Embed Size (px)
Citation preview
S2 – Projet de session Système de reconnaissance de commandes
sonores pour un logiciel
Atelier sur la conception de circuit
imprimé sur Altium de la carte PSA
Session 2
Département de génie électrique et de génie informatique
Faculté de génie
Université de Sherbrooke
2
Note : En vue d’alléger le texte, le masculin est utilisé pour désigner les femmes et les hommes.
Document Conception_PCB_Altium_PSA.docx
Version 23 janvier 2013
Selon une documentation de Bruno Gagnon et Pierre L. Langlois
Modifié par Rémi Pelletier
Certains paragraphes ont été rédigés par Sylvain Lauzier
Certains paragraphes ont été rédigés par Michaël Vachon et David Brodeur
Copyright © 2013, Département de génie électrique et de génie informatique, Université de Sherbrooke
3
Table des matières Introduction ..................................................................................................................................... 4
I Réalisation du schématique .......................................................................................................... 5
II EXEMPLE : Création d’une empreinte d’une pièce conventionnelle avec l’assistant ................. 18
III Exemple de création d’une empreinte sur mesure ................................................................... 21
IV Bilan du premier atelier ............................................................................................................ 32
V Réalisation du circuit imprimé ................................................................................................... 33
Section 1 : Placement des pièces .............................................................................................. 33
Section 2 : Routage avec plan de masse ................................................................................... 40
Section 3 : Génération des Gerber et NC-Drill et visualisation du design ................................. 45
VI Bilan du deuxième atelier ......................................................................................................... 47
VII Les impératifs de votre PCB à vérifier ...................................................................................... 48
VIII Erreurs fréquentes et trucs : ................................................................................................... 48
IX Grille de vérification du PCB ...................................................................................................... 50
Annexe : Schéma électrique de la carte PSA ................................................................................. 51
4
Introduction À l’aide d’un exemple concret de circuit imprimé PCB (Printed Circuit Board), ce document
permet la familiarisation avec le logiciel Altium. Il énonce toutes les étapes permettant
l’achèvement d’un PCB réalisant la carte PSA (Prétraitement du Signal Analogique). Il est à noter
que ce document suppose que le lecteur a préalablement lu le document « Altium Designer
WorkFlow – D’une étincelle d’idée jusqu’aux gerbers » écrit par Serge Caron.
Ce document est à utiliser pour les 2 ateliers PCB du projet de S2.
• L’objectif du premier atelier est de réaliser le circuit électrique de la carte PSA. Vous
remarquerez qu’il manque volontairement des valeurs aux composants car c’est à vous
ultérieurement de les trouver. Pour la réalisation des ateliers, la valeur des composantes
n’est pas nécessaire. Aussi, ce premier atelier va vous permettre de créer vos propres
footprints des composants. Ce premier atelier consiste donc à réaliser les étapes
décrites de la page 5 à la page 32.
• L’objectif du deuxième atelier est de réaliser le PCB de la carte PSA, c'est-à-dire de
pouvoir fournir au fabricant les fichiers nécessaires afin qu’il puisse en faire le circuit
physique demandé. Ce deuxième atelier consiste donc à réaliser les étapes décrites de
la page 33 jusqu’à la page 47.
5
I Réalisation du schématique Le schématique du circuit de la carte PSA est présenté à la figure 1. En annexe, à la fin de ce
document, vous retrouverez le schéma en plus grand.
Figure 1 Schématique de la carte PSA
1. Créez un nouveau projet sur Altium pour réaliser un circuit imprimé (PCB) et
enregistrez-le dans un répertoire local (ex. « Q:Altium\ ») sous le nom de « carte_PSA »
comme montré ci-dessous :
J1
SJ1-3513N
J2
SJ1-3513N
2KR1
+5
C1
GND
GND
R3
GND
R2
R5
2
31
A
84
U1ALF353P
1KR4
GND
+12
-12
10uF/25V
C2
23
1 SW1
EG1213 5
67
B
84
U1BLF353PR6
+12
-12
R8
1KR7
GND
D1
Diode 1N4148
C10 R9
GND GND
R17
1234567891011121314151617181920
J3
Header 20H
TP1
Plug
TP2
Plug
LED 11
V-2
V+3
DIVIDER LOW4
SIGNAL IN5
DIVIDER HIGH6
REF OUT7
REF ADJ8
MODE SEL9
LED 1010
LED 911
LED 812
LED 713
LED 614
LED 515
LED 416
LED 317
LED 218
U3
LM3914N-1
R10
R11
GND
+12
GND
GND
1 23 45 67 89 1011 1213 1415 1617 1819 20
U4
Header 10X2
+12
10uF/25VC3
GND
+12
-12
+5
GND
TP4
Plug
+12
D2LED1
1KR12
2
31
A
84
U2ALM358P
5
67
B
84
U2BLM358P
R13
R14
+12
GND
GND GND
+12
GND
+12
GND
2.7KR15
1KR16
GND
TP3
Plug
Découplage des alimentations
0.1uF/63V
C4
0.1uF/63V
C5
0.1uF/63V
C6
0.1uF/63V
C8
+12
-12
Près de U3
Près de U1
Près de U1 Près de U2
GND
ENV
ENV
ENV
ENV
IS_VOICE
IS_VOICE
AUDIO_IN
AUDIO_IN
6
Figure 2 : Création d'un projet pour PCB
2. Ajoutez une feuille de type schématique à votre projet et enregistrez-la sous le nom
« carte_PSA ».
3. Modifiez la dimension de votre feuille de schématique pour la dimension letter.
7
4. Placez les jacks audio selon la librairie telle qu’indiquée ci-dessous (ATTENTION ce
footprint doit être fait à la main, voir exemple à la page 21)
Figure 3 : Schéma d'accès du jack audio
8
5. Ajoutez maintenant l’amplificateur opérationnel LF353P et nommez-le U1A. Consulter
la fiche technique pour connaitre le nombre de pins du boitier. Choisir la librairie telle qu’indiquée ci-dessous
Figure 4 : schéma d'accès de l’amplificateur opérationnel LF353P
9
1. Ajoutez le connecteur de sélection selon la librairie indiquée ci-dessous (ATTENTION ce
footprint doit être fait à la main, voir exemple à la page 21)
Figure 5 : Schéma d'accès du connecteur
10
2. Ajoutez maintenant le deuxième amplificateur opérationnel LF353P et nommez-le U1B. Vous pouvez faire un copier-coller du premier et ensuite modifier son nom en changeant le numéro de Part 2/2 comme indiqué sur la capture d’écran ci-dessous. Cela signifie que sur le même boitier électrique, on sélectionne le deuxième amplificateur opérationnel. D’un point de vue électrique, cela n’a aucune importance mais d’un point de vue du PCB, cela devient crucial.
