Saisie de schéma Placement Routage PCB
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Saisie de schéma Placement Routage PCB
TP CAO Kicad (build 2012-01-19) Saisie de schéma Placement Routage PCB JM JEHL Préambule La réalisation d'un circuit imprimé pour une carte électronique nécessite plusieurs étapes : ✗ Pré-étude ✔ Analyse du problème, ébauche du schéma structurel … au crayon sur une feuille de papier, notice de calcul ✔ Validation de la solution sur plaquette d'essais ✗ SAISIE DU SCHEMA structurel en utilisant un logiciel de C.A.O ✔ annotation du cartouche ✔ recherche des symboles de composants en bibliothèque ✔ interconnexion des pattes de composants par noms d'équipotentiels (nets) ou par liaisons graphiques (wires) ✔ annotation des composants (référence et valeur) ✔ Génération du fichier netlist (fichier texte de description des liaisons équipotentielles et des symboles utilisés) ✗ Association des symboles et des empreintes physiques (géométries) ✗ Placement Routage PCB ✔ Définition de la géométrie de la carte circuit imprimé ✔ PLACEMENT ET ORIENTATION des géométries sur la carte circuit imprimé ✔ Configuration des largeurs des pistes de circuit imprimé par liaison équipotentielle ✔ ROUTAGE des pistes Commencer par distribuer les pistes d'alimentation (+12V, +5V, +3V3, …) Router les autres pistes sauf 0V Ajouter un plan de masse (0V) ✔ ANNOTER la couche sérigraphie ✗ IMPRESSION des couches sérigraphie et cuivre sur film transparent ✗ Insolation / gravure / perçage/ soudures / tests 1 Analyse : carte mesure de température 1.1 Cahier des charges (minimum) ✗ Mesure de température [-20° ; +50°] ✗ Précision <1° ✗ Sortie de la carte [0V ; 5V] ✗ point de fonctionnement nominal : 25° ↔ 2,5V ✗ linéarisation par traitement numérique (donc non étudié ici) ✗ encombrement : 25mm x 10mm TP CAO page 1/10 1.2 Solution matérielle ✗ Alimentation par la carte numérique (+5V & 0V) ✔ convertisseur Analogique-numérique 8 bits ✗ Choix du capteur : CTN 2,2k ✔ montage en pont diviseur de tension ✔ filtrage impulsion 100us → 50mV @25°C => 10uF ✗ Connecteur 3 points (+5V ; mesure ; 0V) 1.3 Validation de la solution (simulation Ltspice) 2 SAISIE DU SCHEMA 2.1 Création du projet … après avoir installé Kicad … ✗ créer un dossier « caoTP1 » sur le bureau puis lancer kicad ✗ Fichiers → nouveau → bureau → caoTP1 → capteurTemperature 2.2 Edition du schéma structurel (schématique) : Eeschéma 2.2.1 Création du fichier .sch ✗ Cliquer sur le 1er bouton Eeschema ✔ un message vous indique qu'un nouveau fichier va être créé. 2.2.2 Annotation du cartouche ✗ Fichiers → ajustage opt(ions) de la page ✔ Révision 0.1 TP CAO page 2/10 ✔ Titre : Interface capteur de température ✔ Société : IUT Nancy-Brabois ✔ … ✔ le zoom est disponible de 2 façons : par rotation de la molette de la souris (sans cliquer !) par les boutons traditionnels : 2.2.3 Recherche des symboles de composants en bibliothèque ✗ Par défaut, des bibliothèques de symboles sont installées. Quelques composants spécifiques ont été créés dans une bibliothèque sur pot_com\Tous\kicad. Il faut les rendre accessibles depuis le projet : ✔ menu → préférence → librarie ✔ ajouter → naviguer jusqu'au fichier : ...\pot_com\Tous\kicad\iutLibSymbols.lib ✔ valider ✔ menu → préférence → sauver préférences ✗ Ajouter une résistance sur la feuille schéma : ✔ cliquer dans la barre d'outils de droite sur le bouton « placer un composant » ✔ cliquer sur le schéma (n'importe où ! ) → une fenêtre de sélection s'ouvre → cliquer sur « sélection par viewer » ✔ la liste des bibliothèques disponibles est affichée par ordre alphabétique … REFLEXE : explorer D'ABORD la bibliothèque « iutLibSymbols » … les composants passifs (R, C, D, T...) sont disponibles dans la bibliothèque « device » sélectionner le symbole R puis cliquer sur le bouton pour placer le symbole sur la feuille schéma. 