thuật, quá trình thiết kế PCB của bạn đều bắt đầu từ việc vẽ sơ đồ nguyên lý. Bên dưới là hướng dẫn schematic capture trong Altium Designer, bao gồm mọi thứ từ truy cập linh kiện đến nối các linh kiện với nhau thành mạch.

Hướng dẫn sơ đồ nguyên lý PCB trong Altium Designer cho bộ khuếch đại âm thanh cơ bản

Nếu bạn vẫn đang trong quá trình học, tốt nhất nên bắt đầu với một mạch tương đối đơn giản. Tôi đã chọn xây dựng ví dụ này dựa trên một mạch khuếch đại rất đơn giản sử dụng IC LM386. Linh kiện này được thiết kế cho việc tái tạo âm thanh trong các thiết bị công suất thấp, đồng thời cũng khá dễ thao tác trong trình biên tập sơ đồ nguyên lý. Để bạn hình dung kết quả cuối cùng, hình bên dưới hiển thị sơ đồ hoàn chỉnh của chúng ta:

Sơ đồ hoàn chỉnh cho một bộ khuếch đại âm thanh đơn giản trong Altium Designer.

Với sơ đồ hoàn chỉnh này trong đầu, hãy cùng xem cách bạn có thể đi từ một ý tưởng đến một sơ đồ nguyên lý PCB hoàn chỉnh trong hướng dẫn Altium này. 

Bước 1: Mở sơ đồ nguyên lý mới

Bước đầu tiên là tạo một dự án PCB mới nếu bạn chưa thực hiện. Để tạo dự án mới, nhấp File > New > Project > PCB Project. Thao tác này sẽ tạo một dự án trống trong không gian làm việc của bạn, được hiển thị trong bảng Projects. Từ đây, bạn có thể thêm các tệp hiện có vào dự án mới hoặc tạo các tệp trống cho bo mạch mới của mình.

Sau khi mở dự án, bạn sẽ cần tạo một tệp sơ đồ nguyên lý mới. Bạn có thể nhấp chuột phải vào PCB Project mới trong bảng Projects, rồi chọn Add New to Project > Schematic. Thao tác này sẽ mở cửa sổ Schematic Editor và bạn sẽ thấy một sơ đồ nguyên lý trống. Nếu bạn chưa thực hiện, bạn sẽ cần thêm các thư viện linh kiện vào Altium Designer. Nếu không, bạn có thể chuyển đến Bước 3.

Bước 2: Truy cập thư viện linh kiện

Altium Designer đi kèm với nhiều thư viện linh kiện có sẵn trong quá trình cài đặt và có thể truy cập qua đám mây.

• Thư viện Celestial - Thư viện này có thể truy cập ngay trong ứng dụng và cung cấp quyền truy cập vào một bộ sưu tập khổng lồ các linh kiện mã nguồn mở do cộng đồng thiết kế duy trì. Để tạo biến thể riêng của bạn, bạn có thể sao chép thư viện tại đây.
• Thư viện dựa trên tệp - Người dùng có phiên bản cài đặt Altium Designer cũ hơn hoặc có các linh kiện trong các tệp thư viện có thể cài đặt thư viện vào Altium Designer. Các thư viện đã cài đặt sẽ có thể truy cập từ bảng Components.
• Bảng Manufacturer Part Search - Nguồn tài nguyên này chứa dữ liệu CAD và thông tin chuỗi cung ứng do các nhà sản xuất và Octopart cung cấp. Có thể tìm kiếm các mô hình CAD và tải trực tiếp chúng vào dự án PCB.

Vì chúng ta sẽ sử dụng op-amp LM386 phổ biến, chúng ta có thể truy cập nó từ các thư viện Texas Instruments Amplifiers.IntLib, Miscellaneous Devices.IntLib và Simulations Special Function.IntLib. Nếu bạn không có các thư viện linh kiện Texas Instruments trên máy cục bộ, bạn có thể tìm các linh kiện cần thiết từ bảng Manufacturer Part Search. Thao tác này sẽ tải dữ liệu linh kiện trực tiếp vào thư mục Library của bạn và tự động thêm thư viện linh kiện vào Altium Designer.

Có thể tìm thấy op-amp LM386 trong bảng Manufacturer Part Search của Altium Designer.