Figure 6 : Capture d'écran montrant le numéro part 2/2 à positionner
11
3. Placez la diode 1N4148 selon la librairie indiquée ci-dessous.
Figure 7 : Schéma d'accès de la diode
12
4. Placez le connecteur 20 pins : SAMTEC SSW-120-02-T-S-RA – Connecteur femelle Right
Angle 20-pins – tel qu’indiqué ci-dessous
Figure 8 : Propriétés du Connecteur femelle
13
5. Placez les testpoint tels qu’indiqués ci-dessous
Figure 9 : Propriétés du "testpoint"
14
6. Placez le LM3914N tel qu’indiqué ci-dessous
Figure 10 : Propriétés du LM3914N
Remarque : NSC signifie National SemiConductor
15
7. Placez la matrice à 10 diodes représentée par un header 10x2 tel qu’indiqué ci-dessous
Figure 11 : Propriétés du header représentant la matrice à 10 diodes
16
8. Placez le LM358P. Comme il y a deux amplificateurs dans ce boitier, il faudra mettre les entrées du deuxième à la masse pour éviter toutes interférences. Comme précédent pour ce dernier, il faudra s’assurer de mettre U2B.
Figure 12 : Propriétés du LM358P
17
9. Placez la LED. Choisir la LED type 1 : LED1 en sélectionnant la librairie Miscellaneous
Devices.IntLib
10. Branchez les ports d’alimentations +12V, -12V et GND, ainsi que les ports entree et
sortie sur les broches appropriées du connecteur. Assurez-vous de configurer les ports entree et sortie adéquatement (I/O type).
11. Nommez les fils branchés aux ports entree et sortie (via Place Net Label) par le même nom que ces derniers tels qu’illustrés à la figure 1.
12. Ajoutez sur votre schématique les résistances et les condensateurs tout en conservant
les noms de la figure 1. Utilisez le boîtier AXIAL-0.3 pour les résistances et le boîtier RAD-0.3 pour les condensateurs non polarisés. Pour les capacités polarisées c’est le RB7.6-15. Éditez les valeurs de chacune des pièces selon la figure 1. On peut reconnaître par le nom de boîtier que les résistances sont de type axial et que l’espacement entre les broches (qui seront repliées à des angles droits lors du montage à insertion) est de 0.3 pouce ou 300 millièmes de pouce (1 mil = 1 millième de pouce).
13. Condensateur de découplage : Vous devez ajouter dans le schématique de votre design des condensateurs de découplage pour filtrer le bruit électrique et les autres fluctuations indésirables pouvant être présents sur les ports d'alimentation de votre futur circuit imprimé. Ces condensateurs sont branchés en parallèle entre les ports d'alimentation (+12V, -12V) et la masse (GND) tels qu'illustrés à la figure 1. En général, il y aura un gros condensateur de type électrolytique (d'une valeur de 220uF par exemple) à situer physiquement sur la carte tout près du connecteur du bus d'alimentation (attention à la polarité du condensateur!) et autant de petits condensateurs pour la ou les alimentations (positive ou négative) de chaque circuit intégré avec alimentation continue (d'une valeur de 0.1uF, de type céramique, par exemple). Notez qu'il sera question de la disposition physique de ces condensateurs de découplage dans la section traitant du placement et du routage.
14. Effectuez tous les branchements restants de la figure 1. N’oubliez pas de brancher les
fils d’entrée et de sortie du filtre aux ports entree et sortie en nommant adéquatement
ces fils tels qu’illustrés à la figure 1.
Attention, il est essentiel d’ajouter manuellement une jonction (via Manual Junction)
pour brancher tous les fils des nœuds en forme « + ». Vous pouvez valider ceci en
plaçant votre curseur sur le(s) fil(s) pour voir afficher leur nom avant et après l’ajout de
la jonction.
15. Vérifiez de ne jamais laisser des entrées non utilisées des portes logiques : certaines
entrées de composants analogiques ne sont pas laissées flottantes dans un circuit réel.
Celles-ci sont normalement mises à la masse (GND ou DGND) pour plus de stabilité et
pour diminuer la consommation de courant de circuit intégré.
18
II EXEMPLE : Création d’une empreinte d’une pièce conventionnelle
avec l’assistant Il est à noter que la création d’empreinte (footprint) n’est pas couverte dans le document
« Altium Designer WorkFlow – D’une étincelle d’idée jusqu’aux gerbers » écrit par Serge Caron.
Vous trouverez toutes les informations nécessaires pour réaliser cette section dans le document
wiki d’Altium nommé « Creating PCB Component Footprints ».
Pour cette section, vous pouvez, par exemple, réaliser l’empreinte d’un condensateur en
utilisant l’information de la figure 13 extraite des fiches signalétiques. Pour ce faire, prenez un
condensateur au hasard de votre circuit.
Figure 13 Extraits d'une fiche signalétique d'un condensateur électrolytique
(Note : 1 mils = 0.0254 millimètre)
1. Créez une nouvelle libraire d’empreinte sur Altium et enregistrez-le dans un répertoire
local (ex. « Q:Altium\ ») sous le nom de « Ma_librairie ». Pour éviter des complications,
assurez-vous d’enregistrer cette librairie à un emplacement où Altium possédera les
permissions en lecture et en écriture. Suivre la capture d’écran ci-dessous pour créer
votre librairie.
