Bạn tự vẽ mạch in PCB với trình OrCAD

Tìm hiểu sự tương quan giữa một ký hiệu dùng trong trang vẽ Capture CIS và trang vẽ Layout Plus

 

Chúng ta biết các ký hiệu dùng trong trang vẽ của Capture CIS, nó có tính khái quát cao, hình vẽ của các ký hiệu linh kiện không phản ánh, hay cho thấy  hình dạng thật sự của linh kiện. Thí dụ: ký hiệu transistor NPN sẽ được vẽ như hình sau: (Bạn xem hình) Khi nhìn ký hiệu này, chắc chắn Bạn sẽ không thể biết được kích thướcthực, hình dáng thực của nó trong thực tế.

  

Trong khi đó, trên trang vẽ Layout Plus Bạn lại có cà một thư viện (to.llb)  cho biết chính xác kích cỡ thật của nhiều loại transistor. Bạn có thể vào Layout Plus, mở thư việc to.ll để xem các kiều chân của các transistor.

 

Cách mở trình Layout Plus dùng để vẽ bản mạch in (PCB). 

Bạn hãy nhấp chuột trên tiêu hình của Layout Plus

 

 

Sau một lúc Bạn sẽ vào được trình Layout Plus, Bạn chọn mục File, rồi chọn mục New, Bạn sẽ thấy bung ra cửa sổ Load Template File như hình sau:

 

Layout Plus yêu cầu Bạn chọn dạng tập tin tạm thời (tập tin có họ .tpl, hay tập tin kỹ thuật có họ .tch), cũng lúc này Bạn có thể cho nạp tập tin dùng hỗ trợ kỹ thuật cho board mạch in có họ là .tch. Chưa quen, Bạn cứ chọn tập tin DEFAULT, Bạn nhấn phím Open.

  

Lúc này Layout Plus sẽ hiện ra cửa sổ LOAD NETLIST SOURCE. Ý là muốn Bạn chọn mở một tập tin Netlist, trong đó đã khai báo các kiểu chân linh kiện và các đường nối mạch. Nếu trước đó Bạn chưa tạo tập tin Netlist cho sơ đồ mạch điện của Bạn, Bạn nhấn phím Esc để vào thẳng trang vẽ của trình Layout Plus.

 

Trang vẽ của Layout Plus có hình như sau:

 

Trong trang vẽ này, Bạn chú ý cách dùng thanh công cụ chính như hình sau đây: 

 

 

Bạn chọn tiêu hình Component Tool, để vào duyệt xem các footprint có trong các thư viện. Hãy nhấp phím chuột phải, Bạn sẽ thấy hiện ra cửa sổ MENU như hình sau:

  

Trong cửa sổ này, Bạn chọn mục New… để mở cửa sổ chọn footprint. 

 

 Sau khi chọn mục New, Layout Plus hiện ra cửa sổ như hình sau:

 

Trong cửa sổ này, Bạn gõ vào tên riêng của các footprint. Nếu Bạn không nhớ tên, có thể nhấp con trỏ chuột trên mục Footprint. Bạn sẽ vào được cửa sổ dùng để chọn footprint của các linh kiện (Footprint là kiểu chân của linh kiện).

  

Bạn xem hình cửa sổ SELECT FOOTPRINT dùng để chọn các kiều chân của các linh kiện.

 

Trong cửa sổ Select Footprint, Bạn thấy:

 

Trong mục Libraries: cho hiện ra các tập tin thư viện chân (footprint) của các linh kiện.

Trong mục Footprint: Liệt kê ra tên của các footprint có trong thư viện.  

Mục Add… cho Bạn nhập thêm các thư viện khác vào cửa sổ Select Footprint.

Mục Remote cho Bạn bỏ bớt các thư viện hiện có do chưa cần dùng đến.

 

Trong khung bên phải, Bạn có thể thấy trươc kiểu chân linh kiện mà Bạn đã chọn (chức năng PreWiev). Nếu thấy đã hiện ra đúng footprint mà Bạn muốn lấy, nhấp trên phím OK. Bạn sẽ lấy footprint này ra và đặt lên trang vẽ của Layout Plus.

