Un aperçu des meilleurs outils et logiciels de conception de PCB et leur fonctionnement

Altium Designer
|  Créé: September 28, 2017  |  Mise à jour: December 21, 2020

Explorez les outils et logiciels de conception de PCB

Les bons outils de PCB peuvent vous faire économiser beaucoup de temps, d'argent et de frustration, quel que soit le type de conception. Le vieil adage « travaillez plus malin, pas plus dur » s'applique indiscutablement à la conception des circuits imprimés. Un excellent logiciel de conception de PCB vous apportera les outils dont vous avez besoin pour travailler intelligemment, au lieu d’avoir à subir les frustrations de fonctionnalités gênantes.

Votre choix de logiciel EDA est déterminé par les besoins de votre travail de conception. La plupart du temps, avoir les bons outils est un facteur déterminant. Pour que vous soyez bien équipé, nous voulons vous fournir une liste complète d'outils de conception de circuits imprimés. Il ne s'agit pas d'une liste de logiciels disponibles, mais d'une explication des outils disponibles sur le marché et de la manière dont ils peuvent vous aider à optimiser vos circuits imprimés.

Le bon logiciel de CAO peut certainement aider, mais lorsqu'il s'agit de saisir des schématiques de circuits imprimés, de nombreux outils formidables sont pratiquement ignorés parce qu'ils sont méconnus ou sont en fait des extensions. Ces outils incluent : PDN Analyzer, intégration de CAO-M, routage interactif, support multi-carte et gestion de la chaîne d'approvisionnement. Chacune de ces fonctionnalités offre des avantages qui contribuent à simplifier le processus de conception, tout en vous faisant gagner du temps. Pour vous aider, nous avons établi une liste des meilleurs outils de conception de circuits imprimés que vous devriez rechercher.

Analyse d’alimentation CC

La conception de l'alimentation peut sembler simple à première vue. Branchez vos circuits intégrés (CI) dans leur plan ou rail et regardez-les fonctionner ! Ce n’est pas plus compliqué. Bien que cela soit parfois vrai, une analyse bâclée de l’alimentation CC, ou une analyse de chute IR, peut induire des courants excessifs dans vos pistes ou une chute de tension. C'est pourquoi il est préférable d'être proactif et de diagnostiquer votre carte pendant sa conception. Pas convaincu ? Voyons pourquoi l'analyse de l’alimentation CC est en train de devenir une étape essentielle de la conception des cartes imprimées.

Pourquoi l’analyse est-elle si importante ?

Densités de courant : Les puces modernes sont de plus en plus puissantes, et nécessitent donc une alimentation à la hauteur. Comme vous le savez, des densités de courant plus élevées signifient des températures élevées. Des densités de courant élevées sur vos pistes dissiperont plus d'énergie sous forme de chaleur dans votre circuit imprimé. Si vos pistes sont trop fines, des températures élevées peuvent les endommager. Souvent, nous nous concentrons sur le traitement des symptômes en améliorant l’agencement ou en concevant des systèmes de refroidissement passifs. Bien que la dissipation de la chaleur exige toute votre attention, la réduction des densités de courant élevées peut vous aider à traiter le problème à sa source. De nombreux simulateurs peuvent vous donner une idée des endroits où le courant est trop élevé, mais ce logiciel est trop souvent séparé et difficile à comprendre. Votre travail sera beaucoup plus facile si votre alimentation CC est intégrée dans votre programme, et peut mettre visuellement en évidence les points de tension excessive sur votre carte. Vous pourrez alors corriger les problèmes plus facilement.

Chutes de tension : La chute de tension est évidemment la cousine des fortes densités de courant. Si une puce gourmande en énergie déclenche un pic de courant imprévu et que ses pistes ne sont pas assez larges, une sévère chute de tension peut intervenir. Non seulement vous devez envisager d’intégrer plusieurs puces, et dans de nombreux circuits intégrés modernes, il est possible d’utiliser plusieurs rails d'alimentation. Ces différents systèmes d’alimentation peuvent interférer les uns avec les autres et provoquer des chutes de tension couplées. Une chute insignifiante de quelques millivolts sur l'une d'entre elles peut causer de gros problèmes sur une autre puce connectée, gourmande en énergie. Cela peut exiger une réinitialisation de la puce, un changement d'état, ou même une mise hors tension. Les solutions pour les chutes de tension sont simples, raccourcir ou élargir les pistes ou les deux. Cependant, identifier les problèmes pour les résoudre peut être le plus difficile. Là encore, une alimentation CC (chute IR) qui met visuellement en évidence les chutes de tension peut vous aider à décider plus facilement quelles pistes doivent être élargies ou réorganisées.