19
Figure 14 : Lien pour créer une librairie PCB
2. À partir du menu « Tools » de la librairie PCB, démarrez l’assistant pour créer des
composantes PCB (Component Wizard). Utilisez le patron pour les condensateurs et
répondez aux questions en vous basant sur la figure 13. Enregistrez votre nouvelle
empreinte sous le nom « Ma_Capa ». Vous devriez obtenir une empreinte similaire à la
figure 16. Comme les trous sont généralement plaqués de cuivre, la taille réelle des
trous peut être plus petite que ce qui a été configuré dans Altium, c’est pourquoi il est
plus prudent de faire des trous plus grands que le minimum nécessaire.
Figure 15 : Lien pour lancer le Wizard
20
Figure 16 Exemple d'empreinte pour le condensateur
3. Associez cette nouvelle empreinte au condensateur de votre schématique. Pour ce faire,
vous devez double cliquer sur la pièce dans votre schématique et faire un add ->
footprint et récupérer votre modèle de footprint.
21
III Exemple de création d’une empreinte sur mesure Il est à noter que la création d’empreinte (footprint) n’est pas couverte dans le document
« Altium Designer WorkFlow – D’une étincelle d’idée jusqu’aux gerbers » écrit par Serge Caron.
Pour cette section, vous devrez réaliser l’empreinte du connecteur de sélection nommé SW1 sur
le schéma de la figure 1. Une fois l’exemple complété, vous devrez réaliser l’empreinte pour les
jacks audio.
1. Créez une nouvelle libraire d’empreinte sur Altium et enregistrez-la dans un répertoire
local (ex. « Q:Altium\ ») sous le nom de « Ma_librairie ». Pour éviter des complications,
assurez-vous d’enregistrer cette librairie à un emplacement où Altium possédera les
permissions en lecture et en écriture. Suivre la capture d’écran ci-dessous pour créer
votre librairie.
Figure 17 : Lien pour créer une librairie PCB
2. À partir du menu « Tools » de la librairie PCB, cliquez sur « New Blank Component »
comme indiqué sur la figure 18.
22
Figure 18 : Lien pour lancer la création d’une nouvelle pièce
3. Double-cliquez sur votre nouvelle pièce qui devrait apparaitre dans le menu « PCB
Library » à la gauche de l’écran et donnez-lui un nouveau nom comme sur la figure 19
Figure 19 : Comment renommer votre pièce
4. L’empreinte à recréer est celle de la figure 20. Elle peut être retrouvée dans la fiche
technique du connecteur de sélection SW1, soit le fichier E-Switch - EG1213 (SWITCH
SLIDE SPDT 30V RT ANGLE) Drawing.pdf disponible dans vos documents. Recherchez
l'image « Recommend P.C.B. Layout » qui donne les détails de l'empreinte.
23
Figure 20 : Empreinte à recréer pour le connecteur de sélection
5. Placez d’abord un premier pad tel qu’indiqué par la figure suivante. Les valeurs qui
doivent être données en paramètres sont ensuite indiquées.
Figure 21 : Comment placer un pad
Le pad est placé à l’origine (X = 0 mil, Y = 0 mil) pour simplifier le travail. Le diamè
d'au maximum 1,5 mm (1.4mm
La valeur est arrondie à 60 mils puisqu'il s'agit d'une dimension de mèche standard chez AP
circuit, la compagnie fabriquant le PCB (voir plus loin dans
sujet).
24
Figure 22 Détails du premier pad
Le pad est placé à l’origine (X = 0 mil, Y = 0 mil) pour simplifier le travail. Le diamètre du trou est
1,5 mm (1.4mm avec une tolérance de 0.1mm) soit approximativement 60 mils.
La valeur est arrondie à 60 mils puisqu'il s'agit d'une dimension de mèche standard chez AP
circuit, la compagnie fabriquant le PCB (voir plus loin dans le tutoriel pour d'autres détails à ce
tre du trou est
avec une tolérance de 0.1mm) soit approximativement 60 mils.
La valeur est arrondie à 60 mils puisqu'il s'agit d'une dimension de mèche standard chez AP
le tutoriel pour d'autres détails à ce
Le pad entourant le trou et permettant de souder la pièce doit avoir un diamètre d'environ le
double de celui du trou. On choisit une forme ronde, mais une forme carrée pourrait aussi être
utilisée, par exemple pour une pièce dont la polarité est importante. Comme la première patte
ne sert qu'à fixer l'interrupteur sur le PCB et ne joue pas un rôle important au niveau électrique,
on lui donne l'indice « 0 »
6. Placez le second pad pour qu'il soit aligné à l'
pad. Les paramètres sont fournis à la figure ci
Figure
25
Le pad entourant le trou et permettant de souder la pièce doit avoir un diamètre d'environ le
double de celui du trou. On choisit une forme ronde, mais une forme carrée pourrait aussi être
exemple pour une pièce dont la polarité est importante. Comme la première patte
ne sert qu'à fixer l'interrupteur sur le PCB et ne joue pas un rôle important au niveau électrique,
Placez le second pad pour qu'il soit aligné à l'horizontale (sur l'axe X) avec le premier
pad. Les paramètres sont fournis à la figure ci-dessous.
Figure 23 : Comment placer le second pad
Le pad entourant le trou et permettant de souder la pièce doit avoir un diamètre d'environ le
double de celui du trou. On choisit une forme ronde, mais une forme carrée pourrait aussi être
exemple pour une pièce dont la polarité est importante. Comme la première patte
ne sert qu'à fixer l'interrupteur sur le PCB et ne joue pas un rôle important au niveau électrique,
horizontale (sur l'axe X) avec le premier
26
Cette fois-ci, le diamètre du pad est inférieur au double du diamètre du trou. C'est simplement
pour éviter que les pads se chevauchent puisque les 3 petits pads du centre de l'empreinte sont
très près l'un de l'autre.
7. Voici le résultat une fois tous les pads placés.
Figure 24 : Résultat de la pièce une fois tous les pads placées
8. Pour ajouter le contour de l'empreinte dans le silkscreen, il faut sélectionner la couche
« Top Overlay » dans les onglets au bas de l'écran.
Figure 25 : Couche Top Overlay
9. Ensuite, tracez une ligne de la manière suivante.
27
Figure 26 : Placer une ligne
10. La première ligne est située à gauche. En double-cliquant dessus, on ouvre une fenêtre
de paramètres et il devient plus facile d'ajuster sa position et ses dimensions. N'oubliez
pas que l'origine du système est au centre du premier pad.