Bước 3: Thêm các linh kiện trung tâm

Một chiến lược khi tạo sơ đồ nguyên lý cho bo mạch in là đặt các IC quan trọng nhất ở vị trí trung tâm của sơ đồ. Ở đây, chúng ta đang xây dựng một sơ đồ mới xoay quanh op-amp LM386, và các linh kiện còn lại cần cho mạch khuếch đại sẽ được bố trí xung quanh nó. Nếu bạn tìm kiếm “LM386” trong thanh tìm kiếm của thư viện, bạn sẽ thấy một vài lựa chọn. Tôi chỉ đơn giản chọn linh kiện đầu tiên (LM386M-1) làm điểm khởi đầu.

LM386 đã được đặt vào sơ đồ mới của chúng ta.

Sau khi đặt linh kiện này, bạn sẽ cần gán ký hiệu tham chiếu cho nó. Tôi đã đặt nhãn linh kiện là U1, đây là định dạng ký hiệu tiêu chuẩn cho mạch tích hợp. Để chỉnh sửa các giá trị của IC, chỉ cần nhấp đúp vào giá trị bạn muốn sửa trực tiếp trong sơ đồ nguyên lý. Bạn cũng có thể nhấp vào linh kiện và mở bảng Properties.

Sơ đồ nguyên lý với linh kiện IC trung tâm hiển thị các thuộc tính của linh kiện.

Sau khi đã thêm đúng linh kiện và ký hiệu tham chiếu, chúng ta có thể chuyển sang đặt các linh kiện khác.

Bước 4: Thêm các linh kiện khác vào sơ đồ nguyên lý

Tương tự Bước 3, chúng ta sẽ tìm kiếm trong cơ sở dữ liệu thư viện các linh kiện tham chiếu cơ bản (tụ điện, điện trở, nguồn pin, loa) để đặt xung quanh IC. Tuy nhiên, thay vì tìm trong thư viện Texas Instruments, tôi chỉ dùng thư viện Miscellaneous Devices.IntLib để tìm các linh kiện khác cần thiết nhằm hoàn thiện mạch. Làm việc với thư viện này khá hữu ích vì bạn có thể đặt các linh kiện thụ động với bất kỳ giá trị nào bạn muốn và nhập mạch của mình vào các mô phỏng SPICE. Đây là một phần quan trọng trong thiết kế mạch và giúp bạn kiểm tra chức năng của thiết bị trước khi bắt đầu layout.

Đối với bài thực hành thiết kế mạch khuếch đại này, tôi đã bố trí các linh kiện còn lại như hình dưới đây:

Sơ đồ nguyên lý với các linh kiện khác xung quanh op-amp LM386.

Sau khi bạn đã đặt tất cả các linh kiện trên bo mạch, bạn có thể bắt đầu kết nối chúng với các linh kiện lân cận.

Bước 5: Thêm port, nguồn và mass

Trong nhiều thiết kế, bạn có thể sẽ cần đặt một đối tượng tham chiếu đến đầu vào dữ liệu hoặc đầu ra dữ liệu. Điều này có thể được dùng để chỉ định một kết nối đến một sơ đồ nguyên lý PCB khác hoặc một bo mạch khác như một phần của dự án đa bo mạch. Với mạch khuếch đại này, tôi cần ghi chú nơi tín hiệu âm thanh đầu vào sẽ đi vào. Thay vì cố để lại hàng loạt ghi chú về vị trí đặt đầu vào âm thanh, tôi chỉ cần thêm một port vào sơ đồ nguyên lý để biểu thị thông tin này. Để đặt port, hãy vào thanh công cụ phía trên và chọn ‘Place Port’ để đặt tham chiếu này vào sơ đồ theo cách tương tự như với bất kỳ linh kiện nào khác.

Bạn có thể thay đổi văn bản thành bất cứ nội dung nào mình muốn, nhưng tốt nhất nên ghi điều gì đó mô tả trực tiếp chức năng của port hoặc nơi nó sẽ kết nối đến. Tôi đã minh họa điều này trong hình dưới đây.

Sơ đồ nguyên lý hiển thị port tham chiếu âm thanh được đặt ở phía bên trái.

