Conception de circuit imprimé : ce qu'il faut absolument savoir

Imaginez : vous venez d'installer votre nouveau logiciel de conception de circuits imprimés et votre premier projet de routage vous tend les bras. Mais par où commencer ? Si la création de schémas et la sélection des composants de base n'ont plus de secrets pour la majorité des ingénieurs, le processus de routage d'un circuit imprimé à de quoi effrayer n'importe quel novice. Les logiciels de conception de circuits imprimés incluent de nombreux outils et suivent un processus bien défini. Certaines connaissances de base sont donc indispensables pour vous y retrouver.

Dans cet article, je vais vous présenter quelques principes de base que tout nouveau concepteur doit connaître pour mener à bien la conception de circuits imprimés. Certains de ces points peuvent remettre en question la vision conventionnelle de la construction des circuits imprimés, mais ils devraient vous aider à trouver le juste équilibre entre signaux à faible bruit, fabrication et résolution des erreurs.

Conception de circuit imprimé : les bases pour vous lancer

Le processus de conception d'un circuit imprimé suit un flux de travail standard, que tout nouveau concepteur se doit de maîtriser. En matière de conception de PCB, ce processus consiste à réaliser le routage d'un circuit physique à partir du projet de l'ingénieur, puis à préparer sa fabrication.

Comprendre le processus de conception d'un circuit imprimé

Il est préférable de prendre le temps de vous familiariser brièvement avec le processus standard avant de continuer. Le processus de conception comporte les étapes suivantes :

1. Sélectionner les principaux composants en stock et disponibles auprès des principaux distributeurs
2. Créer et réviser les schémas en fonction des exigences techniques
3. Créer un circuit imprimé vierge, définir l'empilage et spécifier les règles de conception
4. Importer les données des composants des schémas dans le nouveau projet de circuit imprimé
5. Placer les composants et vérifier leur placement pour garantir la conformité aux exigences techniques
6. Router les pistes et connexions entre les composants
7. Finaliser le projet et effectuer un dernier examen de la conception
8. Préparer les sorties de conception et les envoyer pour la fabrication

Une fois que vous avez une vision claire du processus de conception dans son ensemble, consultez le lien ci-dessous pour en savoir plus sur son déroulement et les différentes tâches que chaque concepteur doit effectuer pour finaliser une nouvelle carte de circuit imprimé.

• En savoir plus sur le processus de conception standard des circuits imprimés

Synchronisation des schémas et du routage

Si vous débutez en tant que concepteur de circuits imprimés, vous créerez probablement vos propres schémas. Dans ce cas, n'oubliez pas que toute modification apportée à la conception doit être répercutée sur les schémas lors du placement. Cela inclut notamment les modifications suivantes :

• Ajout, suppression ou modification d'un composant
• Ajout, suppression ou modification d'un signal
• Regroupement de signaux en objets « Classe de signaux »
• Modification des paramètres d'un composant (référence, informations sur le fournisseur, etc.)
• Application de toute nouvelle règle ou directive électrique aux objets de vos schémas

Une fois les modifications apportées, ces dernières doivent être appliquées au routage. Pour ce faire, votre logiciel de conception doit disposer d'une fonction d'importation qui garantit la synchronisation du contenu de votre conception et assure que le moteur de règles de conception puisse lire correctement vos données.

Processus de fabrication de circuit imprimé : ce que vous devez savoir

Toute conception amenée à donner lieu à un produit physique doit être manufacturable à grande échelle. Votre logiciel de CAO électronique vous permettra d'intégrer tous les éléments imaginables à votre projet. Toutefois, vos décisions de conception doivent rester conformes aux processus standard. Un concepteur doit donc connaître les limites de ce qui peut être fabriqué.

Les concepteurs de circuits imprimés doivent ainsi être familiarisés avec les procédés de fabrication pour favoriser la bonne fabrication de leurs projets. Cela consiste notamment à intégrer un ensemble important de pratiques à votre processus de conception : c'est ce qu'on appelle la conception pour la fabrication (DFM). Assurez-vous aussi de connaître les principales erreurs qui peuvent mettre en péril la fabrication, afin d'éviter toute correction ultérieure.

• En savoir plus sur la conception pour la fabrication

Les règles de conception, un facteur essentiel

Cette connaissance du processus de fabrication et des capacités standard proposées par les fabricants vous aidera aussi à comprendre certaines des limites imposées par les règles de conception. La plupart des problèmes de DFM sont liés à la taille des éléments en cuivre du PCB ou à leur espacement. Les règles de conception programmées par défaut dans les logiciels de conception sont généralement un peu conservatrices, et vous devrez donc savoir dans quelle mesure vous pouvez les enfreindre.