Figure 27 : Première ligne
Figure
Note : Les dimensions du contour doivent être un peu plus larges que les dimensions de la pièce
dont on fait l'empreinte tel qu'indiqué à la figure ci
de la dimension de vos pads.
Figure
28
Figure 28 : Paramètres de la ligne de contour à gauche
: Les dimensions du contour doivent être un peu plus larges que les dimensions de la pièce
dont on fait l'empreinte tel qu'indiqué à la figure ci-dessous et doivent tenir compte également
Figure 29 : Dimensions de la pièce vue de haut
: Les dimensions du contour doivent être un peu plus larges que les dimensions de la pièce
dessous et doivent tenir compte également
29
11. L'étape est répétée pour la ligne à droite dont les paramètres sont indiqués ci-dessous.
Figure 30 : Paramètres de la ligne de contour à droite
12. Il ne reste plus qu'à relier le tout pour former un rectangle. Voici à quoi devrait
ressembler l’empreinte une fois le contour complété.
Figure 31 : Contour complété
30
13. Il ne reste qu'à ajouter une ligne supplémentaire pour savoir de quel côté se situe la
barre de commutation sur le connecteur de sélection. Pour ce faire, on trace une
seconde ligne à l'intérieur du contour qui servira d'aide-mémoire plus tard. L'empreinte
est maintenant complétée.
Figure 32 : Empreinte finale
14. Compilez votre projet pour vous assurer qu'il n'y a pas de message d'erreur.
Figure 33 : Compilation du projet incluant la librairie
15. Lorsqu'il n'y a plus d'erreurs, retournez dans le schéma électrique de votre carte PSA et
allez dans les propriétés de la pièce SW1. Cliquez sur « Add Footprint ».
31
Figure 34 : Comment ajouter la nouvelle empreinte à la pièce existante
16. Sélectionnez votre empreinte.
Figure 35 : Sélection de l'empreinte dans la librairie
17. Maintenant, vous êtes en mesure de répéter les étapes pour faire l'empreinte du jack
audio.
Vous pouvez obtenir plus d’informations pour la création d’empreintes sur mesure à cet
endroit :
« Creating PCB Component Footprints ».
32
IV Bilan du premier atelier Avant de continuer le deuxième atelier, vous devez avoir réalisé :
• Le schéma électrique de la carte PSA
• Les footprints des pièces selon les spécifications que vous possédez
33
V Réalisation du circuit imprimé Cette section consiste à réaliser le PCB du schématique de la figure 1. Elle est composée de 3
sections, c’est-à-dire le positionnement des pièces, le routage avec plan de masse et la
génération des fichiers Gerber.
Section 1 : Placement des pièces
1. Compilez votre projet et corrigez vos erreurs.
2. Démarrez l’assistant pour PCB (PCB Board Wizard)1, sélectionnez impérial pour voir les
dimensions en mils, dimensionnez votre PCB afin d’avoir une largeur de 3375 mils et
une hauteur de 4875 mils.
Configurez afin qu’aucun des éléments ne se retrouve à moins de 100 mils des bordures
du PCB (Keep out distance).
Il est à noter qu’une zone dite de Keep out est requise pour effectuer le placement
et/ou le routage de façon automatique. Une zone de Keep out est en général un endroit
où l’on veut exclure le placement des composants et/ou le routage des traces
d’interconnexion.
Sélectionnez 2 couches de signal et aucune couche d’alimentation. Ainsi, le PCB sera une
plaque possédant des traces de cuivre sur le dessus et sur le dessous liant les différents
composants. Il est à noter que les PCB sont généralement constitués de plusieurs
couches de signaux et d’alimentations afin de faciliter le routage des traces et afin de
diminuer divers phénomènes électriques néfastes à l’intégrité des signaux tels que les
effets d’antenne et les effets capacitifs.
Veuillez suivre la démarche ci-dessous :
1 Veuillez consulter le « Altium Designer WorkFlow – D’une étincelle d’idée jusqu’aux gerbers »
écrit par Serge Caron pour connaitre l’emplacement du PCB Board Wizard.
34
Figure 36 : Dimensions de la carte
Figure 37 : Choix des couches
35
Figure 38 : Le style de via
Sélectionnez des vias de type insertion (through hole). Les vias sont des trous plaqués de
cuivre reliant le cuivre du dessus au cuivre du dessous. Les vias sont très utiles pour
éviter des obstacles lors du routage puisqu’ils permettent de continuer le routage d’une
trace de cuivre conductrice en passant à la couche opposée.
Précisez que votre PCB est essentiellement composé de pièces à insertion et précisez
qu’une seule trace puisse passer entre deux pads adjacents.
Figure 39 : Type de composant et nombre de traces entre deux pads
36
Configurez pour que les traces les plus fines soient au minimum égal à 8 mils de large et
que les espacements entre les traces ou les pads soient aussi au minimum égal à 8 mils.
Figure 40 : Choix des traces et taille des pads
Une fois terminé, vous devriez obtenir un PCB vide tel qu’illustré à l’image 41. L’encadré
de couleur magenta correspond à la couche de Keep out. Il est à noter que la couleur de
la carte a été changée pour augmenter la clarté des images.
Figure 41 : Image Altium du PCB vide
3. Insérez le document PCB dans votre projet et enregistrez-le sous le nom de « ma_PSA ».
Puis, on vous conseille de désélectionner le Display Sheet à partir du lien suivant :
37
Figure 42 : Lien pour accéder aux options de la carte PCB
4. L’assistant pour PCB n’édite pas automatiquement la couche mécanique. Comme cette
couche indique les dimensions du PCB au fabriquant, dessinez sur cette couche
(mechanical 1) un rectangle (du contour de la carte) de la même dimension que la
couche de Keep Out (zone de travail). Pour ce faire, utilisez l’outil « line » du menu
« Place ».
