Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong chương trình đào tạo khối ngành kỹ thuật Điện - Điện tử tại các trường đại học, cao đẳng, trung học chuyên nghiệp và trung tâm dạy nghề, việc ứng dụng các công cụ tự động hóa thiết kế điện tử (EDA) vào quy trình giảng dạy và thực hành đóng vai trò nền tảng. Sinh viên và kỹ sư cần công cụ để vẽ sơ đồ nguyên lý, mô phỏng kiểm tra đáp ứng tín hiệu của mạch điện trước khi tiến hành lắp ráp, cân chỉnh và chế tạo bo mạch thực tế.

Tại thời điểm thực hiện đề tài (tháng 07/2014), thị trường có nhiều phần mềm thiết kế mạch điện tử như Eagle, OrCAD, Proteus và Altium Designer (tiền thân là phần mềm Protel của hãng Altium). Mặc dù hãng Altium đã phát hành phiên bản Altium Designer 14 vào ngày 13/04/2014 hỗ trợ hệ điều hành 32-bit và 64-bit, nhóm tác giả lựa chọn phiên bản Altium Designer Release 10 (bản 10.391) để nghiên cứu chuyên sâu do tính ổn định cao, yêu cầu cấu hình vừa phải và giao diện làm việc trực quan.

Mục tiêu nghiên cứu:

  1. Khảo sát cấu trúc giao diện, hệ thống menu chức năng và kho thư viện linh kiện tiêu chuẩn của phần mềm Altium Designer 10.
  2. Thiết lập quy trình xây dựng thư viện linh kiện mới bao gồm sơ đồ nguyên lý (Schematic Library) và chân linh kiện mạch in (PCB Footprint).
  3. Thực hiện vẽ sơ đồ nguyên lý, chạy mô phỏng phân tích tín hiệu hỗn hợp (Mixed Signal Simulation) và chuyển đổi sang thiết kế mạch in (PCB Layout) cho mạch điện tử ứng dụng cụ thể.

Nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể:

  1. Tìm hiểu các menu tiêu biểu, hệ thống phím tắt và thiết lập môi trường làm việc trong Altium Designer 10.
  2. Phân loại và tổng hợp từ khóa tìm kiếm trong các bộ thư viện linh kiện tích hợp (.IntLib) bao gồm linh kiện rời rạc, cổng kết nối và các khối chức năng số/FPGA.
  3. Hướng dẫn quy trình cài đặt, cấu hình và tinh chỉnh các thông số bản vẽ kỹ thuật.
  4. Triển khai bài toán thực nghiệm: Thiết kế sơ đồ nguyên lý, mô phỏng dạng sóng điện áp và chuyển đổi bố trí mạch in cho "Mạch điều chỉnh và ổn định tốc độ động cơ".

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Bộ phần mềm Altium Designer Release 10 (phiên bản 10.391) và các mô-đun bài tập thực hành thuộc học phần Điện tử cơ bản.
  • Phạm vi nghiên cứu: Giới hạn trên phiên bản Altium Designer 10 chạy trên hệ điều hành Windows; tập trung vào ba phân hệ chính: Schematic Capture, Mixed-Signal Circuit Simulator và PCB Layout 2D/3D.
Tuần thực hiện Nội dung công việc triển khai
Tuần 1 Tìm hiểu thông tin và tài liệu tổng quan về phần mềm Altium Designer
Tuần 2 Xây dựng đề cương tổng quát của đề tài
Tuần 3 Thu thập và xử lý các nguồn tài liệu kỹ thuật, tài liệu hướng dẫn
Tuần 4 Lập đề cương chi tiết và triển khai chi tiết các mục nội dung
Tuần 5 Thực nghiệm các tính năng vẽ mạch, mô phỏng và xuất mạch in trên phần mềm
Tuần 6 Tổng hợp dữ liệu và đánh máy nội dung thuyết minh đồ án
Tuần 7 Hiệu chỉnh nội dung, kiểm tra lỗi kỹ thuật và in ấn đóng quyển

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đề tài dựa trên nền tảng lý thuyết thiết kế mạch điện tử, nguyên lý hoạt động của các linh kiện bán dẫn công suất (Triac, Transistor, Diode), mạch điều khiển pha và quy trình chuẩn trong công nghệ tự động hóa thiết kế điện tử (EDA).

