Dưới đây là 20 nguyên lý thiết kế mạch điện tử mà bất kỳ ai học thiết kế hoặc sửa chữa điện tử cũng phải nắm thật vững và gần như "thuộc lòng", đặc biệt khi làm việc với PCB, nguồn, tín hiệu số, mạch công suất và vi điều khiển:
⚙️ I. NGUYÊN LÝ CƠ BẢN KHI THIẾT KẾ
-
Luôn bắt đầu từ sơ đồ nguyên lý (schematic) sạch, rõ ràng
-
Đặt tên linh kiện, nhóm khối chức năng, ký hiệu đúng chuẩn.
-
Tránh để "dây chồng dây", nên dùng NetLabel.
-
-
Dòng điện luôn phải khép kín
-
Khi thiết kế mạch, luôn hình dung dòng điện đi và về → phải có đường hồi dòng (return path) đúng.
-
-
Luôn có đường GND ổn định và rộng
-
GND không chỉ là "âm nguồn", mà là đường tham chiếu → phải được ưu tiên hàng đầu.
-
-
Đặt tụ decoupling gần chân VCC-GND của IC
-
Tụ 100nF thường đặt cách <1cm → triệt nhiễu xung, tăng ổn định.
-
-
Không bao giờ cắm ngược cực tụ hóa
-
Vì có thể gây nổ tụ, cháy bo, hỏng IC. Tụ hóa luôn có cực âm rõ ràng.
-
🔌 II. NGUYÊN LÝ NGUỒN – CẤP ĐIỆN AN TOÀN & HIỆU QUẢ
-
Thiết kế nguồn có dự phòng dòng (20–30%)
-
Ví dụ: tải cần 0.5A thì nguồn nên chọn 0.65–0.7A trở lên.
-
-
Luôn dùng diode bảo vệ ngược cực (reverse polarity) ở đầu vào
-
Đặc biệt quan trọng với mạch dùng jack DC, USB, pin rời.
-
-
Không để đường cấp nguồn chạy qua dây tín hiệu
-
Tách biệt rõ đường nguồn – tín hiệu – giao tiếp.
-
-
Dùng tụ lọc lớn ở đầu nguồn (10uF–470uF), tụ nhỏ gần IC
-
Kết hợp lọc ripple tần số thấp và cao.
-
-
Đảm bảo tản nhiệt cho linh kiện công suất (mosfet, IC nguồn)
-
Tính toán công suất tỏa nhiệt, dùng pad tản, khe hở hợp lý.
🔄 III. NGUYÊN LÝ GIAO TIẾP TÍN HIỆU – DIGITAL & ANALOG
-
Tín hiệu digital tốc độ cao cần route ngắn, thẳng, không gấp khúc
-
Giảm nhiễu, phản xạ sóng, đảm bảo integrity.
-
Không chạy đường tín hiệu dưới IC nguồn, cuộn cảm
-
Tránh nhiễu từ trường, xung switching.
-
Tín hiệu analog phải đi xa nguồn xung & giao tiếp số
-
Ví dụ: tín hiệu cảm biến, ADC cần tuyến đường riêng.
-
I2C, SPI, UART nên có điện trở pull-up, pull-down đúng chuẩn
-
I2C: thường 4.7k – 10k pull-up.
-
UART: cần xác định idle level.
-
Tín hiệu đồng bộ (clock, reset) cần sạch, không bị xuyên nhiễu
-
Ưu tiên tụ lọc và đường tín hiệu riêng.
🧩 IV. NGUYÊN LÝ BỐ TRÍ VÀ ROUTING PCB
-
Sắp xếp linh kiện theo luồng tín hiệu (Input → Process → Output)
-
Tránh đặt linh kiện ngẫu nhiên → khó route, dễ lỗi.
-
Luôn ưu tiên plane GND lớn nhất có thể ở lớp đáy hoặc giữa
-
Ground plane liên tục giúp giảm nhiễu và giảm trở kháng đường GND.
-
Tránh đường tín hiệu chạy song song quá lâu với nhau (crosstalk)
-
Nếu bắt buộc → cách xa >2x chiều rộng line.
-
Không để via quá nhiều trên đường tín hiệu quan trọng
-
Mỗi via = điểm nhiễu + tăng trở kháng + giảm integrity.
-
Kiểm tra DRC (Design Rule Check) kỹ lưỡng trước khi in mạch
-
Đảm bảo không hở, không nối nhầm, không cắt GND, không chạm lưới.
🧠 TÓM TẮT TƯ DUY CHỦ ĐẠO
| Nguyên tắc chủ chốt | Mô tả |
|---|---|
| "GND là vua" | GND tốt = mạch ổn định |
| "Tụ lọc đúng chỗ" | Tụ nhỏ gần IC, tụ lớn lọc đầu nguồn |
| "Dòng điện luôn khép kín" | Không chỉ route đường đi, mà cả đường về |
| "Tín hiệu sạch = mạch chạy" | Tín hiệu nhiễu = chạy sai, treo, reset |
| "Kiểm soát nhiệt và dòng" | Mosfet, IC nguồn cần mát và đủ dòng |