5. Faites la mise à jour de votre PCB à partir de votre schématique, vous devriez
maintenant obtenir la figure 43. Décocher l’option Add Room dans la fenêtre
Engineering Change Order
Figure 43 : Image Altium du PCB vide avec les pièces non positionnées
6. À l’aide de quatre pads, ajoutez un trou de fixation aux quatre coins de la carte. Ajustez
ensuite le diamètre du pad à 360 mils et la dimension du trou à 152 mils tel qu’illustré à
la figure 44. Comme les règles de design par défaut exigent un diamètre maximum de
38
100 mils pour les trous, modifiez la règle en question pour un maximum de 152 mils. La
liste des règles peut être trouvée à partir du menu « Design ». Finalement, modifiez les
propriétés de chaque pad pour qu’ils soient reliés à la masse (Net GND).
Figure 44 : Exemple de positionnement de trous de fixation aux 4 coins
7. Le fabriquant de PCB étant AP Circuits, modifiez la taille des trous de chacun des
composants afin de respecter la liste des mèches disponibles selon le tableau 1.
Attention, le fabriquant AP Circuit effectue le plaquage de cuivre des trous, la taille
réelle des trous peut être plus petite que ce qui a été configuré dans Altium (environ 3 à
5 mils plus petit), c’est pourquoi il est plus prudent de faire des trous plus grands que le
minimum nécessaire.
Tableau 1 : Liste des mèches de la compagnie AP Circuits
Outil Grosseur du
trou
(mils)
Applications typique
T1 28 Trous pour via, fil à breadboard, etc.
T2 35 Circuits intégrés « IC’s », base de circuit intégrés,
résistances ¼ watt, petites diodes, condensateur de
filtration, pattes de boîtier TO-92, etc.
T3 42 Connecteurs Molex et connecteur « header » avec pattes
carrées, résistances ½ Watt, diodes de la série 1N4007,
pattes de boîtier TO-220, etc.
T4 52 Gros connecteurs, fils d’un transformateur, etc.
T5 60 Similaire aux trous de 0.052’’
T6 86 Trous de montage (ex. : vis 2-56)
T7 125 Trous de montage (ex. : vis 3-48, 4-40, 5-40)
T8 152 Trous de montage (ex. : vis 6-32)
39
8. Placez manuellement chacun des composants sur la couche supérieure du PCB. Ajustez
la grille du placement manuel des composants afin d’utiliser le maillage de grille le plus
gros possible, c'est-à-dire habituellement la distance centre à centre la plus faible entre
les pins du circuit intégré le plus dense. La figure 45 illustre un exemple de
positionnement.
Figure 45 : Exemple d'un positionnement réalisé manuellement
avec affichage des interconnexions à compléter (ratsnet)
Notez que cette grille doit être compatible ou identique à celle du routage. Lorsque le
placement sera terminé, le maillage de la grille peut être réduit, s'il y a lieu, à la valeur
par défaut ou à une autre valeur plus faible pour faciliter l'édition et le positionnement
plus précis des éléments du dessin.
Certaines conventions relatives au placement sont recommandées. Par exemple, un
connecteur de bordure (edge connector) devra avoir sa broche numéro un (pin 1) à
votre gauche lorsque vous imaginez que vous placez la carte avec le connecteur devant
vous. Le pad de la broche numéro un des composants sera normalement distinct des
autres (carré plutôt que rond par exemple). Notez qu'un placement judicieux facilite
l'étape du routage des traces d'interconnexion. Certains critères du placement
concernent, par exemple :
• l'utilisation d'une ou des deux faces de la carte pour y monter les composants
selon la technologie utilisée et les méthodes d'assemblage
• la réservation de secteurs sur la carte pour un regroupement des composantes
par modules ou sous-circuits (floorplanning)
• le positionnement manuel des gros composants et de certains connecteurs, par
exemple, pour que la carte s'intègre adéquatement en tant que sous-système
d'un assemblage spécifique
• le positionnement des composants qui minimise la longueur des traces afin de
réduire les délais de propagation et garantir un fonctionnement à de plus
hautes fréquences
40
• le positionnement qui permet un équilibre relatif des longueurs des traces (donc
des délais) pour assurer la synchronisation des signaux hautes fréquences
traités en parallèle
• le positionnement qui facilite le montage des pièces et leur soudure s'il y a lieu
• le positionnement des condensateurs de découplage pour les bus
d'alimentation (un de haute valeur placé le plus près du connecteur acheminant
le bus d'alimentation en question à la carte, et les autres de plus faibles valeurs
près de chacun des circuits intégrés)
• etc.
9. Si les pièces ne sont pas disponibles, vérifiez les dimensions de vos empreintes à l’aide
de l’outil Head Up d’Altium.
Il est fortement recommandé de toujours comparer les dimensions des empreintes
sélectionnées avec celles des fiches techniques du manufacturier, et ce, même s’il
s’agit d’un boîtier connu tel que le boîtier SOIC du montage en surface.
10. Vérifiez la taille de vos trous. Il est à noter que ces deux dernières étapes sont cruciales.
Si vous disposez de toutes les pièces, imprimez votre PCB et insérez vos pièces à travers
le papier. Pour vous simplifier le travail, utilisez une mousse de polystyrène en dessous
de votre feuille.
Section 2 : Routage avec plan de masse
En conception de PCB, il courant de retrouver de grands polygones de cuivre tels qu’illustrés à la
figure 46. Il est à noter que la couleur rouge est produite par un masque de soudure qui protège
le cuivre à tous les endroits où il ne doit pas y avoir de soudure. Par exemple, il est possible de
souder le pad carré à gauche de la figure 46 puisqu’il n’est pas protégé par le masque.
Figure 46 : Exemple de plan de masse
Ces grands polygones de cuivre sont généralement connectés à une source de tension telle que
la masse. Sans entrer dans les détails, ces polygones servent essentiellement à diminuer
l’impédance des différentes sources (VCC, GND, etc.) pour faciliter le passage des courants de
41
retour afin d’éviter que ces derniers ne prennent d’autres chemins indésirables tels que via une
trace de signal. En effet, les courants émis reviennent toujours à leur source, par exemple, si un
ampli-op génère un signal de sortie vers une autre pièce, il y aura nécessairement un courant de
retour qui reviendra à cette ampli op en passant par le chemin ayant la plus petite impédance.
