La conception des circuits imprimés a un impact considérable sur les performances, l'intégrité du signal et la fiabilité du produit final. D'autant plus que les circuits imprimés d'aujourd'hui deviennent plus complexes, plus compacts et plus petits, la conception de la disposition des circuits imprimés nécessite beaucoup de travail et de temps. Des problèmes tels que des interférences électromagnétiques, des composants défectueux, des dommages à la carte ou même une défaillance totale de la carte peuvent résulter d'une mauvaise disposition des circuits imprimés. Dans cet article, nous vous révélerons comment concevoir une disposition de circuit imprimé étape par étape, quelques conseils utiles pour la conception et des outils de conception courants. Ceux-ci vous donneront des connaissances et des informations de base pour comprendre la disposition des circuits imprimés.
Qu'est-ce que la disposition des PCB ?
La conception d'un circuit imprimé est le processus de conception des emplacements des composants, des chemins de pistes conductrices, des largeurs de pistes et d'autres éléments sur un circuit imprimé afin de garantir que l'intégrité du signal du circuit imprimé est maintenue et répond aux fonctionnalités requises tout en optimisant la taille de la carte. Il s'agit du processus de traduction des concepts de conception en documents concrets qui peuvent être utilisés dans la production de cartes. Une conception réussie d'un circuit imprimé permet des performances optimales.
Comment concevoir un circuit imprimé : explication étape par étape
De la compréhension des spécifications électriques requises PCB jusqu'à la documentation finale, ci-dessous nous couvrirons les 10 étapes de la conception d'une configuration PCB.
Étape 1 : Comprendre les exigences électriques
Avant de concevoir, nous devons comprendre les exigences électriques du circuit, comme la tension, les exigences de courant, les composants requis, la fréquence du signal, le type de signal, etc.
Étape 2 : Création du schéma
Un schéma est un plan d'agencement d'un circuit imprimé pour le placement et l'alignement des composants. Il s'agit d'une manière logique de créer la représentation d'un circuit électronique. Des symboles sont utilisés lorsque différents composants et paramètres apparaissent dans les schémas et leur connexion par des lignes indique la connexion. Cela est ensuite utilisé pour effectuer une simulation de circuit afin de démontrer qu'il fonctionne électriquement comme prévu.
Étape 3 : Créer la disposition du PCB
Convertissez les schémas en configurations PCB. Sélectionnez la taille et la forme appropriées du PCB, qui prennent en compte l'espace de montage, les exigences de dissipation thermique et l'adaptation aux autres PCB. Les composants sont représentés sous forme d'empreintes avec des pastilles et des lignes de connexion dans la configuration PCB. Vous pouvez voir à quoi ressembleront physiquement les composants et à quoi ils seront montés. Le logiciel affiche des lignes aériennes qui montrent les connexions électriques entre les composants. Ces lignes indiquent comment les broches d'un composant doivent être connectées à un autre composant.
Étape 4 : Concevoir l'empilement de circuits imprimés
Vous pouvez choisir le nombre de couches nécessaires en fonction de la complexité du circuit. Les fonctions de chaque couche sont légèrement différentes. La couche isolante isole la couche conductrice pour éviter les interférences, tandis que la couche conductrice transmet l'énergie et les signaux. Par conséquent, une fois la disposition des couches déterminée de manière judicieuse, les matériaux des couches sont choisis en fonction de leurs performances.
Étape 5 : Définir les règles et les exigences de conception
Il existe de nombreuses règles de conception de PCB, et vous pouvez définir de manière flexible les règles en fonction du PCB que vous souhaitez concevoir. Il est nécessaire de garantir l'espacement des fils et des trous, ainsi que la largeur de piste appropriée pour répondre aux exigences de capacité de transport de courant et d'impédance. Il y a suffisamment d'espace pour souder les composants et les réparations ultérieures. En outre, des règles pertinentes doivent être définies pour permettre une production à grande échelle en fonction des capacités du fabricant. Ces règles doivent être ajustées en fonction des conditions réelles et sont bénéfiques pour la fiabilité et les performances du PCB.
Étape 6 : Placer les composants
Chaque composant est placé selon le schéma et la disposition afin que chaque composant soit dans le bon sens. La dissipation thermique des composants de forte puissance doit être prise en compte. De plus, le circuit peut être divisé en différentes zones en fonction des fonctions. Le regroupement de composants qui remplissent des fonctions similaires permet d'augmenter l'intégrité du signal et de réduire les interférences.
Étape 7 : Insérer les trous de perçage
Les trous de perçage pour différents types de composants nécessitent des tailles et des emplacements différents. Pour cette étape, nous devons réfléchir soigneusement aux exigences d'installation des composants. La technique de perçage du PCB et la structure d'empilage auront un impact sur la fiabilité et la qualité du PCB.
Étape 8 : Acheminer les traces
Le routage des circuits imprimés doit minimiser les interférences, améliorer l'intégrité du signal et répondre aux exigences, telles que l'impédance et la gestion thermique. Le routage doit être optimisé dans la largeur des pistes, en évitant les angles vifs et droits, et en espaçant correctement les pistes.
Étape 9 : Ajouter des étiquettes et des marquages
L'ajout d'étiquettes, de marquages et d'identification des composants aux circuits imprimés est bénéfique pour l'assemblage ultérieur des circuits imprimés et améliore l'efficacité de la production.