 Tóm lại, với một ký hiệu linh kiện có trong trang vẽ của Capture CIS, Bạn phải khai báo cho biết kiểu chân, tức footprint tương ứng của ký hiệu linh kiện đó. Hai ký hiệu này phải tương hợp với nhau, đó là: Tên các chân của một ký hiệu trong Capture CIS phải trùng hợp với tên các chân của một footprint trong Layout Plus.

 

Một thí dụ: Vẽ một mạch điện nguyên lý trong Capture CIS và dùng cách vẽ tự động để tạo ra một board mạch in trong Layout Plus

Trong thí dụ này, chúng ta sẽ vẽ một mạch điện dao động đa hài đơn giản với trình Capture CIS và chuyển vào trình Layout Plus để cho tự động cho vẽ board mạch in dùng để ráp mạch điện này.

 

Tiền chuẩn bị: Để làm được công việc tạo bản vẽ mạch in theo cách chuyển tự động từ sơ đồ mạch điện ra board mạch in, trươc hết Bạn phải có được các điều kiện sau: Mỗi ký hiệu của linh kiện vẽ trong Capture CIS đều phải có một kiểu chân footprint tương hợp trong Layout Plus. Trong sơ đồ mạch điện này chúng ta đã có:

 Tiến trình của bài làm sẽ như sau:

Bước 1: Mở Capture CIS để vẽ sơ đồ mạch điện nguyên lý 

Sau khi vẽ xong mạch điện dao động đa hài trong Capture CIS, chúng ta đã có sơ đồ mạch điện nguyên lý như hình sau:

  

Bước 2: Tạo ra tập tin Netlist cho sơ đồ mạch điện trên

Trong trang vẽ của trình Capture CIS, Bạn mở mục Window rồi chọn mục 2 da-hai để trở ra trang quản lý bản vẽ (Bạn xem hình). Khi Bạn mở một trang vẽ, phần mềm Capture CIS sẽ luôn tạo ra 3 cửa sổ, đó là:

  

Cửa sổ 1:Session Log dùng ghi lại các ghi nhận trong việc làm và cả các báo lỗi nếu có.

Cửa sổ 2: da-hai dùng quản lý các vấn đề khác của trang vẽ.

Cửa sổ 3: –(SCHEMATIC:PAGE1) chính là trang vẽ sơ đồ mạch điện.

 

  

Trong trang quản lý bản vẽ mạch điện, Bạn hãy chọn tên của sơ đồ mạch điện (Bạn xem hình).

Trong trang quản lý bản vẽ, ở mục Design Resource gồm có các mục:

 .\da-hai.dsn, trong đó có sơ đồ mạch điện nguyên lý SCHEMATIC với trang vẽ PAGE1.

 

Bạn hãy dùng con trỏ chuột nhấp trên mục PAGE1.

Sau khi chọn xong cho mở mục Tool trên thanh menu. Bạn sẽ thấy hiện ra một cửa sổ như hình sau:

 

 

Bạn hãy chọn mục Create Netlist… để tạo ra tập tin khai báo các linh kiện và các đường nối của sơ đồ mạch điện

 

Netlist là một tập tin lấy họ là .mnl (chữ tắt max netlist), trong tập tin này ghi lại các khai báo sau:

 

* Ký hiệu trên sơ đồ sẽ dùng kiểu chân footprint nào?

* Các chân nào sẽ được cho nối với nhau?

 

 

Sau khi chọn thẻ Layout , Bạn sẽ thấy hiện ra cửa sổ như hình sau:

 

Ở cửa sổ này, Capture CIS cho biết là sẽ chuyển sơ đồ mạch điện nguyên lý ra dạng tập tin Netlist dùng cho trình Layout Plus và tên tập tin sẽ là:

 

DA-HAI.MNL

(cất trong thư mục C:\ORC-9)

Nếu đồng ý với tên này, Bạn dùng chuột cho nhấn trên phím OK.