D’ailleurs, pour les courants de basse fréquence, le chemin de retour correspond généralement
au chemin le moins résistif, c’est-à-dire habituellement le chemin le plus court. Par contre, en
haute fréquence le chemin de retour correspond généralement au chemin ayant la plus petite
inductance ; comme ce chemin ne correspond pas toujours au chemin le plus court, le chemin
peut parfois prendre des directions pouvant produire des effets d’antenne créant à leur tour
d’autres courants parasites néfastes au bon fonctionnement du circuit.
Ainsi, pour un PCB à deux couches de cuivre, il pourrait être recommandé d’effectuer le
routage principalement sur le côté Bottom et d’ajouter des surfaces de cuivre connectées à la
masse partout où cela est possible sur le côté Top. Les étapes qui suivent ont d’ailleurs pour
but de faire le routage automatique de la majorité des nets sur la couche de dessous afin d’avoir
un important plan de masse sur la couche du dessus. Il est à noter que cette section fait l’usage
du routage automatique et que ce dernier n’est pas couvert dans le document « Altium Designer
WorkFlow – D’une étincelle d’idée jusqu’aux gerbers » écrit par Serge Caron.
1. Dans le menu de configuration du routage automatique (auto route setup), créez une
nouvelle stratégie nommée « My Strategie for 2 Layer Board » en dupliquant la stratégie
de routage automatique nommé « Default 2 Layer Board » tel qu’illustré à la figure
4848.
Figure 47 : Lien pour sélectionner sa nouvelle stratégie de routage
42
Figure 48 : Fenêtre d'édition de stratégies de routage automatique
2. En appuyant sur le bouton « Edit Layer Direction » de la figure 48, configurez le routage
automatique pour qu’il ne se fasse que sur la couche du dessus.
Figure 49 : Choix du routage automatique
3. Effectuez le routage automatique du net GND sur la couche du dessus tel qu’illustré à la
figure 50. Ce net devrait être entièrement routé puisqu’il n’y a pas d’autres nets qui
peuvent faire obstacle. Il est à noter que ce routage est temporaire, il sera effacé
subséquemment.
43
Figure 50 PCB avec le routage de la masse sur la couche du dessus (rouge)
4. Configurez le routage automatique pour qu’il ne se fasse maintenant que sur la couche
du dessous
5. Effectuez le routage automatique de tous les nets restants sur la couche du dessous et
dessus tel qu’illustré à la figure 5151.
Figure 51 : PCB avec le routage de tous les nets
6. S’il reste des nets qui n’ont pas été routés, complétez le routage de ces nets sur le
dessus. Si vous le jugez nécessaire, vous pouvez utiliser des via pour produire des traces
qui passent d’une couche à l’autre.
7. Pensez à mettre votre numéro d’équipe sur la couche Top Overlay (sérigraphie)
8. Avec le l’outil « Polygon Pour » du menu « Place », ajoutez maintenant un plan de masse
couvrant la majeure partie de la couche du dessus et recouvrant les fils de la masse (Net
GND). Pour y arriver, cochez l’option « Remove Dead Copper » et sélectionnez l’option
44
« Pour Over All Same Net Objects ». Assurez-vous que les bons pads soient reliés à la
masse, tels qu’illustrés à la figure 53.
Figure 52 : options du polygone de masse
Figure 53 : PCB avec plan de masse
45
9. Utilisez le même procédé que précédemment pour la couche de dessous
10. Pour terminer, effectuez la vérification de votre PCB à l’aide de l’outil automatique
d’Altium (Design Rule Checker). Analysez chacun des massages, afin de vous assurer qu’il
n’y ait pas de problème avec votre conception de PCB.
Pour ce faire, modifiez les règles vérifiées par l’outil automatique de vérification
d’Altium (Design Rule Checker) avant de démarrer la vérification.
Il est à noter que toutes les erreurs doivent être corrigées ou ignorées avant de pouvoir
passer à l’étape suivante.
Section 3 : Génération des Gerber et NC-Drill et visualisation du design
Comme les manufacturiers de PCB ne disposent pas nécessairement de tous les logiciels
d’édition de PCB tel que le logiciel Altium, il est nécessaire de leur transmettre des fichiers
standards qui sont indépendants du logiciel utilisé pour la conception du PCB à réaliser tels que
les fichiers Gerber et le NC-Drill. Pour cette section, il vous sera demandé de générer quelques
fichiers Gerber ainsi que le NC-Drill.
Procédure à suivre
Renommez les fichiers au nom de l’équipe (SaisonAnnée_SessionÉquipe-version)
Exemple: H13_S2P01-v00.zip
S’il y a une correction après transmission des fichiers, retournez les fichiers avec une autre id
version, H13_S2P01-v00.zip (v01, v02 et etc..)
Le zip doit contenir seulement 7 fichiers (pour les circuits imprimés à doubles faces)
H13_S2P01-v00.GTL gerber top layer (RS-274X)
H13_S2P01-v00.GBL gerber bottom layer (RS-274X)
H13_S2P01-v00.GTS gerber top solder mask (RS-274X)
H13_S2P01-v00.GBS gerber bottom solder mask (RS-274X)
H13_S2P01-v00.GM1 gerber mechanical (RS-274X) "contour de la carte"
H13_S2P01-v00.GTO gerber top overlay (RS-274X) "silkscreen, sérigraphie"
H13_S2P01-v00.TXT NC Drill (Excellon (fichier texte) "drills et positions"
46
Vérifiez vos fichiers gerbers avec un CAMViewer (présenté ci-après) avant de les transmettre.
Vérifiez votre fichier NC Drill avec un éditeur de texte avant de le transmettre.
Vérifiez vos trous de perçage et votre identification d’équipe sur le PCB.
Utilisez la Grille de vérification du PCB (présente sur le site Web) pour valider votre travail avec
les membres de votre équipe.
Transmettre le tout à [email protected] (une fois que toutes les procédures de
vérification ont été faites)
Joindre votre fichier zip et inscrire dans l’objet du courriel : H13_S2P01-v00.zip
La date limite de remise vous sera donnée par le responsable de projet via
votre site web.