Étape 10 : Générer les fichiers
Avant de livrer le projet, il faut également vérifier que la conception du circuit imprimé est réalisable en respectant les règles de conception. Une fois le test réussi, les fichiers de conception peuvent être créés pour la production. Gerber les fichiers contiennent des informations très détaillées sur le PCB et fonctionnent comme un pont important, reliant la conception physique au circuit imprimé final et réel.
6 conseils clés pour une disposition parfaite du circuit imprimé
Placement des composants
Le placement des composants nécessite de nombreuses considérations, telles que l'intégrité du signal, les interférences électromagnétiques et la gestion thermique. La division du circuit en différentes zones réduit les interférences directes provenant de différents modules fonctionnels. Les composants associés peuvent être combinés ensemble et la disposition du circuit imprimé est plus claire, ainsi que pratique pour le câblage et les tests. La combinaison de composants à grande vitesse à proximité et simultanément à proximité de l'alimentation électrique réduit le retard du signal et diminue le bruit.
Largeur et espacement des traces
Un espacement correct est très important pour éviter les interférences, la diaphonie et les courts-circuits entre les pistes adjacentes. En règle générale, plus le courant est important, plus la largeur de la piste est large. Dans les logiciels de conception, il existe des utilitaires permettant de maintenir une largeur et un espacement de piste corrects dans la configuration du PCB.
Sérigraphie claire et marquages d'assemblage
L'affichage d'indications et d'instructions claires sur la sérigraphie, notamment le nom, les paramètres et d'autres informations de chaque composant, facilite le placement correct des composants par les ouvriers de production pendant le processus d'assemblage. En même temps, cela peut également aider le personnel de maintenance à identifier et à effectuer rapidement la maintenance.
Considération de l'intégrité du signal
L'intégrité du signal est un facteur important dans les circuits imprimés à grande vitesse. En cas de problème avec l'intégrité du signal du circuit imprimé, celui-ci ne fonctionnera pas comme prévu. L'adaptation d'impédance, la diaphonie et les réflexions dans le circuit imprimé peuvent provoquer une distorsion du signal. Vous pouvez choisir un logiciel de conception professionnel pour détecter la conception du circuit imprimé et garantir l'intégrité du signal.
La gestion thermique
Pour les composants qui génèrent beaucoup de chaleur, une conception de dissipation thermique est nécessaire pour garantir qu'ils se situent dans une plage de température appropriée. Les trous traversants peuvent aider les composants à dissiper la chaleur générée. Un dissipateur thermique est également une méthode de transfert de chaleur vers un fluide de refroidissement.
Vérification des règles de conception
Les règles de conception des circuits imprimés sont les règles à suivre pour la conception des circuits imprimés, qui incluent les règles de conception électrique, les règles de conception physique et les règles de conception d'espacement. Le programme de conception vérifie la conception pour s'assurer qu'elle répond aux spécifications. En cas de non-conformité, elle peut être optimisée et ajustée à temps pour améliorer la fiabilité de la conception.
4 outils populaires de conception de circuits imprimés pour les ingénieurs et les concepteurs
Concepteur avancé
Il s'agit d'un logiciel très connu pour la conception de circuits imprimés. Il fournit une bibliothèque de composants robuste, une interface utilisateur intuitive et des fonctionnalités puissantes. Les utilisateurs novices trouveront ce logiciel facile à utiliser, et il est également utilisé par les utilisateurs plus expérimentés. Il existe une fonction de visualisation 3D qui montre le contenu de la carte en 3D pendant la conception de la carte, ce qui est utile pour vérifier l'orientation des composants de la carte. Il fournit également une fonction intéressante pour collaborer en équipe, ce qui facilite la collaboration des équipes de conception et accélère le processus de conception.
Cadence Allegro
Un programme de conception assistée par ordinateur appelé Cadence Allegro accélère le processus de conception en automatisant le câblage, en acquérant des schémas et en vérifiant les règles de conception. Il a pour fonction d'améliorer la fabricabilité en optimisant le nombre de trous percés et le positionnement des composants. Les fonctionnalités les plus avancées du logiciel sont la visualisation 3D et la possibilité de vérifier les règles de conception. Celles-ci peuvent améliorer la fiabilité et la qualité de la conception.
KiCad
KiCad est un logiciel de conception open source gratuit. Ce logiciel est plus couramment utilisé par les amateurs et les petites entreprises. Il peut échanger rapidement des données avec des concepteurs utilisant une variété de systèmes d'exploitation, notamment Windows, Linux et macOS. KiCad dispose d'une communauté open source active où les utilisateurs peuvent échanger et accéder aux données de conception.
FacileEDA
Il s'agit d'un outil de conception gratuit avec utilisation de pages Web. La bibliothèque de composants est puissante, permettant aux utilisateurs de trouver rapidement les composants dont ils ont besoin, puis de terminer leur travail de conception. Les performances de ce logiciel ne sont cependant pas adaptées aux conceptions de circuits imprimés complexes en raison de ses fonctions limitées.
Mots de conclusion
La conception d'un circuit imprimé est un processus complexe et critique. De nombreux facteurs tels que les performances, le coût, la fabricabilité, etc., doivent être pris en compte lors de la phase de conception. Compte tenu de la tendance actuelle à la miniaturisation et des excellentes performances des appareils électroniques d'aujourd'hui, la conception du circuit imprimé est réalisée sur des cartes plus petites, ce qui présente des défis plus importants et des exigences plus élevées. Il s'agit d'un processus rigoureux et continuellement innovant, qui joue un rôle clé dans le développement des circuits imprimés.
