Conceptions de circuits imprimés :un guide complet des étapes et règles de conception de base

Un processus de conception de circuits imprimés implique des étapes chronophages qui doivent suivre au maximum. Le non-respect des instructions coûte souvent cher aux conceptions de circuits imprimés dans leurs projets de conception.

Par conséquent, nous avons défini des règles, des étapes de conception de PCB et plusieurs logiciels de conception gratuits que vous pouvez essayer pour améliorer la durabilité, les performances et les fonctionnalités.

Qu'est-ce que la conception de PCB ?

Une conception de carte de circuit imprimé est un processus qui implique l'utilisation d'un logiciel de mise en page pour combiner le routage et le placement des composants. La combinaison définit en outre la connectivité électrique sur le PCB, lui donnant ainsi physiquement vie.

(processus de conception de circuits électroniques) 

Règles du processus de conception de PCB

Le respect des règles de conception de carte correctes limite souvent les retards inutiles et la maintenance des PCB et garantit un PCB à grande vitesse. Bien qu'il soit crucial de se concentrer sur la conception du circuit et la sélection des composants, ignorer les règles peut coûter cher numériquement et physiquement à votre projet.

Alors, quelles sont certaines des règles lors d'une conception pour la fabricabilité ?

Règles de conception de PCB pour les circuits analogiques

Le processus de mise en page comprend ;

1. Assurer un chemin de retour clair du signal analogique et remplir les chemins avec des traces courtes et directes de composants. Les voies obstruées provoquent un bruit inutile puisque le signal analogique de retour se promène près d'un plan de masse lors de la localisation du chemin direct et le plus court vers l'origine.
2. Deuxièmement, utilisez un plan de masse analogique pour le séparer d'un plan numérique, évitant ainsi les interférences.
3. Troisièmement, maintenez des couches de signal directes et courtes. Il empêche les interférences électromagnétiques dans les éléments PCB en raison de la différence d'impédance provoquant des réflexions à des fréquences plus élevées.
4. Ensuite, séparez les sections sur les circuits analogiques et numériques pour minimiser le bruit. De plus, n'acheminez pas les divisions de circuits analogiques vers des composants numériques à haute vitesse car cela empêchera l'influence du bruit.
5. Enfin, placez votre composant analogique étroitement pour obtenir un routage direct simplifié et des circuits numériques et analogiques séparés.

Vérification des règles de conception des circuits imprimés SMD

Habituellement, le maintien d'un bon espacement entre les composants électroniques et quelques numéros de trace simplifie le sprint sur la route de surface.

(puce avec technologie de montage en surface)

Règle sur les options de routage

Tout d'abord, le package de composants montés en surface de votre choix influence l'option de routage. De plus, l'espace de diffusion et la complexité de l'itinéraire peuvent affecter votre choix. Par conséquent, vous pouvez soit choisir ;

Routage PCB unilatéral ; Utilisé dans les circuits simples et restrictifs et doit avoir suffisamment d'espace pour les trous de perçage, les composants, le bord de la carte et les traces.

Routage PCB double face ; Ici, l'utilisation des surfaces supérieure et inférieure fournit une excellente zone pour les composants et le routage.

Règle de sélection des composants

Connaître le type d'emballage correct pour SMD à utiliser dans les composants traversants ou SMD car il détermine la fabrication de la carte et l'assemblage du PCB.

Conseils de conception de circuits imprimés à 2 couches

Les fabricants créent souvent des cartes de conception de circuits imprimés à 2 couches avec des performances limitées. Ainsi, il devient difficile d'acheminer des packages BGA tels que des FPGA ou des microprocesseurs haut de gamme sur la carte de conception.

Heureusement, vous pouvez corriger le défi en suivant les conseils ci-dessous ;

1. Tout d'abord, ne respectez pas toujours les consignes standard. Par exemple, l'utilisation d'un remplissage en cuivre peut être difficile, contrairement au routage de l'alimentation en tant que traces. De plus, vous pouvez acheminer trois condensateurs avec une faible inductance de boucle (ajoutant à 22 uF) plutôt que d'utiliser trois condensateurs distincts pour les broches d'alimentation (1 uF, 10 uF et 0,1 uF).
2. Dans la mesure du possible, n'ayez qu'un seul retour pour chaque signal numérique sur tous les connecteurs afin d'éviter les rebonds de masse/bruit de commutation.