2.2.4 Actions sur les objets ✗ Kicad est très ergonomique : une main sur le clavier, la 2ème sur la souris … LE CLIC GAUCHE EST INUTILE ! ✔ Les commandes principales du clavier sont : M(ove) → déplacer R(otate) → pivote ¼ de tour C(copy) → copie du symbole TP CAO page 3/10 E(dit) → édition de la propriété sous le curseur X → symétrie /axe x Y → symétrie /axe y ✔ toutes ces commandes sont également disponibles par menu contextuel (clic droit) ✗ Ajouter les symboles C, conn3, Thermistor, et power 2.2.5 Interconnexion des pattes de composants ✗ par liaisons graphiques (wires) ✗ par noms d'équipotentiels (nets) appliqué sur un wire ou en nommant directement une patte de composant 2.2.6 Annotation des composants (référence et valeur) ✗ Modifier les propriétés valeurs de chaque symbole TP CAO page 4/10 ✔ au clavier : Commande E sur la proriété ✔ ou à la souris : Edition → Valeur sur le composant ✗ La modification des références peut se faire : ✔ symbole par symbole … ✔ en 1 clic : Outils → Annotation 2.2.7 Vérification des règles électriques (Elect. Rules Check : ERC) ✗ Outils → ERC → Test ERC ✔ 2 messages précisent que les alimentations ne sont pas pilotées … Un logiciel de CAO n'est pas un logiciel de dessin ! La vérification prend en compte la notion d'entrée et de sortie des pattes de composants ✔ Supprimer les marqueurs d'erreurs sur le schéma. ✗ Ajout de PWR_FLG ✔ Comme il est précisé dans l'aide de eeschéma (aide → contenu → « 5.5.4 - Connexion des alimentations ») ajouter et connecter depuis la bibliothèque power les symboles PWR_FLG Relancer la commande ERC 2.2.8 Génération du fichier netlist ✗ Outils → Génération Netlist ✔ un fichier .net est créé. ✗ Ouvrir ce fichier en utilisant un éditeur de texte (wordpad, gedit, …) ✔ observer la rubrique « Pin List by Nets » 3 Association des symboles et des empreintes physiques ✗ Depuis le gestionnaire de projets OU depuis l'éditeur de schéma par le bouton OU ✔ Outils -> Associations Components et empreintes ✔ A la première ouverture de CvPcb un message vous prévient qu'il n'existe pas de fichier .comp … c'est normal. TP CAO page 5/10 ✗ Ajouter la bibliothèque de modules (géométries ) qui contient des empreintes physiques de composants disponibles au département GEII Nancy. ✔ menu → préférence → librairies ✔ ajouter → naviguer jusqu'au fichier : ...\pot_com\Tous\kicad\iutLibModules.lib ✔ valider ✗ Ajouter l'accès au modeles 3D iut : ✔ Chemins de recherche definis par l'utilisateur : ajouter → naviguer jusqu'au fichier : ...\pot_com\Tous\kicad\iutPackages3d ✔ valider ✗ menu → préférence → sauver Fichier Projet ✗ Associer les symboles (issues de la netlist) et les empreintes : ✔ C1 (10uF) → 1aJMJ_C1V5 visualiser en 3D l'empreinte physique sélectionnée : puis bouton ✔ finir les associations avec : comp = "K1" module = "1aJMJ_SIL-3" comp = "R1" module = "1aJMJ_R5" comp = "TH1" module = "1aJMJ_SIL-2" ✗ menu → préférence → sauver Fichier Projet 4 PCB ✗ Depuis le gestionnaire de projets OU depuis l'éditeur de schéma par le bouton OU ✔ Outils -> Editeur de circuit imprimé 4.1 Configuration de l'éditeur de circuit imprimé Pcbnew ✗ Unité de mesure : ✔ Vérifier que la mesure utilisée est le Inch (1 inch = 1 pouce = 2,54cm) : bouton ✗ Régler le pas de grille à 50 mil (millième de pouce) donc 1,27mm : ✗ Importer le fichier netlist : Outils → Netlist OU bouton ✗ cocher les options comme sur la copie d'écran çi-dessous, puis cliquer sur « lire Netlist courante » puis fermer … TP CAO page 6/10 ✔ les composants ont été placés « en vrac » à l'extérieur de la feuille ! 