Conception de PCB et logiciel CAO : Connaître ce qui régit vos conceptions

De temps à autre, l'expression « règle de droit » devient partie intégrante des conversations sur la manière dont les pays se gouvernent. Remontant jusqu'à la Magna Carta du 13e siècle, la « règle de droit » parle du développement de sociétés pacifiques et équitables — et de la nécessité des droits humains fondamentaux. Les individus vivant sous la « règle de droit » jouissent

• de l'égalité devant la loi
• de la transparence de la loi
• d'une justice indépendante et
• d'un accès aux recours juridiques.

Sans règles pour la gouvernance, nous assisterions à un manque de cohérence menant au chaos. Il en va de même pour la conception de PCB. Sans une base solide de règles électriques et de conception, la frénésie des signaux numériques et analogiques opérant à différentes fréquences deviendrait du bruit. Un monde rempli de circuits bruyants semblerait peu plaisant lorsque les lave-vaisselle intelligents dans 9 foyers sur 10 émettent des signaux détectés par des satellites espions.

Lorsque nous utilisons des logiciels de CAO pour concevoir des PCB, des règles électriques régissent le processus de disposition de la carte. Par exemple, après avoir placé vos composants, vous devrez router l'alimentation, la masse et les pistes de signal de manière à ce que les pistes correspondent au schéma et pour s'assurer que la conception respecte l'intégrité du signal, les règles de conception RF et CEM.

Il y a de l'électricité dans l'air

Bien qu'il existe certaines règles qui sont évidentes partout, il se peut qu'elles ne soient pas aussi applicables à vos conceptions de PCB pour suivre une limite de vitesse pendant que vous êtes debout autour de votre ordinateur. Les règles électriques communes pour les PCB incluent :

• Dégagement
• Courts-circuits
• Réseau non routé
• Broche non connectée
• Polygone non versé

Dégagement : Sans la distance correcte entre les pistes de PCB, un amorçage peut se produire. Le dégagement définit la quantité minimale de dégagement autorisée entre deux objets sur une couche de cuivre. Aux États-Unis, la norme UL 60950-1 fournit l'espacement minimal autorisé pour les PCB pour les équipements informatiques alimentés par batterie et par courant alternatif. Les tableaux dans la documentation standard spécifient les distances de dégagement pour les pistes en termes de tension de travail, de degré de pollution, du groupe de matériaux du PCB, et du revêtement.

Circuits Courts : Augmenter la densité de composants pour un design de PCB crée un environnement propice à un court-circuit. Souvent, les conceptions tentent de contrer les problèmes de densité en utilisant des pads de composants plus petits. Cependant, la faible distance entre les pads plus petits peut permettre la formation de ponts de soudure. L'utilisation de pads plus petits conduit également à des problèmes de routage des pistes qui, à leur tour, encombrent les connexions et affectent les joints de soudure. L'une ou l'autre de ces conditions peut créer un environnement pour un court-circuit.

Il existe un certain nombre de lois importantes que la tension et le courant doivent respecter.

Net non routé : Après avoir créé le contour du circuit imprimé, le processus de conception du PCB passe à la mise en place des composants et à la configuration des empreintes pour les dispositifs de conception. Les broches de chaque composant placé doivent être connectées avant que nous puissions considérer la conception comme complète. Nos outils de conception de PCB représentent chaque connexion entre les composants par un fil.

Un réseau inclut toute la chaîne de points, de plages de composants et de vias du premier point source au dernier point source. Différents réseaux ont des largeurs variables en raison du besoin de transporter différentes quantités de courant.

Le réseau sert de guide de conception qui nous indique que deux broches doivent être connectées. Une fois le réseau établi, l'étape suivante de la conception de la carte implique le routage des connexions de réseau entre les composants. Le processus de routage convertit les connexions de réseau en pistes de cuivre qui connectent physiquement les composants dans le prototype de PCB.

Un réseau routé a tous les pads des composants connectés par des pistes, des arcs, des pads, des vias et des polygones. Un réseau non routé représente des connexions mauvaises, de mauvaise qualité ou incomplètes au sein du réseau. Une piste qui touche seulement légèrement un via causera une erreur de réseau non routé.

Broche non connectée : La règle de la broche non connectée ajoute une redondance à la vérification globale des connexions mauvaises ou incomplètes. Une broche non connectée n'a pas de réseau assigné ni de pistes connectées. Lors de la conception de votre PCB, vérifiez les broches non connectées au niveau schématique. Si la conception laisse intentionnellement la broche non connectée, marquez la broche comme « No ERC ».

Polygone non versé : Le remplissage de polygone équilibre symétriquement la distribution de cuivre sur les PCB multicouches. En conséquence, la carte devient moins sujette à la déformation, au gauchissement et à la torsion pendant le processus de fabrication. Un bon équilibre de cuivre a des traces uniformément distribuées dans chaque couche à travers le PCB. Remplir les zones ouvertes avec du cuivre contrebalance le cuivre dans la couche opposée et fournit de la symétrie.

Lorsque la distribution du cuivre devient asymétrique, les charges thermiques causées par le nivellement à l'air chaud, le soudage à la vague ou le développement de chaleur dans le reflow peuvent provoquer la déformation de la PCB. Une carte bombée se déforme de manière sphérique avec les quatre coins de la carte dans un seul plan. Les cartes tordues se déforment en diagonale et provoquent le déplacement d'un des coins de la PCB en dehors du plan des trois autres coins.

Assurez-vous d'avoir une symétrie appropriée et nécessaire pour répondre aux exigences de conception

Les vérifications des règles électriques rassemblent tout

Le logiciel de CAO pour PCB utilise une vérification des règles électriques (ERC) pour vérifier l'exactitude du schéma et pour s'assurer que votre conception respecte toutes les contraintes établies. Détecter une violation de règle au niveau du schéma vous permet de corriger l'erreur avant que le processus ne passe du schéma à la disposition de la carte. Par exemple, la vérification de règle électrique pour les courts-circuits teste un court entre des objets situés sur les couches de signal et de plan.

Avec un logiciel de CAO pour PCB performant, vous pouvez avoir la flexibilité d'associer le niveau de rapport d'ERC avec des bus, des symboles de code, des composants, des harnais, des réseaux et des paramètres. Grâce à cette flexibilité, vous pouvez vérifier les largeurs d'espacement, les largeurs de trace et le routage de chaque signal. Pour ces capacités logicielles, regardez Altium Designer.

Si vous souhaitez discuter davantage des règles de conception et des meilleures pratiques, parlez à un expert chez Altium dès aujourd'hui.