Pour terminer, vérifiez vos fichiers et votre PCB à l’aide de l’outil CAMTastic tel qu’illustré à la
figure 54. Pour éviter les mauvaises surprises, il est fortement suggéré de ne jamais oublier cette
dernière étape.
Figure 54 Visualisation du PCB avec CamTastic
47
VI Bilan du deuxième atelier A ce niveau, vous devez avoir en votre possession les fichiers nécessaires pour la fabrication de
votre PCB.
Le deuxième atelier est fini mais il vous reste encore du travail de vérification avant d’envoyer
vos fichiers. Veuillez lire les pages suivantes et corriger vos fichiers PCB en conséquence.
48
VII Les impératifs de votre PCB à vérifier La position des connecteurs, de la ligne de LEDs et de l'interrupteur doit être réalisée comme
suit :
Figure 55 : Positionnement des connecteurs, de la ligne de LEDs et de l'interrupteur
VIII Erreurs fréquentes et trucs :
• Faites attention de ne pas placer vos composants trop près les uns des autres afin de
minimiser la superficie du PCB et gagner quelques cents. Cela va se faire au détriment
de votre santé mentale lors du montage des plaquettes! Il en est de même lors des
montages sur chaîne de montage.
• N'hésitez pas à faire imprimer votre circuit imprimé sur une imprimante laser, de
déposer votre feuille sur un petit styromousse et de garnir votre feuille avec des
composants réels en les piquant dans le styromousse. Cela permet d'éliminer 75% des
erreurs.
• La grosseur des trous dans le circuit imprimé est un problème fréquent des débutants
en conception de circuits imprimés. Vous devez les faire assez grands pour que vos
composants puissent entrer dans les trous plaqués. Vous remarquerez que le monde
des circuits imprimés utilise le système anglais (pieds, pouces et mils qui sont des
millièmes de pouce). Évitez de croire que les dimensions de trous pour les pièces des
librairies d’Altium sont toujours bonnes, car il arrive souvent qu’elles soient erronées.
• Une autre erreur commune des personnes qui commencent à concevoir des PCB est
d'inverser le connecteur d'entrée J3. Visualisez-le sur la plaquette réelle afin de vous
assurer que les connections seront au bon endroit. Tenez-vous pour dit que ce n'est pas
parce qu'une broche est sur la patte 1 d'un schéma électrique de PCB que cette même
broche est sur la patte 1 du dessin de la pièce dans le logiciel de conception du PCB. Il
Entrée microphone
PIN 1
49
peut y avoir des inversions des pattes dans certains cas alors que dans d'autres il n'y en
a pas. C'est à vous de vérifier ceci.
• Lorsque vous recevrez votre PCB, montez une section à la fois et vérifiez son
fonctionnement au fur et à mesure. Cela limite le déverminage. Le même genre de
problème que ceux découverts sur la carte "Debug" peuvent vous arriver...
• Si vous avez des composants à dessouder, utilisez de la tresse à dessouder sinon, vous
allez faire lever les traces du PCB. La tresse s'utilise en la mettant sur l'endroit où il faut
enlever de l'étain, mettre le fer à souder sur la tresse puis mettre un peu d'étain
directement à l'intersection du fer et de la tresse. L'étain va fondre et va tirer par
capillarité l'étain contenu sous la tresse.
• Avant de soumettre votre circuit imprimé, effectuez une vérification de vos fichiers
GERBERs à l'aide de l’outil CAMTastic d’Altium ou du logiciel Gerber Viewer disponibles
gratuitement sur l'internet. Vérifiez spécialement les alimentations et la grosseur des
trous qui sont les points faibles des logiciels de conception de circuits imprimés. Il serait
malheureux que vous ayez à retravailler votre circuit imprimé. Vous devez faire
attention à l'aspect mécanique du circuit.
• N'oubliez pas que le placage des trous et des vias les diminue de 3 à 5 mils. Il ne faut pas
que vous choisissiez des mèches trop petites, car vous serez incapable d'insérer vos
composants dans les trous du circuit imprimé. D'un autre côté, si vos trous sont trop
gros, votre circuit sera difficile à produire dans une production de masse et l'ingénierie
de production vous enverra une demande d'action corrective. En général, en ajoutant
10 mils à la grosseur de la patte, on ne se trompe pas.
50
IX Grille de vérification du PCB
Cochez ici
La dimension de la carte n’excède pas la dimension maximale de 3375 mils x 4875 mils.
La carte possède 4 trous de vis.
Les traces les plus fines sont plus grandes ou égales à 8 mils.
L’espace entre les pads et les traces est toujours plus grand que 8 mils.
Les couches du dessus et du dessous possèdent un plan de masse.
La majorité des traces sont sur le dessous.
Il n’y a pas d’îlot flottant.
La carte est de forme rectangulaire.
Le texte suivant est inscrit en sérigraphie « H13_S2PXX-v00 » sur la couche du dessus. NOTE : H13 = Hiver 2013, XX = numéro de l’équipe, 00 = version
Le circuit de la carte correspond au circuit de la carte PSA.
Tous les trous ne possèdent que les diamètres suivants : 28, 35, 42, 52, 60, 86, 125, 152 mils
Tous les diamètres des trous ont été comparés avec les descriptions mécaniques fournies dans les fiches signalétiques des composants, et ce, afin de s’assurer que tous les composants puissent entrer correctement dans les trous. NOTE : Comme les trous sont plaqués de cuivre, il faut prévoir que les diamètres peuvent être jusqu’à 5 mils plus petits que le diamètre choisi.
Tous les pads sont au moins séparés entre eux par une distance minimale de 10 mils.
