Mạch in (PCB) là một thành phần thiết yếu của thiết bị điện tử hiện đại. Chúng được sử dụng trong mọi thiết bị từ điện thoại thông minh, máy tính xách tay đến ô tô và đồ gia dụng… Mạch in là phương thức hiệu quả cho phép kết nối các linh kiện, và truyền tín hiệu cũng như điện năng giữa chúng. Mặc dù vậy, thiết kế mạch in không phải lúc nào cũng là một công việc dễ dàng. Các lỗi thiết kế vẫn thường xảy ra làm ảnh hưởng đến chi phí cũng như mất thời gian để khắc phục đặc biệt là đối với những người mới chưa có nhiều kinh nghiệm.

Trong bài viết này, hãy cùng Điện tử Hatakey thảo luận về 5 lỗi thiết kế mạch in phổ biến nhất mà những người thiếu kinh nghiệm thường mắc phải cũng như cách khắc phục chúng. Những lỗi này có thể dẫn đến các vấn đề về nhiễu tín hiệu, sự cố nhiệt, sự cố nguồn điện và thậm chí là hư hỏng linh kiện. Bằng cách tránh những lỗi này, bạn có thể đảm bảo khả năng hoạt động cũng như độ tinh cậy của bo mạch.

Lỗi Thiết kế 1: Không sử dụng mặt phẳng tiếp đất (Ground plane)

Hình 1: Phủ đất (Ground plane) trên mạch in

Mặt phẳng tiếp đất là một vùng đồng lớn trên PCB được kết nối với mặt đất. Nó hoạt động như một tấm chắn, ngăn nhiễu điện từ (EMI) ảnh hưởng đến tín hiệu trên PCB. Không sử dụng mặt phẳng tiếp đất có thể dẫn đến nhiễu không mong muốn trong tín hiệu, có thể ảnh hưởng đến hiệu suất của mạch.

Để khắc phục lỗi này, bạn nên thêm mặt phẳng tiếp đất vào thiết kế PCB của mình. Hầu hết các phần mềm thiết kế PCB đều có tính năng tích hợp cho phép bạn dễ dàng thêm mặt phẳng nối đất. Chỉ cần tạo một lớp mới trong thiết kế của bạn và kết nối nó với lưới nối đất. Điều này sẽ tạo ra một vùng đồng lớn có thể được sử dụng làm mặt phẳng nối đất.

Lỗi thiết kế 2: Không kiểm tra các ràng buộc về khoảng cách tối thiểu (Clearance)

Hình 2. So sánh định nghĩa Clearance và Creepage

Quy tắc khoảng cách tối thiểu (Clearance) DRC đề cập đến khoảng cách tối thiểu giữa hai vật dẫn điện trên PCB, chẳng hạn như hai đường dẫn hoặc một đường dẫn và pad hàn chân linh kiện. Không kiểm tra quy tắc khoảng cách có thể dẫn đến các hiện tượng đoản mạch hoặc nhiễu tín hiệu.

Để khắc phục lỗi này, bạn nên kiểm tra quy tắc khoảng cách trong phần mềm thiết kế PCB của mình. Hầu hết các phần mềm thiết kế PCB đều có tính năng cho phép bạn đặt quy tắc khoảng cách cho các vật thể khác nhau trên PCB. Các quy tắc này sẽ ngăn không cho các vật thể được đặt quá gần nhau và gây ra đoản mạch hoặc nhiễu tín hiệu. Bên cạnh đó các yếu tố này cũng bị giới hạn bởi năng lực sản xuất của nhà máy. Nếu các thông số khoảng cách tối thiểu này vượt ngoài năng lực sản xuất của nhà máy sẽ ảnh hưởng đến khả năng chế tạo của bo mạch.

