Lộ trình trở thành kỹ sư phần cứng : Thiết kế mạch điện tử

Chuẩn bị

1. Bản năng

- Xác định được rõ đam mê của bản thân trước khi bắt tay vào nghiên cứu một vấn đề và xác định đó sẽ là con đường phát triển của bản thân.

Nếu bạn chưa có khái niệm gì về thiết kế phần cứng hay thiết kế mạch điện tử thì cũng không cần phải lo lắng, bản thân mình cũng không nghĩ hay không hẳn có ý định là sẽ trở thành một kỹ sư thiết kế phần cứng cho đến khi mình được học môn “Cấu kiện điện tử “ .

Nếu bạn thấy hứng thú với các con linh kiện nho nhỏ, tò mò tại sao nó lại có thể hoạt động như vậy được , hay trên một cái board mạch này có những gì, chúng hoạt động như thế nào. Như vậy nghĩa là bạn đã có một phần nào đó mong muốn trở thành đồng nghiệp của mình rồi .

Sau khi mình phát hiện ra đam mê mới này , mình xác định luôn là mình sẽ đi theo con đường này, và từ đó học tập từ mọi nguồn các kiến thức liên quan để làm hành trang cho bản thân tiến xa hơn.

2. Kiến thức cơ bản

- Các định luật vật lý về dòng điện , các công thức tính toán dòng điện, hiệu điện thế

Công thức cơ bản nhất của mối liên hệ giữa dòng điện và hiệu điện thế I = U/R ( định luật Ohm) chắc chắn bạn cần nhớ và hiểu nó 100%. Các giá trị U, I, R, P luôn luôn hiện diện trong tất cả các mạch điện tử .Nên nếu bạn không thể tính được các thông số này, rất tiếc bạn nên tìm một con được khác phù hợp hơn.

- Nhận diện các linh kiện cơ bản

Trước khi tìm hiểu tính năng của các linh kiện cơ bản, chúng ta nên học cách phân loại qua hình dáng của chúng, điện trở có hình dáng như thế nào , bao nhiêu loại, màu sắc, kí hiệu trên mạch điện,…. Sau đó là các linh kiện khác nữa.

- Nắm được tác dụng chính của các linh kiện cơ bản

Sau khi đã nhận diện được các linh kiện chúng ta sẽ tìm hiểu đến cấu tạo của chúng. Cách để hiểu rõ nhất về vấn đề gì đó, chúng ta nên tìm hiểu tận gốc rễ của vấn đề đó . Ở đây để tìm hiểu công dụng của linh kiện , chúng ta nên tìm hiểu về chất bán dẫn.

Trả lời được các câu hỏi : Tại sao điện trở lại có thể cản trở được dòng điện? Tại sao Diode lại chỉ cho dẫn điện theo một hướng ? …

Sau khi nắm được tác dụng của từng linh kiện riêng biệt , thì kết hợp chúng lại với nhau, sẽ có tác dụng gì ?

- Tìm hiểu các IC số, OPAM, cổng logic ,….

Điện tử số là một nhánh trong “Điện Tử”, ở đây chúng ta có thêm một khái niệm mới là “mức logic” . Các IC sẽ hoạt động theo mức logic 1/0 hay còn gọi là cao/thấp. Tại mỗi mức logic được cung cấp, sẽ có một sự kiện xảy ra đối với IC.

Đọc hiểu datasheet rất quan trọng, tất cả thông tin , cách sử dụng của linh kiện điện tử nào đều được ghi trong datasheet tương ứng.

Đọc hiểu các biểu đồ, đồ thị mô tả của linh kiện ví dụ như giản đồ xung, biểu đồ hoạt động theo nhiệt độ, điện áp,…..

- Sử dụng các công cụ hỗ trợ : đồng hồ vạn năng, mỏ hàn , oscilloscope

ồng hồ vạn năng, mỏ hàn là thiết bị không thể thiếu cho anh em điện tử, các an hem chỉ có đam mê chế cháo , tay ngang hay nghiệp dư đều có thể sử dụng 2 thiết bị này thành thạo thì an hem kỹ sư thiết kế chắc chắn cũng phải thành thạo thậm chí là master 2 thiết bị này rồi.

Các thiết bị đo cao cấp hơn như oscilloscope thì không phải ai cũng có điều kiện hay cơ hội sử dụng , nhưng thiết bị này rất quan trọng để có thể phân tích được dạng song và từ đó đanh giá độ ổn định của mạch điện. Có điều kiện annh em nên có một chiếc.

Nghiên cứu

1. Nghiên cứu lý thuyết

- Phân tích sơ đồ nguyên lý , áp dụng các kiến thức đã có sẵn để tính toán được các thông số lý thuyết

Với các kiến thức cần tích lũy ở trên , chúng ta sẽ áp dụng vào để phân tích một nguyên lý mạch bất kỳ. Nắm được cách thức hoạt động của mạch đó. Có thể tính toán các giá trị mong muốn trên cơ sở lý thuyết một cách dễ dàng .

- Sử dụng các phần mềm mô phỏng

Hiện nay có nhiều phần mềm có thể mô phỏng lại mạch điện như Protues, SIM,… các phần mềm này hỗ trợ khá mạnh, chúng ta hoàn toàn có thể cung cấp các giá trị linh kiện trên mạch và quan sát được các giá trị trả về để làm cơ sở dữ liệu so sánh.