Hệ thống định dạng tệp tin trong Altium Designer:

  • .PrjDoc / .PrjPCB: Định dạng tệp dự án (Project), quản lý liên kết toàn bộ các tệp thành phần trong một thiết kế.
  • .SchDoc: Định dạng tệp bản vẽ sơ đồ nguyên lý (Schematic).
  • .PcbDoc: Định dạng tệp thiết kế mạch in (PCB Layout).
  • .SchLib: Tệp thư viện ký hiệu nguyên lý linh kiện.
  • .PcbLib: Tệp thư viện hình dạng chân linh kiện (Footprint).
  • .IntLib: Thư viện tích hợp (Integrated Library) gom nhóm cả nguyên lý, chân mạch in và mô hình mô phỏng SPICE.

Phương pháp nghiên cứu:

  • Phương pháp phân tích - tổng hợp tài liệu: Thu thập thông tin từ trang tài liệu chính thức của hãng Altium, diễn đàn kỹ thuật điện tử và các hướng dẫn chuyên ngành trên mạng Internet.
  • Phương pháp thực nghiệm mô phỏng: Ứng dụng công cụ Mixed Signal Simulation tích hợp sẵn trong Altium Designer để đo kiểm các thông số dạng sóng điện áp tức thời tại các điểm nút của mạch điện mà không cần lắp ráp phần cứng vật lý.
  • Phương pháp thiết kế hệ thống: Sử dụng quy trình kỹ thuật từ vẽ sơ đồ nguyên lý, gán footprint, kiểm tra lỗi quy tắc điện học (ERC), chuyển sang môi trường PCB qua lệnh Engineering Change Order (ECO), thiết lập số lớp dẫn điện và định tuyến mạch in.

Thiết kế và triển khai

Quy trình thiết kế và triển khai một mạch điện tử hoàn chỉnh trên phần mềm Altium Designer 10 được nhóm tác giả cụ thể hóa qua các giai đoạn kỹ thuật:

Tạo PCB Project (.PrjPCB) -> Vẽ sơ đồ nguyên lý (.SchDoc) -> Kiểm tra lỗi kết nối (ERC/Messages) -> Chạy mô phỏng Mixed Signal Simulation -> Chuyển đổi qua PCB (ECO) -> Định cấu hình lớp mạch (Layer Stack Manager) -> Sắp xếp linh kiện & Căn chỉnh (Alignment Tools) -> Định tuyến mạch in (Routing)
  1. Khởi tạo môi trường làm việc: Tạo mới dự án ontoc.PrjPCB, thêm tệp nguyên lý ontoc.SchDoc và cấu hình khổ giấy A4/A3 trong bảng Document Options.
  2. Khai báo và hiệu chỉnh linh kiện: Lấy linh kiện từ các bộ thư viện chuẩn, đặt lại định danh (Designator) và tham số giá trị (Parameters/Value), thiết lập thuộc tính hiển thị (Visible).
  3. Mô phỏng kiểm tra: Gán nguồn kích thích tín hiệu AC/DC, thiết lập các que đo ảo (Virtual Probes) để thu thập dạng sóng điện áp tại các nút: nguồn xoay chiều, sau cuộn cảm L1, sau diode D3, tại cực E của transistor Q3 và điện áp đầu ra cấp cho tải.
  4. Thiết lập thông số chế tạo mạch in: Khởi tạo bo mạch qua PCB Board Wizard, chọn hệ đo lường Imperial (đơn vị mil), chọn hình dạng bo mạch Rectangular kích thước $3000,\text{mil} \times 3000,\text{mil}$, cấu hình bo mạch 2 lớp (Top Layer và Bottom Layer), loại bỏ 2 lớp mặt phẳng nội (Internal Plane 1 và Internal Plane 2) trong Layer Stack Manager.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan

Chương 1 trình bày tính cấp thiết của việc đưa phần mềm thiết kế mạch vào giảng dạy kỹ thuật điện tử. Nội dung giới thiệu đối tượng, mục đích, giới hạn đề tài ở phiên bản Altium Designer 10, dàn ý nghiên cứu, phương pháp thực hiện và kế hoạch công tác 7 tuần. Chương này cũng phân tích các ưu điểm kỹ thuật của Altium Designer:

  • Phân hệ Schematic: Hỗ trợ gióng hàng linh kiện, đi nhiều đường dây cùng lúc, quản lý thiết kế phân cấp sâu, import trực tiếp từ OrCAD, AutoCAD.
  • Phân hệ PCB: Hỗ trợ đi dây tự động tối ưu, tạo pad giọt nước (teardrop), kiểm tra khoảng cách cách điện, hỗ trợ mô hình 3D tương thích định dạng STEP (liên kết ECAD - MCAD), hỗ trợ chuyển đổi thiết kế sang FPGA.
  • Khả năng quản lý: Hệ thống thư viện tích hợp của các nhà sản xuất bán dẫn lớn như TI, STMicroelectronics, Microchip; xuất tệp gia công chuẩn CAM, Gerber và CNC.

Chương 2: Giới thiệu chung về Altium Designer

Chương 2 mô tả tổng quan về cấu trúc bộ phần mềm, khả năng phân tích mạch tương tự/số và hiển thị kết quả bằng đồ thị hoặc thiết bị đo ảo. Phần kỹ thuật của chương hướng dẫn chi tiết quy trình cài đặt và kích hoạt bản quyền cho phiên bản Altium Designer Release 10.391:

  • Giải nén gói cài đặt gồm 2 tệp (Altium10.part1.rar và Altium10.part2.rar), thực thi tệp AltiumInstaller.exe.
  • Quy trình cài đặt chiếm dung lượng khoảng 2GB trên ổ đĩa cứng.
  • Kích hoạt phần mềm bằng cách chạy tệp HS-ADS10.exe dưới quyền quản trị (Run as administrator) và sao chép 3 tệp patch vào thư mục cài đặt gốc C:\Program Files\Altium\AD10.

Chương 3: Các menu tiêu biểu trong Altium Designer

Chương 3 đi sâu vào cấu trúc không gian làm việc và các thanh điều khiển của phần mềm:

  • Hệ thống menu ban đầu: Menu DXP (quản lý plug-in, script, cập nhật), menu File, View, Project, Design, Place.
  • Quy trình vẽ Schematic: Khởi tạo PCB Project, tạo tệp Sheet1.SchDoc, thao tác lấy linh kiện, nối dây bằng công cụ Place Wire (phím tắt P, W), đặt nhãn đường dây (Net Label), đặt điểm cấp nguồn và mass (GND Power Port - phím tắt P, O).
  • Thao tác điều khiển: Sử dụng phím Tab khi đang chọn linh kiện để thay đổi thông số Designator và Comment; xoay linh kiện góc 90 độ bằng phím Space; lật đối xứng theo trục X/Y; phóng to/thu nhỏ bằng Page Up / Page Down hoặc Ctrl + cuộn chuột.
Phím tắt / Lệnh Chức năng kỹ thuật
P, W Kích hoạt công cụ đi dây nối mạch nguyên lý (Place Wire)
P, O Lấy cổng nối đất / nguồn (GND Power Port)
Space Xoay đối tượng linh kiện một góc 90 độ
X / Y Lật linh kiện đối xứng qua trục hoành (X) hoặc trục tung (Y)
Tab Mở hộp thoại thuộc tính linh kiện khi đang giữ chuột đặt linh kiện
Z, A Hiển thị toàn bộ bản vẽ vừa khớp trong màn hình làm việc (Zoom All)
D, O Mở cửa sổ thiết lập khổ giấy và thông số bản vẽ (Document Options)
T, N Tự động đánh số thứ tự định danh cho linh kiện (Annotate Schematics)
Ctrl + M Bật thước đo khoảng cách tọa độ X-Y (Measure Distance)
D, K Mở bảng quản lý các lớp của mạch in (Layer Stack Manager)

Chương 4: Giới thiệu linh kiện và các công cụ trong Altium Designer

Chương 4 cung cấp bảng tra cứu từ khóa linh kiện trong các bộ thư viện tích hợp sẵn của Altium:

  • Thư viện Miscellaneous Devices.IntLib: Chứa các linh kiện điện tử thụ động và chủ động cơ bản.
  • Thư viện Miscellaneous Connectors.IntLib: Chứa các loại cọc cắm, header kết nối, jack âm thanh, jack nguồn AC, cổng giao tiếp.
  • Các thư viện FPGA chuyên dụng: Liệt kê các khối chức năng số trong các tệp thư viện FPGA 32-bit Processors.IntLib, FPGA Configurable Generic.IntLib (chứa bộ cộng adder, bộ đếm counter, bộ chia divider, bộ ghép kênh multiplexer, bộ so sánh comparator, cổng logic, khối PWM, thanh ghi register), FPGA Generic.IntLib, FPGA Memories.IntLib (chứa RAM, ROM), FPGANB2DSK01 Port-Plugin.IntLib (chứa ADC/DAC I2C, cổng RS232, PS2, bàn phím, màn hình TFT_LCD), FPGA N3000Port-Plugin.IntLib (chứa giao tiếp RS485, USB, Audio), và các thư viện ngoại vi FPGAPeripherals.IntLib.
  • Thanh công cụ cấp nguồn (Power Ports): Cung cấp các biểu tượng cấp nguồn chuyên biệt như VCC, +12V, +5V, -5V, Arrow style, Wave style, Bar style, Circle style, Signal Ground, Earth power port.
Thư viện tích hợp Từ khóa tìm kiếm Loại linh kiện / Khối chức năng hiển thị
Miscellaneous Devices.IntLib res1 Điện trở chuẩn
Miscellaneous Devices.IntLib cap Các loại tụ điện phân cực và không phân cực
Miscellaneous Devices.IntLib rpot Biến trở (Potentiometer)
Miscellaneous Devices.IntLib inductor iron Cuộn cảm lõi sắt
Miscellaneous Devices.IntLib d / diode Diode chỉnh lưu, Diac
Miscellaneous Devices.IntLib npn / pnp / 2N3904 Transistor lưỡng cực BJT
Miscellaneous Devices.IntLib triac Linh kiện bán dẫn Triac
Miscellaneous Devices.IntLib sw / sw-spdt Công tắc gạt 3 chân SPDT
Miscellaneous Connectors.IntLib header 2 Cọc cắm 2 chân (nguồn AC 220V, tải động cơ)
Miscellaneous Connectors.IntLib pl Jack cắm đực / cái AC (Plug AC Male / Female)
FPGA Configurable Generic.IntLib ad / cou / p Bộ cộng (Adder), Bộ đếm (Counter), Bộ điều chế PWM
FPGA Memories.IntLib ra / ro Khối bộ nhớ RAM, ROM từ DE8x1K đến S32x512

Chương 5: Các menu trợ giúp trong Altium Designer

Chương 5 giới thiệu các menu hỗ trợ kỹ thuật và kiểm tra thiết kế:

  • Menu Help: Kết nối đến Knowledge Center, Altium Wiki, diễn đàn người dùng (User Forums), trung tâm đào tạo (Training Center), bảng tra cứu phím tắt (Shortcut Keys) và các chế độ phóng to/thu nhỏ khung nhìn (Fit all objects, Area, Zoom In/Out từ 50% đến 400%).
  • Menu Window: Tùy chọn sắp xếp cửa sổ làm việc song song theo chiều dọc (Tile Vertically), chiều ngang (Tile Horizontally), ẩn bản vẽ (Hide All) hoặc đóng tệp (Close Documents).
  • Menu Reports: Cung cấp công cụ xuất danh sách bảng kê linh kiện (Simple BOM Report), báo cáo phân cấp dự án (Project Hierarchy), kiểm tra đối chiếu chéo (Component Cross Reference Report) và công cụ đo khoảng cách vật lý (Measure Distance - Ctrl + M).
  • Menu Simulator & Simulation: Khởi tạo môi trường kiểm thử VHDL/Verilog Testbench và công cụ chạy mô phỏng tín hiệu hỗn hợp (Run Mixed Signal Simulation).