Bien qu'il soit utile de diagnostiquer votre réseau d'alimentation CC pour identifier ces problèmes, faire des allers-retours entre l'interface et votre conception peut devenir un vrai casse-tête. Je recommande d'utiliser un analyseur d’alimentation CC intégré, aussi connu sous le nom d'outil d'analyse du réseau de distribution d'électricité (réseau PDN). Le fait de disposer d'un outil d'analyse PDN vous aidera à identifier et à résoudre ces problèmes plus rapidement qu'avec une analyse d’alimentation CC externe.

Intégration CAO-M et modélisation 3D

On perd souvent beaucoup de temps pendant les étapes de modélisation 3D et de vérification des espacements pendant le processus de conception. Si vous concevez un CI flex-rigide, vous pouvez demander un modèle en papier pliable pour vous assurer que tout s'adapte correctement. Si ce n'est pas le cas, vous devrez en obtenir un autre, ce qui peut prendre des jours ou des semaines et tout retarder. Même si vous concevez des cartes traditionnelles, vous devez vous assurer que tout rentre dans le boîtier, et il peut être difficile de communiquer avec l'ingénieur mécanique responsable de la modélisation. Certains outils peuvent désormais générer des modèles 3D de cartes et de composants, effectuer des contrôles des espacements dans les boîtier et même simuler des pliages pour les circuits flex-rigides. Ces outils peuvent vous aider à effectuer plus rapidement vos révisions lorsque le boîtier doit être modifié. Ils vous permettent de gérer directement la vérification des espacements dans la vue Conception.

Quelles sont les fonctions de ces outils ?

Vérification des espacements On dit que le changement est notre seule certitude, et c’est aussi vrai pour le processus d’agencement des PCB. Il vous est peut-être arrivé de concevoir une carte et d’avoir commandé un prototype lorsque vous découvrez soudainement que la forme du boîtier a été remodelée. Ensuite, vous devez refaire votre circuit imprimé et vérifier avec l'ingénieur en mécanique qu'il s'adapte bien dans la nouvelle forme. Et soudain, quelqu’un vous informe que le boîtier a été à nouveau modifié. Grâce à un logiciel de conception de PCB capable de générer un modèle de votre circuit et d’importer des modèles de boîtier pour contrôler les espacements, ce travail d’adaptation ne vous réservera que des désagréments mineurs, sans aucun de ces bons vieux casse-têtes.

Flex-rigide : Les cartes flex-rigides sont un héritage de l'industrie aérospatiale et sont maintenant utilisées partout. Si vous concevez une carte flex-rigide, le contrôle des espacements prend soudain une toute autre dimension. Il faut maintenant s'assurer que tout se monte correctement sans perturber les éléments ou toucher le boîtier. Il est également important que les pièces se positionnent dans les tolérances spécifiées, sinon à long terme elles risquent de se casser. La qualité d'une intégration CAO-M véritablement excellente est prouvée lorsqu’elle vous apporte un programme capable de générer un modèle flex-rigide et de le simuler.

Modèles STEP : Avec la 3D, le contrôle des espacements ne sera pas votre seule préoccupation. Parfois, générer et placer des modèles STEP peut aussi être un casse-tête. Souvent, nous devons construire à la fois une empreinte et un modèle pour certains composants. Cependant, certains programmes vous permettent de définir une empreinte et de générer le modèle STEP sur cette base. Deux étapes n’ont font plus qu’une, ce qui vous donne une vraie efficacité. Ensuite, les modèles de composants doivent être placés. Je ne peux pas vous dire combien de fois j'ai été frustré en essayant d'utiliser des coordonnées pour placer un composant exactement au bon endroit, et que je l’ai retrouvé en saillie par rapport à un autre composant. Le placement intelligent et intuitif des composants signifie ne pas avoir à saisir les coordonnées exactes des composants. La fonction glisser-déposer avec alignement automatique vous fera gagner plus de temps.