Prenons l'exemple de l'empreinte ci-dessous. Les pastilles sont espacées d'environ 9 mils, mais une erreur de règle de conception (en vert) apparaît lorsque le composant est transféré vers le projet de circuit imprimé. Nous pouvons raisonnablement enfreindre cette règle et réduire cette limite, car la plupart des fabricants exigeront un espacement minimum d'environ 5 mils. Assurez-vous toutefois de vérifier les espacements exigés par votre fabricant avant de modifier ces règles.

Utilisez un plan de masse

Chaque circuit imprimé doit disposer d'une mise à la masse claire afin que tous les composants de la conception forment des circuits complets et que l'alimentation électrique soit fournie de bout en bout. La connexion à la masse peut se faire avec une batterie sur la carte ou une alimentation externe. Quelle que soit la façon dont cette connexion est établie, elle devra alimenter tous les autres composants du circuit. Sachez toutefois que la méthode la plus simple consiste à utiliser un plan de masse : l'une des couches du circuit imprimé est alors utilisée pour la masse et intégralement recouverte d'une grande feuille de cuivre.

Je suis toujours surpris par le nombre de nouveaux concepteurs qui hésitent à placer un plan de masse dans leur empilage de circuits imprimés. De nombreux problèmes de bruit qui affectent les signaux numériques et analogiques sont en réalité liés à l'absence d'un plan de masse dans l'appareil. Dans les circuits imprimés modernes, il est ainsi recommandé d'utiliser un plan de masse plein sur l'ensemble de votre appareil. Il existe quelques exceptions où des plans partagés ou une masse en étoile seront plus appropriés, mais ces approches ne conviennent pas à la grande majorité des conceptions numériques et analogiques.

• En savoir plus sur la mise à la terre de votre circuit imprimé

Finalisez le placement avant le routage

Une fois vos données de schéma importées dans votre nouveau projet, vous devrez placer les composants sur la carte. À ce stade de la conception, votre objectif est de placer les composants de façon à assurer la solvabilité et à faciliter le routage. Par conséquent, il est préférable de ne pas commencer le routage avant que l'ensemble des composants ne soient placés et que le placement soit approuvé. Si vous effectuez le routage avant que tous les composants ne soient placés, il est inévitable que vous deviez modifier le routage. Avant de router quoi que ce soit, essayez de placer vos composants de manière à éviter tout croisement de signaux.

Une fois le placement des composants achevés, vous pouvez passer au routage. Si vous avez suivi les conseils ci-dessus et vérifié vos règles de conception avant de commencer à placer vos composants, cette étape devrait se passer à merveille.

Voici les trois conditions d'un routage «réussi » :

• Minimiser le besoin d'ajouter de nouvelles couches de signaux pour router tous vos signaux
• Minimiser les transitions entre les couches dans la mesure du possible
• Minimiser le bruit, grâce à l'utilisation d'un plan de masse dans l'empilage
• Favoriser des pistes courtes et directes

Cette liste de directives n'est pas exhaustive, mais elle s'applique aux pistes transportant la plupart des signaux de votre circuit imprimé. Les conceptions à haute vitesse, à basse vitesse, analogiques à basse fréquence et RF respectent toutes ces pratiques de routage, alors habituez-vous à les mettre en œuvre.

• En savoir plus sur le routage de votre circuit imprimé

N'oubliez pas : votre objectif est la fabrication !

Tout est routé et finalisé ? Parfait, mais votre travail ne s'arrête pas là. En tant que concepteur, vous devez créer des fichiers de fabrication à partir du routage du circuit imprimé. Votre logiciel de conception comprend des outils pour créer automatiquement ces fichiers de sortie. Vérifiez toutefois que les paramètres de l'exportateur ont été correctement définis et prenez le temps de passer en revue vos sorties avant de les transmettre à votre fabricant.

• En savoir plus sur les fichiers de sortie de conception et la fabrication

Que se passe-t-il ensuite ?

Félicitations ! La phase de conception est terminée et c'est parti pour la fabrication. Votre fabricant va maintenant examiner votre conception pour s'assurer qu'elle est conforme à ses capacités de traitement. Si tout se passe bien, votre carte sera bientôt fabriquée et assemblée.

Une fois que vous maîtrisez les bases de la conception de PCB, testez l'ensemble complet de fonctionnalités de conception et de routage de circuits imprimés inclus dans Altium Designer®. Lorsque vous avez terminé votre conception et que vous est prêt à transmettre des fichiers à votre fabricant, la plateforme Altium 365™ vous permet de collaborer et de partager vos projets en toute simplicité. Vous pouvez également effectuer une révision complète de la conception afin de garantir un rendement et une qualité élevés lors de la fabrication.

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