Đến đây, Bạn đã hoàn thành các công việc phải làm trong trình Capture CIS và hãy chuyển vào trình Layout Plus để vẽ board mạch in một cách tự động.

 

Bước 3: Mở trình Layout Plus để vẽ board mạch in của mạch dao động đa hài  

 

Hãy nhấp con trỏ chuột trên tiêu hình của Layout Plus để cho mở trang vẽ bản mạch in. Khi đến cửa sổ Load Netlist Source. 

 

 

Bạn hãy chuyển đến thư mục ORC-9 và cho mở tập tin họ .mnl.

Tập tin họ .mnl trong đó ghi lại các kiểu chân (footprint) của các linh kiện, ghi lại các đường tiền nối (connection). 

 

 

Trong cửa sổ Load Netlist Source, chứa các tập tin họ .mnl, Bạn nhấp 2 nhịp nhanh trên tên tập tinDA-HAI.MNL để cho mở tập tin này trong Layout Plus. Trình Layout Plus sẽ cho tạo ra bản vẽ với tên DA-HAI nhưng lấy họ là .max.

 

Đến đây, Bạn sẽ thấy trình Layout Plus cho biên dịch tập tin Netlist có họ .mnl (ở thí dụ này là tập tin DA-HAI.MNL). Sau khi biên dịch xong, tất cả các khai báo trong tập tin Netlist sẽ được cho hiện ra trên trang vẽ của Layout Plus. Lúc này Bạn sẽ thấy trang vẽ của Layout Plus như hình sau:

 

Tất cả các kiểu chân linh kiện của mạch điện đều đã hiện ra, trên chân các linh kiện này là các đường tiền nối (connections). Bây giờ công việc của chúng ta là chọn vị trí sắp xếp các footprint để rồi cho nối mạch tạo ra board mạch in đúng như ý muốn. Bạn hãy làm theo trình tự sau:

 

1. Cách sắp xếp lại các footprint: 

 

* Khi muốn xử lý các footprint, Bạn nhấp con trỏ chuột trên tiêu hình Component trên thanh công cụ.

* Bây giờ có thể chọn ký hiệu của footprint để dời và đặt vào các vị trí mà Bạn muốn.

* Sau khi làm xong, Bạn sẽ có hình như sau:  

 Hình phóng lớn cho thấy các linh kiện đã sắp xếp xong.

 

Bạn cũng có thể kiểm tra sự liên thông giữa sơ đồ mạch điện nguyên lý trên trang vẽ của Capture CIS và hình mạch in trên trang vẽ của Layout Plus. Hãy mở mục Window và chọn mục Half Screen. Bạn sẽ thấy hiện ra trên màn hình 2 cửa sổ như sau:

 

Bên trái là trang vẽ của trình Capture CIS và ở bên phải là trang vẽ của trình Layout Plus. Lúc này khi Bạn chọn một ký hiệu bên này thì ở trang vẽ bên kia ký hiệu tương ứng cũng sẽ được chọn, nhờ vậy Bạn có thể dễ dàng theo dõi được việc sắp xếp các linh kiện cùng lúc trên hai cửa sổ.  

 

2. Cách chọn các lớp nối (Layer).

* Bạn mở các trang View Spreadsheet.

* Trong đó, chọn mục Layers.

* Trong trang quản lý các lớp, cho tắt các lớp không đặt đường nối.

 

Nháy con trỏ chuột trên tiêu hình View Spreadsheet, Bạn sẽ thấy bung ra một menu như hình sau:  

 

Mục Layers: mở trang dùng quản lý các lớp đặt các đường nối.

Mục Nets: mở trang quản lý các đường nối qua các chân của linh kiện.

 

Các mục khác dùng mở các trang quản lý có các liên quan khác…

Sau khi nhấp con trỏ chuột trên mục Layers, Bạn sẽ thấy hiện ra trang quản lý các lớp của board mạch in (Bạn xem hình). 