Création d’une nouvelle conception : Si vous avez déjà souhaité avoir un bon savoir-faire en matière de modélisation 3D pour commencer vos propres conceptions, ce type de logiciel peut vous aider. De nombreuses exigences relatives aux PCB sont déterminées par la forme mécanique et la taille de la carte. Avec les outils de modélisation, vous pouvez expérimenter des contours de carte, des emplacements de trous de montage, des placements des blindages et des découpes physiques très variés. Vous pourrez alors vous occuper des aspects électriques et mécaniques de votre carte.

Routage interactif

Le routage des pistes est un art que nous avons tenté d’intégrer dans les machines grâce au routage automatique. Il n'est donc pas surprenant que cela n'ait pas très bien fonctionné. Cependant, certaines entreprises proposent aujourd'hui de nouvelles fonctions de routage automatique interactif qui permettent de réduire les temps de routage de plusieurs heures sans entraver votre créativité.

Le routage est extrêmement important, notamment en ce qui concerne les interférences électromagnétiques et les pistes à haut débit. Ce n'est pas parce que les contraintes électriques et de temps vous obligent à limiter la longueur des pistes et à les empêcher de faire des méandres, qu’elles doivent être laides. Votre routage peut être aussi personnel que votre signature ; une machine peut faire le travail, mais elle ne laissera pas votre marque. Cela dit, on aura toujours besoin de solutions pour accélérer le routage des sections les plus fastidieuses, telles que les grandes matrices à billes (BGA). Un bon routeur guidé optimisera vos routes d'échappement avec des résultats de type manuel, et vous permettra de les modifier selon les besoins. Il est important que les routeurs respectent les règles de conception et les priorités définies. Votre outil  ne doit jamais ignorer les espacements nécessaires au routage d’un puce à haut débit.

La technologie de routage auto-interactif peut éliminer des heures de travail, et réduire le routage d’un bus à quelques minutes seulement. Les meilleures solutions de routage interactif automatique permettent au routeur de guider le parcours, d'effectuer un routage sur plusieurs couches, de régler automatiquement la longueur et la phase, de changer automatiquement les broches, en 3D, tout en respectant vos règles de conception. Ce type d'outil peut vous apporter la puissance d'un logiciel EDA haut de gamme à une fraction du coût.

Differential pair on a PCB

Outil PCB : Un routeur peut vous aider à optimiser les pistes tout en préservant votre conception personnelle.

Conception de système multicarte

Nous pouvons affirmer aujourd’hui que l'électronique n’a jamais été aussi simple. Les produits modernes exigent une intégration électronique unique, facilement extensible, plus facile à entretenir et plus fiable. Autant d'exigences qui se prêtent bien à la conception multi-carte. L'utilisation accrue des conceptions multi-cartes en est la preuve évidente. La conception des PCB multi-cartes peut être extrêmement complexe, avec une foule de nouveaux défis mécaniques et électriques. Vous devez résoudre les problèmes d’espacement physique sur plusieurs cartes différentes, réfléchir aux règles électriques de chaque PCB, et leurs interconnexions, et à toutes les modifications éventuelles de la conception. Heureusement pour nous, des outils simplifient les conceptions multi-cartes.

Quelles sont les fonctions de ces outils ?

Intégration CAO-M au niveau du système et modélisation 3D J'ai déjà parlé des avantages de l'intégration de la CAO-M dans votre logiciel de conception de PCB. Imaginez à quel point cela peut être utile, puis multipliez cela par le nombre de cartes que vous utilisez. Le contrôle des espacements en 3D sur plusieurs cartes hétérogènes est un cauchemar. Vous devez vérifier que tous les composants sont correctement espacés sur chaque CI, et que tous les CI fonctionnent bien ensemble et qu’ils sont correctement installés dans leur boîtier. En tant qu'ingénieur électricien, vos premières réflexions ne s’orienteront peut-être pas sur les problèmes de montage mécanique. Cependant, ce facteur est important et doit être vérifié. Si les cartes ne s'accouplent pas correctement à l'intérieur du boîtier, des modifications mécaniques des circuits imprimés ou du boîtier, ou des deux peuvent être nécessaires. Même si la modification mécanique est mineure, de petits changements de forme ou de disposition peuvent exiger des remaniements électriques importants. Les fonctions de ces nouveaux outils vous permettront de produire des modèles et de faire des contrôles d’espacement sur un assemblage entier pendant la conception. De cette façon, vous n'aurez pas à repenser tout l’assemblage, seulement parce que quelque chose ne s'emboîte pas correctement.

