Pourquoi l'analyse du réseau d'alimentation est essentielle dans la conception de circuits imprimés efficaces

Une fois, j'avais bêtement décidé de me mettre à la menuiserie. Je me suis dit que je commencerais par quelque chose de facile, comme un fauteuil à bascule. Grâce à mes faibles connaissances en matière de structures, j'ai réussi à fabriquer un fauteuil qui s'est effondré à peine je me suis assis dessus. Les tutoriels de YouTube que j'avais visionnés ne m'avaient pas dit que le fauteuil pouvait s'écrouler. C'est donc, en règle générale, une bonne idée de demander à un expert qu'il vérifie votre création avant de la tester concrètement. La conception de circuits imprimés n'échappe pas à cette règle. Vous êtes sûrement un très bon concepteur, mais j'imagine que vous ne maîtrisez pas totalement le domaine des alimentations. Avec un logiciel PDN d'analyse des alimentations vous disposez de toutes les connaissances d'un professionnel directement sur votre ordinateur. Un bon logiciel PDN d'analyse des alimentations vous aidera à identifier les densités de courant, les problèmes éventuels de température et les chutes de tension, avant de payer pour un prototype qui prend feu.

Densité de courant et température

Pour choisir la largeur des supports de mon fauteuil à bascule, j'ai utilisé la bonne vieille méthode du « pifomètre ». Il se trouve que cette méthode n'est pas celle qui vous protègera d'une chute. Il en va de même pour la création de pistes sur vos circuits imprimés. Choisissez une largeur qui vous paraît bien à vue d'œil, qu'est-ce qui pourrait bien arriver ? Votre carte pourrait brûler. Des plans d'alimentation qui ressemblent à du gruyère et des vias surchargés pourraient entraîner des densités de courant et des températures plus élevées. Les circuits intégrés gourmands en énergie pourraient aussi provoquer la surchauffe de votre circuit imprimé.

Les plans d'alimentation : Il faut essayer de ne jamais surcharger la conception de vos produits, mais les cuivres, tout le monde s'en fiche. La seule raison pour laquelle vous pourriez avoir des ennuis c'est si vous intégrez trop de plans d'alimentation. Cela dit, au fur et à mesure que les cartes deviennent plus petites, les plans d'alimentation aussi, ou alors leurs formes deviennent plus étranges. Des plans d'alimentation plus serrés peuvent entraîner des goulots d'étranglement avec des densités de courant excessives.

Vias : Les vias sont aussi sources de problème. En passant du temps à concevoir vos  vias pour moins d'interférences électromagnétiques vous oubliez peut-être de penser au lien qui existe entre les vias et le courant. En effet, par les vias passe le courant et cela peut être un goulot d'étranglement. N'oubliez pas que des densités de courant élevées entraînent des températures élevées, parfois suffisamment chaudes pour faire fondre vos pistes.

Circuit Intégré : À force de trop manger, vous pourriez excéder le poids que peut supporter un fauteuil . Les nouveaux CI sont de gros consommateurs de courant et peuvent dépasser la limite des pistes. L'électronique moderne requiert de plus en plus de CI plus rapides, qui consomment plus. Ce n'est qu'en voyant la fumée s'échapper de votre prototype que vous commencerez à penser au courant utilisé par ces CI.

Un bon outil d'analyse du réseau d'alimentation vous permet de vérifier vos densités de courant pendant la phase de conception. De nombreux outils affichent les zones de votre carte où il y a une densité de courant élevée. Ces outils ne vous donnent peut-être pas de températures exactes, mais la chaleur de votre circuit imprimé est directement liée au courant. Vous pouvez donc faire d'une pierre deux coups, et voir les endroits où le courant et la température de votre circuit sont élevés. Ensuite, vous n'avez plus qu'à ajouter suffisamment de cuivre pour atténuer les deux problèmes.

Chutes de tension

Tout ingénieur électronique connaît l'équation « U=R x I ». Selon la légende, si vous la répétez un certain nombre de fois, Benjamin Franklin (le père des expériences électriques et des fauteuils à bascule) apparaîtra. Il est important de se la répéter pour la création de nœuds qui permettront de limiter les chutes de tension(volts). De nombreuses puces actuelles non seulement consomment énormément de courant, mais aussi fonctionnent sur des tensions moins élevées. Si vous travaillez avec un CI en 6 V, vous n'allez pas trop vous préoccuper d'une chute de tension. En revanche, si vos CI fonctionnent en 2 V, toute chute de tension devient un problème. Vous devrez revoir votre stratégie de conception afin de diminuer autant que possible les chutes de tension.

Quel est donc le meilleur moyen de réduire les chutes de tension ? Bien évidemment, on le sait rien qu'en lisant ce mot. Vous devez diminuer le courant ou la résistance, ou les deux. Le meilleur moyen de diminuer la résistance dans les conducteurs est de les élargir. Plus de métal est synonyme de moindre densité de courant et de moins de chute de tension. Pour diminuer la résistance, vous devez raccourcir vos traces. Moins de métal signifie moins de résistance. Malheureusement, ces deux conseils sont contradictoires. Pour réduire le courant il faut ajouter du cuivre, pour réduire la résistance il faut supprimer du cuivre. Heureusement, un outil d'analyse du réseau d'alimentation peut vous aider à choisir la technique adaptée. Cet outil devrait vous permettre de visualiser les chutes de tension sur votre carte. En fonction du placement sur la carte, vous choisirez la manière de limiter la chute de tension. Par exemple, si vous avez une trace courte et fine avec un problème de chute de tension, vous pourriez décider d'élargir la trace. Si vous avez une trace longue avec une chute trop forte, vous pourriez déplacer quelques composants pour la raccourcir.

Je pensais que de construire une chaise serait facile, mais j'avais tort. L'idée d'analyser le réseau de d'alimentation PDN est simple, mais les calculs pour arriver à trouver des solutions sont complexes. Plutôt que d'ignorer les problèmes de distribution d'alimentation et d'utiliser des prototypes itératifs « à tâtons », faites appel à un simulateur. Un outil PDN d'analyse du réseau d'alimentation fait les calculs à votre place et vous montre où se trouvent les problèmes potentiels. Vous pouvez ensuite être sûr que tout ne va pas s'effondrer au moment de tester votre prototype.

Je parle d'un « bon » et d'un « excellent » PDN outil d'analyse du réseau de d'alimentation pour une raison très simple. Il existe des outils de simulation qui ne vous donnent que des formes d'ondes complexes, sources de maux de tête. Les outils de circuits imprimés sont inutiles à moins de pouvoir les maîtriser. L'outil PDN d'analyse du réseau d'alimentation d'Altium utilise des interfaces visuelles pour vous aider à localiser la densité du courant et les problèmes de chutes de tension sur votre carte. Sauvez vos prototypes d'une mort explosive et utilisez-le.

Vous avez d'autres questions concernant l'analyse PDN du réseau de d'alimentation ? Contactez un expert d'Altium.