 

Trong trang này, Bạn thấy các lớp sau đây đang được cho nối mạch, lớp mặt trên (TOP-Routing), lớp mặt dươi (BOTTOM-Routing), các lớp giữa (INNER1-Routing và INNER2-Routing).

 

 

Nếu Bạn chỉ muốn cho nối mạch trên một lớp bên dươi (tức lớp Bottom), Bạn hãy tắt các lớp khác. Cách tắt không cho nối mạch trên một lớp: Nhấp con trỏ chuột trên lớp đó sẽ thấy hiện ra cửa sổ như sau:

 

 

 

Lớp TOP đang là Routing Layer, Bạn nhấp con trỏ chuột trong ô tròn Unused Routing. Như vậy Bạn đã không cho nối mạch ở lớp mặt trên. Chọn xong nhấn trên phím OK.

 

Làm tương tự với các lớp INNER1 và INNER2.

 

Như vậy, Bạn chỉ muốn cho nối mạch ở trên lớp mặt dưới của board mạch in (tức lớp BOTTOM).

 

3. Cách định lại kích cỡ các đường nối mạch.

Để xem kích cỡ của các đường nối mạch, Bạn chọn mục Nets sẽ thấy hiện ra trang quản lý các Net của bản mạch như hình sau:

 

 

Trong trang Net, liệt kê ra tên của các Net của mạch điện (Net Name). Bạn xem ở mục Width biết được kích cỡ của các đường nối. Ở đây tất cả các Net đều có cùng cỡ đường nối là rộng 8 mil (1000 Mil = 1Inche). Bạn có thể sửa lại kích cỡ của các đường nối này. Dùng chuột kéo rê qua các Net, bỏ chuột ra các đường NET được chọn sẽ đổi màu, nhấn phím chuột phải để mở cửa sổ MENU, rồi chọn mục Propeties. Bạn sẽ có hình sau:

 

Trong cửa sổ Edit Net, Bạn gõ vào độ rộng của đường nối.

 

Thí dụ: ở đây, chúng ta chọn độ rộng của tất cả các đường nối là 30 mil.

 

Chọn xong nhấn phím OK. Bạn sẽ thấy trong trang quản lý các Net, con số trong mục Width đã thay đổi là 30.

  

4. Chạy lệnh nối mạch tự động

Sau khi đã quyết định chỉ cho tạo đường nối ở lớp Bottom của bản mạch in, và chọn định kích cỡ các đường nối. Bây giờ, Bạn có thể cho chạy chức năng nối mạch tự động.

 

Cách chạy chức năng tự động: Chọn mục Auto trên thanh MENU, Bạn thấy bung ra cửa sổ như hình sau:

  

Trong cửa sổ này hãy chọn mục Autoroute, và sẽ hiện ra cửa sổ kế bên như hình sau:

 

Trong cửa sổ này, Bạn chọn mục Board, nếu muốn cho nối tự động trên toàn board mạch.

 

Ngay khi chọn xong mục này, trình Layout Plus sẽ tự động cho nối tất cả các NET của mạch. Chỉ một lúc sau Bạn đã có kết quả như hình sau:

 

Board mạch in đã được nối trên trang vẽ Layout Plus.

 

Bạn có thể gõ phím BACKSPACE để tạm cho ẩn tất cả các thành phần. Rồi gõ phím số 2 để chỉ xem phần các đường đồng được cho nối ở lớp dưới (tức lớp Bottom).

  

Làm thao tác này, Bạn sẽ thấy hiện ra hình board mạch in như sau: 

Bạn gõ phím Backspace rồi gõ phím số 2  để tạm cho ẩn  các thành phần khác và chỉ xem lớp đường nối ở mặt dưới của bản mạch in. Muốn xem các lớp khác, Bạn gõ các phím số khác. Mỗi lớp ứng với một con số.