Contrôles des règles électriques En parlant de contrôle des assemblages, les fonctions multi-cartes pourront effectuer un contrôle des règles électriques sur l'ensemble des cartes. Supposons qu'en raison de circonstances imprévues, vous êtes obligé d'échanger des broches de connexion sur une carte fille. Cette vérification des règles mettra en évidence le changement requis et peut même propager l'échange sur la carte mère. Ce qui, autrefois, aurait pu signifier une journée entière passée à vérifier des pistes ou à remanier une conception problématique est aujourd’hui rapidement résolu. En fait, ce nouveau logiciel EDA mettra ce type d’erreur en évidence pendant la vérification des règles électriques sur l'assemblage.

Gestion de la chaîne d'approvisionnement

Nous sommes des concepteurs, pas des hommes d'affaires. Par conséquent, la gestion de la chaîne d'approvisionnement est souvent un aspect indésirable du travail de conception des PCB. C'est pourquoi les outils de gestion de la chaîne d'approvisionnement deviennent très utiles. Ils peuvent vérifier la nomenclature pour être certain que tous les composants souhaités sont encore disponibles et même en suggérer de nouveaux selon les besoins. Ils peuvent aussi vous aider à trouver des solutions de remplacement pour d’anciens modèles que vous souhaitez améliorer. Ce type d'outil vous aidera à interagir avec votre fabricant, qui n’aime jamais attendre que vous trouviez de nouveaux fournisseurs.

De nombreux concepteurs ont constaté qu’il est souvent judicieux d’avoir votre propre source de composants. Cependant, la gestion des bibliothèques de composants et des chaînes d'approvisionnement est une tâche fastidieuse que la plupart des concepteurs préfèreraient ne pas avoir à faire. Alors pourquoi ne pas vous procurer un outil qui le fera pour vous ? Il existe de nombreux outils qui peuvent faciliter votre gestion de la chaîne d'approvisionnement. Pour ce faire, ils tiennent à jour des bibliothèques de composants et communiquent avec les fournisseurs pour savoir qui a quoi en stock. Ainsi, lorsque vous êtes prêt à commander une autre série de cartes, vous ne découvrirez pas par surprise que le CI utilisé la dernière fois est maintenant obsolète. Votre logiciel de gestion de la chaîne d'approvisionnement peut vous informer à l'avance que tel ou tel CI n’est plus disponible et peut même vous suggérer un remplacement. Ce genre de programme vous indique aussi les composants que vous avez utilisés dans vos précédentes conceptions. Par exemple, vous avez un superbe PCB, que vous avez utilisé il y a trois ans, et vous voulez maintenant l’améliorer ou l’adapter pour un nouveau produit. Mais vous ne voulez sûrement pas passer votre temps à identifier un à un tous les changements de composants et rechercher ceux que vous devriez utiliser maintenant. Ce logiciel le fera pour vous.

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Parmi les outils de PCB utiles,  les logiciels de gestion de la chaîne d'approvisionnement vous aideront à vous concentrer sur la conception plutôt que sur les bibliothèques.

Conception unifiée

Ce n’est pas un outil, mais la conception unifiée devrait faire partie de chaque outil que vous utilisez. Avec la CU, tous les outils sont intégrés dans votre programme principal. Si vos outils de PCB doivent vraiment accélérer votre processus de conception, ils doivent être prêts, au bout de vos doigts, chaque fois que vous en avez besoin.

Un des meilleurs logiciels de conception de PCB réunit tous ces outils et d'autres encore, et sont intégrés dès le début. Altium Designer® les réunit tous : analyses, intégration CAO-M, routage, support pour système multicarte, gestion de la chaîne d’approvisionnement, et bien plus encore. Tous ces outils sont disponibles sur l'interface principale, ce qui les rend faciles d'accès. Altium comble le fossé technologique en mettant des solutions avancées entre vos mains pour une bouchée de pain. Profitez de ces outils de PCB dès aujourd'hui et améliorez votre efficacité et vos conceptions.

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Outils de conception de circuits imprimés pour la conception électronique et DFM. Informations pour les dirigeants de l'AED.

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