Le positionnement des composantes mécaniques (connecteurs, interrupteur, etc.) correspond à l’image suivante :
Je confirme que le PCB de notre équipe respecte les consignes énumérées sur cette feuille (Signatures de 6 membres de l’équipe) __________________________________________________ Date : _______________________ __________________________________________________ Date : _______________________ __________________________________________________ Date : _______________________ __________________________________________________ Date : _______________________ __________________________________________________ Date : _______________________ __________________________________________________ Date : _______________________
51
Annexe : Schéma électrique de la carte PSA
1
1
2
2
3
3
4
4
D D
C C
B B
A A
Title
Number RevisionSize
Letter
Date: 2013-01-23 Sheet ofFile: C:\Users\..\2012_12_19_PSA.SchDoc Drawn By:
J1
SJ1-3513N
J2
SJ1-3513N
2KR1
+5
C1
GND
GND
R3
GND
R2
R5
2
31A
84
U1ALF353P
1KR4
GND
+12
-12
10uF/25V
C2
23
1 SW1
EG1213 5
67B
84
U1BLF353PR6
+12
-12
R8
1KR7
GND
D1
Diode 1N4148
C10 R9
GND GND
R17
1234567891011121314151617181920
J3
Header 20H
TP1
Plug
TP2
Plug
LED 1 1
V- 2V+3
DIVIDER LOW4
SIGNAL IN5
DIVIDER HIGH6
REF OUT 7
REF ADJ8
MODE SEL9
LED 10 10LED 9 11LED 8 12LED 7 13LED 6 14LED 5 15LED 4 16LED 3 17LED 2 18
U3
LM3914N-1
R10
R11
GND
+12
GND
GND
1 23 45 67 89 1011 1213 1415 1617 1819 20
U4
Header 10X2
+12
10uF/25VC3
GND
+12
-12
+5
GND
TP4
Plug
+12
D2LED1
1KR12
2
31A
84 U2A
LM358P
5
67B
84
U2BLM358P
R13
R14
+12
GND
GND GND
+12
GND
+12
GND
2.7KR15
1KR16
GND
TP3
Plug
Découplage des alimentations
0.1uF/63VC4
0.1uF/63VC5
0.1uF/63VC6
0.1uF/63VC8
+12
-12
Près de U3
Près de U1
Près de U1 Près de U2
GND
ENV
ENV
ENV
ENV
IS_VOICE
IS_VOICE
AUDIO_IN
AUDIO_IN
PIC101 PIC102
COC1
PIC201 PIC202
COC2
PIC301
PIC302
COC3
PIC401
PIC402COC4
PIC501
PIC502COC5
PIC601
PIC602COC6
PIC801
PIC802COC8
PIC1001PIC1002
COC10
PID101 PID102
COD1
PID201PID202
COD2
PIJ101
PIJ103
PIJ105
COJ1
PIJ201
PIJ203
PIJ205
COJ2
PIJ301
PIJ302
PIJ303
PIJ304
PIJ305
PIJ306
PIJ307
PIJ308
PIJ309
PIJ3010
PIJ3011
PIJ3012
PIJ3013
PIJ3014
PIJ3015
PIJ3016
PIJ3017
PIJ3018
PIJ3019
PIJ3020
COJ3
PIR101 PIR102COR1
PIR201 PIR202COR2
PIR301
PIR302
COR3 PIR401
PIR402COR4
PIR501 PIR502COR5
PIR601 PIR602COR6
PIR701
PIR702COR7
PIR801 PIR802COR8
PIR901
PIR902COR9
PIR1001
PIR1002
COR10
PIR1101
PIR1102
COR11
PIR1201
PIR1202COR12
PIR1301
PIR1302COR13
PIR1401
PIR1402COR14
PIR1501
PIR1502COR15
PIR1601
PIR1602COR16
PIR1701 PIR1702COR17
PISW101
PISW102
PISW103
COSW1
PITP101COTP1
PITP201COTP2
PITP301COTP3
PITP401COTP4
PIU101
PIU102
PIU103
PIU104
PIU108 COU1A
PIU104PIU105
PIU106
PIU107
PIU108 COU1B
PIU201
PIU202
PIU203
PIU204
PIU208
COU2A
PIU204PIU205
PIU206
PIU207
PIU208 COU2B
PIU301
PIU302PIU303
PIU304
PIU305
PIU306
PIU307
PIU308
PIU309
PIU3010
PIU3011
PIU3012
PIU3013
PIU3014
PIU3015
PIU3016
PIU3017
PIU3018
COU3
PIU401 PIU402
PIU403 PIU404
PIU405 PIU406
PIU407 PIU408
PIU409 PIU4010
PIU4011 PIU4012
PIU4013 PIU4014
PIU4015 PIU4016
PIU4017 PIU4018
PIU4019 PIU4020
COU4
PIJ3019
PIR102
PIC301
PIC402 PIC602 PIC802
PIJ3017
PIR1202
PIR1302
PIU108
PIU208
PIU303
PIU309
PIU402
PIU404
PIU406
PIU408
PIU4010
PIU4012
PIU4014
PIU4016
PIU4018
PIU4020
PIC501
PIJ3020
PIU104
PIJ301
PIR601PISW102
PITP101
NLAUDIO0IN
PIC1002
PIJ302
PIR902
PIR1702PITP201
PIU203
PIU305
NLENV
PIC302
PIC401
PIC502
PIC601 PIC801
PIC1001
PIJ105
PIJ205
PIJ3018
PIR301 PIR401
PIR701PIR901
PIR1101
PIR1401 PIR1601
PITP401
PIU204
PIU205
PIU206
PIU302
PIU304
PIJ303
PIR1501
PIR1602
PITP301
NLIS0VOICE
PIC101PIJ103 PIC102 PIR201
PIR302
PIC201PIJ201
PIJ203
PIC202
PISW103 PID101
PIR802
PIU107 PID102 PIR1701
PID201PIR1201
PID202
PIR1502
PIU201
PIJ101 PIR101
PIJ304
PIJ305
PIJ306
PIJ307
PIJ308
PIJ309
PIJ3010
PIJ3011
PIJ3012
PIJ3013
PIJ3014
PIJ3015
PIJ3016
PIR202
PIR501
PIU102
PIR402PIU103
PIR502
PISW101
PIU101
PIR602
PIR801
PIU106
PIR702
PIU105
PIR1001
PIR1102
PIU308PIR1002
PIU306
PIU307
PIR1301
PIR1402
PIU202
PIU207
PIU301 PIU401
PIU3010 PIU4019
PIU3011 PIU4017
PIU3012 PIU4015
PIU3013 PIU4013
PIU3014 PIU4011
PIU3015 PIU409
PIU3016 PIU407
PIU3017 PIU405
PIU3018 PIU403