2. Nghiên cứu thực tế

- Hàn gắn linh kiện thành một board mạch hoàn chỉnh

Có thể bắt đầu từ những thứ đơn giản như hàn gắn con led và điện trở , cấp nguồn cho phát sang, dần dần nâng cao khả năng, các bạn sẽ tiếp cận được nhiều phương pháp hàn gắn linh kiện khác như khò, gia nhiệt , hàn nhúng bể thiếc,…..

- Đo đạc các thông số và so sánh với thông số lý thuyết

Nếu bạn tính toán lý thuyết nhưng bạn không có cách nào kiểm chứng nó so với thực tế , thì mọi tính toán trên đều vô nghĩa. Lúc này mình cần sử dụng đồng hồ vạn năng, oscilloscope để tính toán tính chính xác của mạch.

Xây dựng ý tưởng

1. Tìm hiểu về các phần mềm thiết kế mạch điện tử

Altium là một phần mềm hỗ trợ thiết kế mạch cực kì mạnh mẽ, chúng ta có thể tạo nguyên lý, layout PCB, View 3D rất trực quan. Cộng đồng người sử dụng vô cùng đông đảo, sẵn sang giải đáp thắc mắc mà bạn gặp phải.

Để tiếp cận với thiết kế mạch , chúng ta có thể bắt đầu từ các mạch vô cùng đơn giản chỉ có một vài linh kiện như điện trở, led, …. Sau đó nâng cấp lên áp dụng vào làm các bài tập môn học , đồ án môn, đồ án tốt nghiệp.

Tìm hiểu cấu tạo của PCB , gồm bao nhiêu lớp, tác dụng của mỗi lớp.

Sau khi có bản thiết kế, đặt mạch về hàn gắn linh kiện. Tại bước này nên tìm hiểu them khả năng gia công PCB của Việt Nam và Nước Ngoài.

2. Xây dựng sơ đồ nguyên lý

Thể hiện bước đàu ý tưởng, thông số tính toán lý thuyết lên mạch nguyên lý. Tạo thói quen tạo dựng nguyên lý cho tất cả các dự án, từ siêu dễ, dễ cho đến khó. Dần dần nâng cao khả năng xây dựng nguyên lý gọn gang, tối ưu và dễ để debug hơn.

3. Layout PCB

Trình bày ý tưởng từ nguyên lý lên một tấm PCB nhỏ nhắn. Sử dụng các công cụ của altium để layout PCB, làm nhiều sẽ có nhiều kinh nghiệm layout, dần dần nâng cao khả năng layout , đảm bảo vừa đẹp vừa ổn định.

Hình thành đam mê

1. Nghiên cứu sâu hơn về từng vấn đề cụ thể

- Thiết kế mạch cho lập trình nhúng, IoT, Smarthome

Lĩnh vực này liên quan đến vi điều khiển, truyền dữ liệu qua protocol vì vậy cần tìm hiểu về vi điều khiển thậm chí nên học để biết về lập trình vi điều khiển. Nếu nắm vững kiến thức về vi điều khiển, các giao tiếp sử dụng thì sẽ rất dễ để triển khai vấn đề. Ngoài ra cần tìm hiểu them các vấn đề về chống nhiễu cho mạch, vì khi hoạt động ở tần số cao, tín hiệu sẽ bị nhiễu bởi môi trường hoặc nhiễu chéo trên mạch.

- Điện tử công suất

Lĩnh vực này thiên về thiết kế nguồn hoặc phần công suất nên cần đo đạc và đánh giá nhiều về điện áp, dòng điện, dạng sóng, nhiệt độ môi trường hoạt động,….. Để có thể làm việc về điện tử công suất thì chúng ta cần nhiều công cụ hỗ trợ như oscilloscope , thiết bị đo nhiệt, đo nhiễu ,…. Lưu ý phần nguồn quyết định 30-40% mạch chạy ổn định

- Sản xuất , gia công mạch điện tử

Năng lực sản xuất tại mỗi đơn vị là khác nhau, vì vậy chúng ta cần thay đổi phương thức thiết kế để phù hợp với đơn vị đang công tác, giảm giá thành sản phẩm mà chất lượng vẫn tương đương.

- Đo đạc, kiểm thử, debug mạch

Đánh giá mạch sau khi thiết kế rất quan trọng, tại bước mình sẽ phải kiểm chứng thông số lý thuyết, so sánh và đánh giá. Cảnh giới cao nhất của thiết kế mạch không phải là thiết kế ra được sản phẩm mà là có thể debug được sản phẩm của mình.

2. Lộ trình phát triển

- Xây dựng cho mình lộ trình phát triển riêng, phù hợp với bản thân, điều kiện, hoàn cảnh . Lộ trình của mình cũng tương tự như các vấn đề đã chia sẻ ở phía trên . Mỗi người sẽ có mộtt lộ trình riêng nhưng các bạn có thể tham khảo lộ trình trên của mình.

- Khi còn trên ghế nhà trường nên tích lũy thật nhiều kiến thức, tiếp theo xin thực tập tại các công ty về thiết kế mạch điện tử. Nâng cao khả năng bản thân bằng các dự án cá nhân, sản phẩm phục vụ đời sống. Không ngừng tìm hiểu và áp dụng các công nghệ mới.