Circuit expliquant le rebond au sol

3. Placez également les condensateurs de découplage de grande taille, tels que 22uF MLCC, à proximité de la broche d'alimentation IC. Le condensateur peut être dans un corps compact avec un taux de tension avoisinant 2x l'application de rail recommandée.
4. Quatrièmement, créez un itinéraire court sur la couche inférieure/le plan de cuivre, en utilisant parfois des sangles de retour pour la brièveté. La procédure garantit un faible maintien de l'inductance mutuelle dans le chemin de retour du signal (intégrité du signal augmentée).
5. En outre, utilisez des traces de signal espacées et un réglage des composants pour un routage moins encombré.
6. Ensuite, placez les composants de retour et d'acheminement au sol sur la deuxième couche tandis que les chemins de signal et d'alimentation restent sur la première couche. Ici, vous utiliserez un plan de masse durable sous le tableau de conception.
7. Enfin, utilisez un diamètre percé de 13 mils, une piste de signal de 6 mils (avec 1 A de courant continu) et des pistes d'alimentation de 20 mils (contenant 3 A de courant continu). Les fonctionnalités minuscules permettent d'obtenir une densité de routage élevée à faible coût.

Règles de conception de PCB à 28 couches

Les directives sur les conceptions de circuits imprimés à 28 couches vous garantissent de minimiser le risque d'erreurs, réduisant ainsi les coûts lors de la fabrication des cartes. Notez également que les fabricants ont des exigences différentes. Par conséquent, la règle de la carte haute puissance peut également varier en termes d'isolation de l'alimentation, de taille des traces et d'espacement.

Règles de câblage des composants

Les propriétés électriques sont les suivantes :

1. Assurez-vous que la ligne de signal n'apparaît pas en boucle et que la masse et la ligne électrique sont radiales.
2. Deuxièmement, l'ouverture doit être de 40 mil tandis que le tampon doit être de 60 mil en double ligne.
3. En outre, le composant du trou traversant ne doit pas être inférieur à 30 mil.
4. Ensuite, l'espacement des lignes doit être supérieur à 10 mil, la sortie et l'entrée du processeur> 8/10 mil, le cordon d'alimentation> 18 mil (très large) et la ligne de signal> 12 mil.
5. Enfin, dessinez votre câblage là où la zone de câblage se trouve à moins de 1 mm autour du trou de montage et à ≤ 1 mm du bord du circuit imprimé.
6. Conception de circuits imprimés à 4 couches

Une conception schématique de PCB à 4 couches a des traces/signaux de puissance + formes, GND de référence, VOUT/VIN divisé et GND de puissance. Inonder les zones inutilisées avec une couche de cuivre de Vout, Vin et GND. Ensuite, connectez tous les pads d'alimentation à la couche supérieure.

Guide de conception de PCB étape par étape

En tant que concepteur de PCB, utilisez la méthode d'assemblage de la directive pour atteindre un objectif de conception de qualité pour votre carte PCB.

• Comprenez toujours les paramètres électriques de votre système de configuration de carte, par exemple, les limitations de capacité, les circuits intégrés, les tensions, etc. 
• Deuxièmement, créez un diagramme schématique dans lequel vous concevrez le PCB au niveau électrique de sa fonction/objectif.
• Ensuite, créez un schéma de circuit imprimé avec l'outil logiciel de capture de schémas tel qu'Altium Designer. Il affichera où placer les composants et le fonctionnement de la carte dans un appareil prévu.
• Ensuite, concevez votre empilement de PCB car il déterminera l'impédance (la vitesse/la quantité d'électricité qui se déplace sur une piste de PCB).
• Cinquièmement, définissez les exigences et les règles de conception à l'aide des critères d'acceptabilité et des normes de l'IPC. De plus, vous pouvez trouver un fournisseur de circuits imprimés connaissant les règles standard pour limiter les retards de projet et les révisions constantes.
• Maintenant, placez délicatement les composants à l'aide d'une fiche technique sur chacun d'eux à l'aide de soudure fondue. Ensuite, vous pouvez procéder au placement via une disposition mécanique et une conception de PCB.