Ngoài port, bạn cũng cần thêm các kết nối nguồn và mass cần thiết trong bo mạch in của mình. Trong thiết bị này, nguồn được cung cấp bởi pin, vì vậy chúng ta không cần thêm kết nối nguồn. Ở các thiết bị khác, bạn có thể cần một power port, có thể được thêm từ thanh công cụ trên cùng trong Schematic Editor. Bạn có thể thêm mass bằng cách chọn ký hiệu GND tiêu chuẩn từ thanh công cụ phía trên. Bạn có thể nối tất cả các kết nối mass về cùng một điểm, hoặc có thể thêm ký hiệu GND tại từng điểm mass. Hãy nhớ rằng sơ đồ nguyên lý PCB của bạn không phải là bản phản ánh nguyên xi của layout. Nói cách khác, bạn vẫn có thể đi dây tới các điểm mass khác nhau trong layout, ngay cả khi bạn chỉ đặt một điểm mass duy nhất trong sơ đồ nguyên lý.

Để giữ mọi thứ ngăn nắp và tránh việc phải cắt chéo quá nhiều đường trong sơ đồ nguyên lý PCB, cách dễ nhất thường là chỉ cần đặt một ký hiệu GND tại mỗi điểm mass trong sơ đồ. Điều này được thể hiện trong hình bên dưới.

Đã thêm các điểm mass trên sơ đồ và gắn chúng vào các linh kiện cần thiết.

Bước 6: Tạo kết nối

Chúng ta đã đến bước cuối cùng cần thiết để hoàn thành schematic capture. Tại đây, bạn sẽ cần đi dây kết nối giữa các linh kiện; hãy vào thanh công cụ phía trên và chọn công cụ ‘Place Wire’. Từ đây, tất cả những gì bạn cần làm là nhấp vào chân nơi cần bắt đầu dây, sau đó nhấp vào chân để kết thúc dây. Trong ví dụ này, vì chúng ta đang làm việc trên một thiết kế đã được xác lập trước và biết rõ những linh kiện nào cần kết nối với nhau, nên phần đi dây sẽ khá đơn giản.

Nếu bạn đã làm theo hướng dẫn schematic capture này, sơ đồ của bạn sẽ trông tương tự như sơ đồ được hiển thị bên dưới.

Hướng dẫn sơ đồ nguyên lý hoàn chỉnh trong Altium Designer.

Chúc mừng, bạn vừa học được cách tạo sơ đồ nguyên lý PCB trong hướng dẫn Altium Designer! Hãy tự thưởng cho mình vì bạn đã thực hiện bước đầu tiên trên con đường chinh phục thiết kế bo mạch in. Hãy lưu sơ đồ nguyên lý và dự án PCB của bạn với bất kỳ tên nào bạn muốn. Bước tiếp theo là nhập thiết kế của bạn vào một layout PCB trống. Hãy xem bài viết này để tìm hiểu thêm về cách bắt đầu layout PCB mới của bạn.

Nếu bạn đang tìm thêm tài nguyên để hỗ trợ schematic capture, hãy tham khảo các bài viết sau:

• Tài liệu Altium Designer
• Kỹ thuật đặt và chỉnh sửa sơ đồ nguyên lý
• Tạo kết nối điện
• Tái sử dụng thiết kế với các sheet sơ đồ nguyên lý được quản lý

Nếu bạn thấy thích hướng dẫn này về cách tạo sơ đồ nguyên lý với Altium Designer và muốn mở rộng kiến thức hơn nữa, hãy xem thêm nhiều tài nguyên hữu ích từ PCB Design Blog của chúng tôi, hoặc trao đổi với chuyên gia Altium Designer ngay hôm nay.

Dù bạn mới làm quen với Altium Designer hay vừa nâng cấp phần mềm thiết kế PCB của mình lên Altium Designer sau nhiều năm làm việc với OrCAD, PADS hoặc một chương trình thiết kế khác, một schematic capture tốt là yếu tố then chốt đối với thiết kế PCB. Mặc dù luôn có những thách thức đi kèm với các dự án và phần mềm mới, môi trường thiết kế hợp nhất của Altium Designer sẽ tinh giản mọi bước trong thiết kế và layout để bù đắp cho điều đó.

Chúng ta mới chỉ chạm đến bề nổi của những gì có thể thực hiện với Altium Designer trên Altium 365. Bạn có thể xem trang sản phẩm để biết mô tả tính năng chi tiết hơn dành cho các nhà thiết kế PCB hoặc tham khảo một trong các hội thảo trực tuyến theo yêu cầu.