Chương 6: Tạo thư viện linh kiện mới

Chương 6 hướng dẫn chi tiết phương pháp tạo linh kiện tích hợp hoàn chỉnh khi kho thư viện mặc định chưa có:

  • Tạo ký hiệu nguyên lý (.SchLib): Mở tệp thư viện nguyên lý, sử dụng công cụ định nghĩa chân linh kiện (Place Pin), đặt số thứ tự chân, tên chân (Designator, Display Name), xác định hướng chân (nhấn phím X để xoay hướng 180 độ), vẽ đường bao thân IC (Line, Rectangle, Polygon), lưu và đặt tên linh kiện mới trong Component Properties.
  • Tạo chân mạch in (.PcbLib): Sử dụng công cụ tự động PCB Component Wizard, lựa chọn kiểu đóng gói chân linh kiện (Dual In-line Packages - DIP, SOP, BGA, QFP...), thiết lập đơn vị đo, đường kính lỗ khoan pad, kích thước và khoảng cách giữa các pad hàn theo đúng bảng thông số kỹ thuật (Datasheet) của nhà sản xuất.
  • Đóng gói thư viện tích hợp: Thực hiện lệnh biên dịch Compile Integrated Library để liên kết ký hiệu sơ đồ nguyên lý với footprint mạch in; đồng bộ sang bản vẽ PCB bằng lệnh Update PCB Document và xác thực qua bảng Validate Changes.

Chương 7: Các bài tập mô phỏng dùng Altium và chuyển mạch in

Chương 7 tập trung vào bài tập thực hành số 1: Mạch điều chỉnh và ổn định tốc độ động cơ.

Nhóm linh kiện Định danh Thông số kỹ thuật / Giá trị chi tiết
Điện trở cố định R1, R2, R3, R4, R5 $39,\text{k}\Omega$, $68,\text{k}\Omega$, $100,\text{k}\Omega$, $33,\text{k}\Omega$, $22,\text{k}\Omega$
Biến trở R6 (Rpot) $100,\text{k}\Omega$
Tụ điện C1, C2 $0.1,\mu\text{F}$ (tụ gốm), $100,\mu\text{F}$ (tụ hóa)
Cuộn cảm L1 (Inductor Iron) $10,\text{mH}$
Diode D1, D2, D3 Diode chỉnh lưu tiêu chuẩn
Transistor Q2, Q3 Transistor NPN mã hiệu 2N3904
Triac Q1 Triac công suất điều khiển tải
Công tắc S1 (SW-SPDT) Công tắc chuyển đổi 3 chân
Cọc đấu dây P1, P2 (Header 2) Header 2 chân cho nguồn cấp AC 220V và ngõ ra Động cơ

Quy trình thực nghiệm và kết quả thu được:

  1. Kiểm tra sơ đồ nguyên lý: Sau khi nối dây, kích hoạt bảng Messages qua menu System -> Messages để kiểm tra danh sách kết nối; hệ thống báo không phát sinh lỗi (Finished Output Generation).
  2. Kết quả mô phỏng tín hiệu (Mixed Signal Simulation):
    • Dạng sóng nguồn xoay chiều ngõ vào $V_{\text{sin}}$ hiển thị chuẩn hình sin.
    • Dạng sóng điện áp sau khi đi qua cuộn cảm L1 và chỉnh lưu qua diode D3 được hiển thị chi tiết trên các đồ thị phân tích thời gian thực.
    • Dạng sóng điện áp lấy tại chân cực E của transistor Q3 thể hiện tín hiệu xung kích.
    • Khi công tắc S1 đóng sang vị trí số 1, dạng sóng điện áp cấp ra tại linh kiện công suất Triac Q1 duy trì dạng sóng sin ổn định, tần số không bị biến đổi, đảm bảo tốc độ quay của động cơ giữ ở mức ổn định.
  3. Quy trình chuyển đổi mạch in:
    • Dùng PCB Board Wizard, thiết lập kích thước bo $3000,\text{mil} \times 3000,\text{mil}$, hệ đo Imperial.
    • Đưa bản vẽ PCB1.PcbDoc vào dự án ontoc.PrjPCB và lưu với tên Machin.PcbDoc.
    • Chuyển linh kiện từ Schematic sang PCB thông qua bảng xác nhận Engineering Change Order (ECO); thực hiện lệnh Validate Changes và Execute Changes (toàn bộ các mục kiểm tra đều đạt dấu tích màu xanh).
    • Thiết lập hiển thị song song hai cửa sổ nguyên lý và mạch in (Split Vertical).
    • Xóa bỏ 2 lớp Internal Plane trong Layer Stack Manager, chỉ giữ lại 2 lớp Top Layer và Bottom Layer.
    • Áp dụng công cụ căn gióng linh kiện tự động: Alignment Tools -> Make Horizontal Spacing of Components Equal (phím tắt Shift + Ctrl + H) để giãn cách đều các điện trở R1 đến R5; chọn Align Component by Top Edges (phím tắt Shift + Ctrl + T) để sắp xếp các chân thẳng hàng trước khi tiến hành đi dây.

