mạch điện tử thông tin về radar

MẠCH ĐIỆN TỬ THÔNG TIN
Electronics Circuits for Communications
I. ĐỀ TÀI CHUNG CHO TẤT CẢ CÁC NHÓM
Đề tài 01: Tìm hiểu và thiết kế PCB radar tránh vật
cản cho UAV (drone) ở băng tần 77–81 GHz
1. Mục tiêu đề tài
Mục tiêu của bài tập lớn là giúp sinh viên tìm hiểu quy trình thiết kế PCB tần số cao (mmWave) cho hệ thống radar
tránh vật cản ứng dụng trên drone, hoạt động trong băng tần 77–81 GHz. Cụ thể:
• Hiểu yêu cầu và thách thức của thiết kế PCB radar mmWave cho drone (kích thước, khối lượng, tổn hao, nhiễu).
• Nắm vững cấu trúc phần cứng của một module radar 77–81 GHz (RF front-end, antenna, nguồn, xử lý).
• Thực hiện thiết kế sơ đồ nguyên lý (schematic) và layout PCB cho radar tránh vật cản.
• Phân tích và mô phỏng các đường truyền RF, anten tích hợp và ảnh hưởng của PCB tới hiệu năng radar.
2. Nội dung thực hiện
2.1. Tổng quan hệ thống radar và yêu cầu PCB
• Tổng quan về hệ thống radar.
• Tổng quan về hệ thống radar tránh vật cản cho drone.
• Đặc điểm ứng dụng drone: giới hạn công suất, không gian và tản nhiệt.
• Yêu cầu kỹ thuật PCB cho băng tần 77–81 GHz:
o Tổn hao đường truyền o Kiểm soát trở kháng o Nhiễu xuyên âm và EMI
o Độ chính xác chế tạo
2.2. Nghiên cứu linh kiện và vật liệu PCB
• Tìm hiểu IC radar mmWave 77–81 GHz (TI AWR1843).
• Lựa chọn vật liệu PCB tần số cao (Rogers).
• Lập bảng thống kê và lựa chọn tất cả các linh kiện cần cho thiết kế.
• Tạo thư viện Schematic và Footprint Layout cho tất cả các linh kiện để chuẩn bị thiết kế mạch trên Altium.
Có thể download thư viện sẵn có từ nhà sản xuất hoặc tự tạo theo datasheet của từng linh kiện nếu muốn.
2.3. Thiết kế sơ đồ nguyên lý Schematic (Altium) (Ex : Student version)
• Thiết kế khối nguồn và lọc nhiễu.
• Kết nối IC radar với MCU/processor (SPI, UART, LVDS).
• Bố trí các mạch phụ trợ: clock, reset, debug.
• Phần nâng cao: Thiết kế giao tiếp RF và khối anten. Chỉ được thực hiện khi hoàn thành xong phần thiết
kế PCB thì mới được chấm điểm phần này nên sinh viên cần chú ý.
2.4. Thiết kế layout PCB radar mmWave (Altium for Student) (Ex : Student version)
• Xây dựng stack-up PCB phù hợp cho 77–81 GHz. Vật liệu, kích thước, số lượng Layers,...
• Tính toán thiết kế đường truyền vi dải / dải đồng phẳng (microstrip, CPW) để layout PCB.
• Bố trí linh kiện và phân vùng RF – Digital – Power.
• Phần nâng cao: Thiết kế anten tích hợp trên PCB (patch antenna hoặc antenna array). Chỉ được thực
hiện khi hoàn thành xong phần thiết kế PCB thì mới được chấm điểm phần này nên sinh viên cần chú ý.
2.5. Mô phỏng và đánh giá thiết kế (Altium + HFSS) (Ex : Student version)
• Mô phỏng trở kháng và tổn hao đường truyền.
• Phân tích ảnh hưởng layout tới hiệu năng radar.
• Đề xuất cải tiến để tối ưu thiết kế cho drone.
• Phần nâng cao: Mô phỏng anten PCB (bức xạ, gain, beamwidth). Chỉ được thực hiện khi hoàn thành
xong phần thiết kế PCB thì mới được chấm điểm phần này nên sinh viên cần chú ý.
3. Công cụ thiết kế và mô phỏng
3.1. Công cụ thiết kế PCB
• Altium Designer (Ex : Student version).
• Công cụ tính toán trở kháng và stack-up PCB (ADS Keysight).
3.2. Công cụ mô phỏng RF
• HFSS (mô phỏng anten và đường truyền) (Ex : Student version).
• ADS (Keysight): mô phỏng mạch RF, matching (Ex : Student version).
4. Kết quả mong đợi
• Báo cáo mô tả quy trình thiết kế PCB radar mmWave cho drone.
• Bộ schematic và layout PCB hoàn chỉnh.
• Phần nâng cao: Kết quả mô phỏng RF và Anten, đánh giá kỹ thuật.
• Định hướng phát triển sang chế tạo và đo kiểm thực nghiệm.
5. Timeline thực hiện (14 tuần) : Tuần Nội dung
Giới thiệu đề tài, xác định yêu cầu hệ thống 4-5
Tổng quan hệ thống radar
Hệ thống radar mmWave 77–81 GHz ứng dụng drone
Yêu cầu và nguyên tắc thiết kế PCB tần số cao
Nghiên cứu IC radar và reference design 6-7
Lựa chọn vật liệu và stack-up PCB
Xây dựng thư viện linh kiện (simple + footprint) chuẩn bị thiết kế Schematic và Layout
Thiết kế sơ đồ nguyên lý tổng thể, sơ đồ khối,... 8–9
Hoàn thiện schematic và kiểm tra ERC
Bố trí linh kiện và phân vùng PCB Layout PCB
10-12 Đánh giá và tối ưu layout PCB
Xuất các file gerber cho bước chế tạo sau này
Thực hiện phần nâng cao nếu đã xong phần thiết kế và tối ưu PCB :
Thiết kế đường truyền RF out với Anten
13-15 Thiết kế và mô phỏng anten tích hợp trên PCB
Mô phỏng và tối ưu anten trên PCB 17
Hoàn thiện và nộp báo cáo trên LMS
18-19 Báo cáo + Thuyết trình + Q&A
6. Tài liệu và tham khảo (tìm theo keywords)
• https://drive.google.com/drive/folders/11OzyZDup63INFGhNVu9m0hwgd1- tZRUU?usp=sharing
• https://www.wevolver.com/article/how-to-test-a-circuit-board-pcb-methods-tools-and-best- practices
• https://resources.pcb.cadence.com/jbj-pcb-design-from-start-to-finish
• https://jlcpcb.com/fr/capabilities/pcb-assembly-capabilities
• https://www.wevolver.com/article/trace-width-vs-current-in-pcb-design
• https://www.wevolver.com/article/solderability-test-principles-methods-and-applications-in- electronics-manufacturing • https://www.lcsc.com/
• Reference design radar 77–81 GHz của Texas Instruments.
• Datasheet vật liệu PCB tần số cao.
• Application note về thiết kế PCB mmWave. • Comming soon ... !
PHÂN NHÓM VÀ ĐỀ TÀI BÀI TẬP LỚN LỚP L01 Comming soon… !
PHÂN NHÓM VÀ ĐỀ TÀI BÀI TẬP LỚN LỚP L02 Comming soon… !
PHÂN NHÓM VÀ ĐỀ TÀI BÀI TẬP LỚN LỚP L05 Comming soon… !