(composants électroniques)

• Insérez des trous de perçage en fonction de la connexion et des composants. La moitié des circuits imprimés flexibles ont des côtés doubles, ce qui signifie qu'ils se connectent au trou de perçage sur la couche la plus basse.

(circuit flexible)

• Plus tard, acheminez les pistes individuelles après avoir lacé les trous de forage et les composants comme les composants passifs. Ensuite, incluez des marquages, des étiquettes et des identifiants dans la disposition de la carte pour indiquer où se trouvent des composants particuliers sur la carte.
• Enfin, mais non des moindres, générez vos fichiers de mise en page/conception lorsque le contour du tableau est terminé. Vous êtes maintenant officiellement prêt pour l'assemblage, la fabrication et la fabrication de PCB (du concept à la production).

Meilleur logiciel de conception de PCB gratuit

Cette section contient une liste compilée de logiciels/outils de conception de circuits imprimés légitimes et gratuits pour les amateurs.

Ils sont les suivants ;

1. DipTrace ; C'est un logiciel de conception avec une fonctionnalité facile à utiliser qui ne compromet pas sa fonctionnalité. De plus, il est idéal pour tous les niveaux d'apprentissage et peut fonctionner sur des systèmes tels que Linux, Mac et Windows.
2. EasyEDA ; En plus d'être gratuit, EasyEDA fournit un collaborateur d'équipe, un outil de gestion de projet, un concepteur de bibliothèques, un éditeur de PCB et une capture schématique puissante. En outre, il dispose de fonctionnalités illimitées (fonctionnant à la fois hors ligne et en ligne) et peut fonctionner sur les systèmes d'exploitation Linux, Mac et Windows.

EasyEDA

3. fabricant de circuits ; Il vous permet de concevoir sans restriction sur les dimensions du PCB et jusqu'à 16 couches planes + 16 signaux. Il peut en outre aider à la vérification des règles de conception, à la visualisation 3D native et au routage avancé. Cependant, cela ne fonctionne que sur Windows.
4. Autodesk Eagle ; L'outil de conception dispose d'un éditeur de disposition de PCB pour la conception de PCB et d'un éditeur de schémas qui conçoit des schémas de circuit. En plus d'être disponible sur Mac, Linux et Windows, il possède des fonctionnalités telles que le contenu complet de la bibliothèque, le routage des PCB, le placement des composants, etc.
5. Carte PCB Osmond ; Il s'agit du seul logiciel de conception EDA basé sur MAC et prend en charge la conception de la disposition des circuits imprimés et la capture schématique. De plus, il peut concevoir des cartes avec jusqu'à 700 broches et dispose de plusieurs couches de carte et de tailles de carte illimitées.
6. Fritzing ; C'est un outil de conception de PCB idéal pour plusieurs ressources pédagogiques car il prend en charge des circuits simples avec le logiciel pour traduire les conceptions sur des PCB, des stripboards soudés ou des planches à pain sans soudure.
7. KiCad ; KiCad est un programme de conception open source populaire qui se lie à FreeCAD pour la conception physique, prend en charge GitHub pour le contrôle de version et s'intègre à la simulation de circuit (Ngspice). Malgré une structure de bibliothèque quelque peu démodée, il dispose d'une suite puissante de fonctionnalités et de fonctionnalités pour les experts et les débutants.
8. Éditeur de mise en page graphique facilement applicable (EAGLE) ; Il s'agit d'un programme de conception EDA offrant aux concepteurs un contenu de bibliothèque complet, un routage de PCB, un placement de composants, etc. En outre, il peut enregistrer des fichiers de forage Sieb &Myer et Excellon, ainsi que des fichiers de mise en page PostScript et Gerber.

Conclusion

Pour résumer, nous avons peut-être défini certaines règles de conception de PCB et fourni une liste d'outils logiciels. Cependant, nous aurions pu négliger certains défis de conception. Par conséquent, si vous avez besoin d'aide, contactez-nous dès aujourd'hui et nous vous mettrons en contact avec un expert en ingénierie de notre équipe pour obtenir de l'aide.