Chương 8: Tóm tắt, kết luận và đề nghị

Chương 8 tổng kết toàn bộ quá trình nghiên cứu lý thuyết, phương pháp xây dựng thư viện và kết quả thực nghiệm mô phỏng mạch điện trên Altium Designer 10. Đưa ra các đề xuất về việc mở rộng ứng dụng phần mềm cho các bài toán thiết kế hệ thống vi điều khiển, mạch số phức tạp và khai thác tính năng thiết kế tự động nhiều lớp trong các học phần chuyên ngành tiếp theo.

Kết quả và đóng góp

  • Kết quả kỹ thuật đạt được:

    • Làm chủ quy trình cài đặt, cấu hình bản quyền và thiết lập môi trường vẽ mạch kỹ thuật trên Altium Designer 10 (bản 10.391) với dung lượng cài đặt xấp xỉ 2GB.
    • Xây dựng bảng tra cứu từ khóa cho hơn 40 loại linh kiện rời rạc, linh kiện kết nối và các khối logic/bộ nhớ trong hệ thống thư viện tích hợp (.IntLib).
    • Hoàn thiện quy trình tạo mới linh kiện IC hoàn chỉnh trên cả 2 môi trường .SchLib và .PcbLib bằng công cụ Component Wizard.
    • Triển khai thành công mạch điều chỉnh và ổn định tốc độ động cơ: sơ đồ nguyên lý không có lỗi kết nối, kết quả mô phỏng đồ thị điện áp $V_{\text{sin}}$, điện áp qua cuộn cảm L1, qua diode D3, điện áp chân E transistor Q3 và ngõ ra Triac Q1 thể hiện dạng sóng sin ổn định, bảo đảm tần số cố định giúp động cơ duy trì tốc độ.
    • Hoàn thành thiết kế bo mạch in 2 lớp với kích thước chuẩn $3000,\text{mil} \times 3000,\text{mil}$, áp dụng thành công các công cụ căn gióng tự động Make Horizontal Spacing Equal và Align Component by Top Edges.

  • Đóng góp của đồ án:

    • Cung cấp tài liệu hướng dẫn từng bước (step-by-step) bằng hình ảnh minh họa chi tiết về thao tác phần mềm, giúp sinh viên ngành Điện - Điện tử có tài liệu thực hành trực quan.
    • Đưa ra giải pháp chuẩn hóa quy trình chuyển đổi từ sơ đồ lý thuyết sang mô phỏng kiểm tra trước khi chuyển mạch in, giúp giảm thiểu rủi ro sai sót chân linh kiện hoặc sai quy tắc điện học khi thi công thực tế.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế:
    • Đề tài chỉ tập trung khảo sát trên phiên bản Altium Designer Release 10 (phát hành năm 2011), chưa khai thác các tính năng mới xuất hiện trên phiên bản Altium Designer 14 (phát hành tháng 04/2014) hoặc các bản cập nhật mới hơn.
    • Bài thực nghiệm mô phỏng và chuyển mạch in mới dừng lại ở một mạch điện tử ứng dụng cụ thể (mạch ổn tốc động cơ), chưa triển khai kiểm thử trên các mạch cao tần hoặc hệ thống nhúng vi điều khiển nhiều lớp phức tạp.
  • Hướng nghiên cứu tiếp:
    • Mở rộng khảo sát các phiên bản Altium Designer nâng cao, khai thác tính năng liên kết mô hình 3D MCAD qua chuẩn STEP.
    • Nghiên cứu sâu về phân hệ thiết kế hệ thống nhúng trên FPGA và xuất tệp gia công chuẩn công nghiệp phục vụ chế tạo bo mạch hàng loạt.

Giá trị tham khảo

Tài liệu đồ án là nguồn tham khảo trực tiếp cho:

  1. Sinh viên ngành Kỹ thuật Điện - Điện tử, Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa, Cơ điện tử: Sử dụng làm tài liệu hướng dẫn thực hành khi bắt đầu làm quen với phần mềm Altium Designer trong các môn học Điện tử cơ bản, Thiết kế mạch điện tử, Đồ án môn học.
  2. Kỹ thuật viên và người làm đề tài thiết kế phần cứng: Tham khảo quy trình tạo thư viện linh kiện mới theo chuẩn datasheet (Chương 6) và quy trình chuẩn hóa thông số bo mạch in qua công cụ PCB Board Wizard (Chương 7).