  

5. Định đường biên của mạch

Một board mạch in luôn phải có đường biên vật lý. Để vẽ đường biên của bản mạch, Bạn chọn tiêu hình Obstacle Tool, nhấn phím phải của chuột để mở cửa sổ menu và chọn New, rồi lại nhấn phím phải chuột chọn mục Properties. Bạn sẽ thấy bung ra một cửa sổ như hình sau:

 

Trong cửa sổ Edit Obstacle, Bạn chọn dạng Board Outline. Có thể sửa độ rộng của đường vẽ là 10 mil trong ô số Width.

 

Chọn định xong nhấn phím Enter để xác nhận. Lúc này Bạn trở lại trang vẽ của Layout Plus với con trỏ dấu chữ thập (+). Bạn hãy nhấn và rê chuột để kéo một khung chữ nhật để định kích cỡ của bản mạch in.

 

 

Kẽ xong đường biên, Bạn sẽ thấy hình hiện ra trên trang vẽ.

 

Board mạch in đã có đường biên vật lý, nó định kích cỡ của bản mạch.

 

6. Biên soạn phần chữ (Text) trên board mạch in

Bạn có thể xóa các chữ trên bản mạch in, sắp xếp lại các con chữ này. Hãy chọn Text Tool, Bạn sẽ có con trỏ dạng chữ thấp (+). Bạn dùng con trỏ để chọn con chữ trên bản vẽ, con chữ được chọn sẽ đổi màu và dính vào con trỏ, Bạn kéo con chữ đến vị trí mới nhấn chuột để đặt. Muốn xóa thì nhấn phím Delete. Sau khi soạn xong chúng ta có board mạch in như hình sau:

 

Board mạch in đã biên soạn xong phần các con chữ. 

 

7. Phủ đồng

 Bạn có thể cho phủ đồng các vùng trên mạch. Cách phủ đồng được làm như sau:

 

* Nháy con trỏ chuột trên tiêu hình Obstacle Tool.

* Nháy phím phải của chuột để mở cửa sổ Menu và chọn mục New, sau đó nhấp phím phải của chuột và chọn mục Properties. Lúc này Layout Plus cho mở ra một giao điện như hình chụp.

 

Trong ô Obstacle Type, Bạn chọn mục Copper Area (đặt các vùng phủ đồng).  

Trong ô Obstacle Layer, Bạn chọn lớp BOTTOM (tức phủ đồng ở lớp dưới của board mạch in). 

Trong ô Width, Bạn chọn cỡ đường là 5 mil. 

Chọn xong nhấn phím Enter để xác nhận.

 

Khi trở lại vùng trang vẽ Board mạch in của Layout Plus. Bạn dùng chuột, nhấn và kéo để đặt đường bao, tạo ra vùng phủ trên lớp Bottom. Dau khi phủ xong một lớp đồng, Bạn thấy board mạch in có hình như sau:

 

Board mạch in đã hoàn chỉnh, dùng hàn ráp sơ đồ mạch điện dao động đa hài.

  

Đến đây Bạn có thể duyệt lại từng lớp thông qua chức năng duyệt xem.

 

Nhấn phím Backspace để che hết các thành phần trên board mạch in. Nhấn phím số 2 để xem các đường nối ở lớp dưới của board mạch in. Nhấn phím Shift gõ phím số 3 để xem phần Outline của các linh kiện nằm ở lớp trên. Bạn sẽ thấy trên trang vẽ hiện ra hình board mạch in như sau:

 

Bạn có thể tạo ra lớp phủ chống hàn, nghĩa là phủ xanh lớp dưới của board mạch in và chỉ để lộ lớp đồng ở các lỗ chân hàn, Phủ xanh board mạch in được dùng trong kỹ thuật hàn nhúng. Bạn xem hình:

 

(Hình chụp cho thấy cách tạo lớp che để dùng kỹ thuật hàn nhúng)   

Qua phần trình bày trên cho thấy chúng ta đã có thể chuyển từ một sơ đồ mạch điện nguyên lý vẽ trong trình Capture CIS vào trình Layout Plus để rồi dùng cách vẽ tự động (AutoRoute Board) tạo ra board mạch in dùng cho việc lắp ráp các mạch điện.

 

Giáo viên dạy nghề: Vương Khánh Hưng.