Hình 3. Mỗi nhà sản xuất đều có giới hạn khác nhau về khoảng cách tối thiểu mà bạn cần chú ý khi thiết kế

Lỗi thiết kế 3: Không sử dụng tụ lọc nguồn

Tụ lọc nguồn là tụ điện được đặt giữa chân nguồn và chân nối đất của mạch tích hợp (IC). Nó giúp ổn định nguồn điện và ngăn nhiễu trên đường dây điện. Không sử dụng tụ lọc nguồn có thể dẫn đến nguồn điện không ổn định và giảm hiệu suất mạch.

Hình 4. Cách thiết kế vị trí đặt tụ lọc nguồn (Kiếu dán SMD)

Để khắc phục lỗi này, bạn nên thêm tụ lọc vào thiết kế mạch in của mình. Kích thước và loại tụ lọc sẽ phụ thuộc vào IC và điện áp nguồn. Điều quan trọng là phải tham khảo datasheet của IC để xác định giá trị và vị trí đặt tụ phù hợp.

Lỗi thiết kế 4: Không gắn nhãn cho linh kiện

Không gắn nhãn cho linh kiện có thể dẫn đến nhầm lẫn và sai sót trong quá trình hàn lắp ráp bo mạch. Nếu không gắn nhãn đúng cách, dễ gây nhầm lẫn vị trí cũng như chiều linh kiện đặc biệt là trong các thiết kế phức tạp mật độ linh kiện lớn

Để khắc phục lỗi này, bạn nên gắn nhãn tất cả các linh kiện trong thiết kế mạch in của mình. Hầu hết các phần mềm thiết kế mạch in đều có tính năng cho phép bạn thêm nhãn, ký hiệu vào vị trí đặt các linh kiện. Điều quan trọng là phải thể hiện các ký tự tên, chiều một cách trực quan rõ ràng tránh gây hiểu nhầm.

Hình 5. Thêm nhãn, ký hiệu cho các linh kiện trong mạch

Lỗi thiết kế 5: Không chạy Design Rules Check (DRC)

DRC là một tính năng của phần mềm thiết kế mạch có nhiệm vụ kiểm tra lỗi thiết kế mạch in của bạn, chẳng hạn như khoảng cách tối thiểu giữa các đối tượng clearance, các đối tượng chồng chéo lên nhau và các chân linh kiện không được kết nối. Không chạy DRC có thể dẫn đến sót lỗi trong thiết kế mạch in, gây ra sự cố trong quá trình lắp ráp hoặc ảnh hưởng đến hoạt động của bo mạch.

Để khắc phục lỗi này, bạn nên chạy DRC trong phần mềm thiết kế mạch in của mình. Hầu hết các phần mềm thiết kế mạch in đều có tính năng DRC tích hợp để kiểm tra lỗi thiết kế và cung cấp báo cáo về bất kỳ sự cố nào được tìm thấy. Điều quan trọng là phải thiết lập các quy tắc thiết kế theo yêu cầu của thiết kế, kết hợp với các quy tắc của nhà sản xuất để đảm bảo khả năng chế tạo cũng như thỏa mãn yêu cầu của dự án.

Hình 6. Luôn kiểm tra các ràng buộc về thông số thiết kế để tránh sai sót trên mạch

Kết luận

Thiết kế Layout mạch in là một công việc đầy thách thức, đặc biệt là đối với những người mới chưa nhiều kinh nghiệm. Hy vọng qua bài viết này, các bạn có thể nắm rõ được 5 lỗi phổ biến thường gặp khi thiết kế mạch.

Bằng cách khắc phục những lỗi này, bạn có thể tránh được các sự cố phổ biến như nhiễu tín hiệu, sự cố nguồn điện và hư hỏng linh kiện. Từ đó giúp tiết kiệm thời gian cũng như chi phí khi gia công mạch. Hiện nay, hầu hết các phần mềm thiết kế mạch in đều có các tính năng tích hợp giúp bạn dễ dàng thêm các thành phần, cũng như kiểm tra các quy tắc thiết kế để tránh các lỗi kể trên. Bên cạnh đó hãy luôn kiểm tra năng lực sản xuất cũng như tham khảo lời khuyên từ các nhà sản xuất cũng giúp bạn hạn chế tối đa sai xót trên bo mạch.