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao nhóm tác giả lại chọn nghiên cứu Altium Designer 10 thay vì phiên bản mới nhất là Altium Designer 14 tại thời điểm đó? Theo giải thích của nhóm tác giả trong Lời nói đầu, mặc dù Altium Designer 14 đã được hãng Altium phát hành vào ngày 13/04/2014 với nhiều tính năng nâng cấp cho hệ thống 32-bit và 64-bit, việc sử dụng thành thạo phần mềm quan trọng hơn số hiệu phiên bản. Nhóm tác giả chọn phiên bản 10 vì phần mềm này vận hành rất ổn định, nhẹ, dễ sử dụng và chiếm dung lượng cài đặt khoảng 2GB.

2. Mạch thực nghiệm "Điều chỉnh và ổn định tốc độ động cơ" trong đồ án sử dụng những linh kiện chính nào? Mạch sử dụng 5 điện trở ($39,\text{k}\Omega$, $68,\text{k}\Omega$, $100,\text{k}\Omega$, $33,\text{k}\Omega$, $22,\text{k}\Omega$), 1 biến trở $100,\text{k}\Omega$, 3 diode, 1 cuộn cảm $10,\text{mH}$, 2 tụ điện ($0.1,\mu\text{F}$ và $100,\mu\text{F}$), 1 Triac công suất, 2 transistor 2N3904, 1 công tắc gạt 3 chân SW-SPDT và 2 cọc cắm Header 2 chân cho nguồn 220V và động cơ.

3. Kết quả mô phỏng dạng sóng trên phần mềm Altium chứng minh điều gì về hoạt động của mạch ổn tốc? Khi chạy công cụ Mixed Signal Simulation và đóng công tắc S1 sang vị trí số 1, kết quả quan sát dạng sóng tại ngõ ra Triac Q1 cho thấy tín hiệu điện áp ra có dạng hình sin ổn định với tần số không đổi, chứng minh mạch giữ cho tốc độ quay của động cơ luôn ổn định.

4. Kích thước và số lớp của bo mạch in (PCB) được thiết lập như thế nào trong bài tập mẫu? Bo mạch in được tạo bằng công cụ PCB Board Wizard với đơn vị đo là Imperial (mil), hình dạng chữ nhật có chiều dài $3000,\text{mil}$ và chiều rộng $3000,\text{mil}$ (tùy chỉnh từ kích thước mặc định $5000,\text{mil} \times 4000,\text{mil}$). Mạch được cấu hình 2 lớp dẫn điện (Top Layer và Bottom Layer) sau khi đã xóa bỏ 2 lớp Internal Plane 1 và Internal Plane 2 trong Layer Stack Manager.

5. Thư viện tích hợp mặc định nào trong Altium Designer chứa các linh kiện cơ bản như điện trở, tụ điện, cuộn cảm và transistor? Các linh kiện thụ động và linh kiện bán dẫn cơ bản được chứa trong tệp thư viện tích hợp Miscellaneous Devices.IntLib, trong khi các loại cọc nối nguồn, cổng jack kết nối được quản lý trong tệp Miscellaneous Connectors.IntLib.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Ứng dụng phần mềm Altium trong mô phỏng mạch điện tử" của sinh viên Đỗ Thị Huyền Trang và Nguyễn Hoàng Hải (Khoa Điện - Điện tử, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh) đã hệ thống hóa toàn diện các kỹ năng sử dụng phần mềm Altium Designer 10. Đề tài xây dựng thành công tài liệu hướng dẫn kỹ thuật từ bước vẽ sơ đồ nguyên lý, quản lý thư viện tích hợp, tự tạo linh kiện mới cho đến mô phỏng dạng sóng và xuất bản vẽ mạch in 2 lớp. Kết quả thực nghiệm trên mạch điều chỉnh tốc độ động cơ khẳng định tính chính xác của công cụ mô phỏng tín hiệu hỗn hợp, đóng góp một tài liệu học tập và tra cứu trực quan cho sinh viên kỹ thuật điện tử.