4.2 Placement des composants ✗ Sélectionner la couche Contours_PCB (sélection dans la barre d'outils de gauche) ✗ Dessiner le bord de carte en utilisant l'outil lignes et polygones graphiques … la taille est imposée : ✔ changer le pas de grille à 25 mil ✔ changer l'unité de mesure : Inch → mm ✔ Placer votre curseur au milieu de la feuille ✔ taper la barre espace pour mettre à zéro les coordonnées du curseur (en bas à droite de l'écran) : ✔ dessiner le bord de carte : 25mm x 10mm ✔ changer l'unité de mesure : mm → Inch changer le pas de grille à 50 mil ✗ Activer le mode placement de Pcbnew : ✗ Par menu contextuel (clic droit sur la page), activer « le placement étalé » des modules : ✔ Move et Place Globaux → Déplace tous les modules ✔ Selectionner tous les composants et les déplacer à proximité du bord de carte en utilisant la molette de la souris (zoom) pendant le déplacement. ✗ désactiver les couches inutiles : ✔ onglet autres → couches invisibles ✗ Placer les composants … une main sur le clavier l'autre sur la souris ✔ Le placement du connecteur K1 est imposé : vertical / à gauche / patte 1 en bas ✔ Le placement du connecteur CTN est imposé : Horizontal / en haut ✔ Pour le reste vous êtes libres … mais il faut éviter les croisements des guides ! ✗ Visualiser la carte en 3D … c'est pas mal mais il n'y aucune liaison entre les pastilles. => Routage ✗ AVANT DE ROUTER, imprimer votre carte et vérifier que les composants fournis correspondent aux empreintes sélectionnées. 4.3 Routage 4.3.1 Configuration du routeur ✗ changer le pas de grille à 25 mil ✗ règles de conception → règles de conception ✔ onglet « éditeur de NetClasses » : définir les caractéristiques des pistes de cuivre à utiliser par défaut pour chaque liaison équipotentielle TP CAO page 7/10 ✔ onglet « Règles Générales » : définir les caractéristiques des pistes de cuivre (valeur minimales) et définir des tailles de pistes spécifiques ✔ 4.3.2 Tracé des pistes (sauf 0V) ✗ Placer en surbrillance (highlight net) l'équipotentielle 0V : TP CAO page 8/10 puis clic sur une pastille GND ✗ Activer le mode « ajouter piste et via » ✗ Sélectionner la couche dessous et cliquez, cliquez, cliquez ...! 4.3.3 Plan de masse ✗ Lorsqu'il ne reste que l 'équipotentielle GND à router, activer le mode « addition de zone remplie » : ✔ cliquer sur le coin haut-gauche du bord de carte, un fenêtre de paramétrage apparaît : ✔ finir le tracé (2 clics + 1 double clic) ✔ menu contextuel (clic droit) à l’intérieur de la zone « remplir ou reremplir Toutes les zones » Normalement, toutes les liaisons sont tracées … sauf si les isolations et largeurs minimales sont incompatibles avec le placement des composants. DANS CE CAS, ON MODIFIE LE PLACEMENT, pas les paramètres ! ✗ Le routage est terminé, il reste à effectuer le « contrôle des règles de conception » : outils → DRC ✔ si aucun message n'apparaît, afficher la vue 3D de la carte, faire tourner, zoomer … 5 Exercice TP2 Voir schéma en annexe ✗ comp = "C1" module = "1aJMJ_C2V10" ✗ comp = "C2" module = "1aJMJ_C2" ✗ comp = "C3" module = "1aJMJ_C2" ✗ comp = "C4" module = "1aJMJ_C2" TP CAO page 9/10 ✗ comp = "K1" module = "1aJMJ_SIL-3" ✗ comp = "K2" module = "1aJMJ_SIL-3" ✗ comp = "K3" module = "1aJMJ_SIL-3" ✗ comp = "K4" module = "1aJMJ_SIL-3" ✗ comp = "K5" module = "1aJMJ_SIL-3" ✗ comp = "P1" module = "1aJMJ_SIL-5" ✗ comp = "R1" module = "1aJMJ_R5" ✗ comp = "R2" module = "1aJMJ_R5" ✗ comp = "R3" module = "1aJMJ_R5" ✗ comp = "R4" module = "1aJMJ_R5" ✗ comp = "R5" module = "1aJMJ_R5" ✗ comp = "R6" module = "1aJMJ_R5" ✗ comp = "R7" module = "1aJMJ_R5" ✗ comp = "R8" module = "1aJMJ_R5" ✗ comp = "U1" module = "1aJMJ_DPAK2" ✗ comp = "U2" module = "1aJMJ_LM2937_TO263" ✗ comp = "U3" module = "1aJMJ_supportLcx245" 6 Exercice TP3 Voir schéma en annexe ✗ comp = "C1" module = "1aJMJ_C2" ✗ comp = "C2" module = "1aJMJ_C2" ✗ comp = "C3" module = "1aJMJ_C2" ✗ comp = "D1" module = "1aJMJ_LEDV" ✗ comp = "D2" module = "1aJMJ_LEDV" ✗ comp = "D3" module = "1aJMJ_LEDV" ✗ comp = "D4" module = "1aJMJ_LEDV" ✗ comp = "P1" module = "1aJMJ_SIL-6" ✗ comp = "P2" module = "1aJMJ_SIL-5" ✗ comp = "R1" module = "1aJMJ_R5" ✗ comp = "R2" module = "1aJMJ_R5" ✗ comp = "R3" module = "1aJMJ_R5" ✗ comp = "R4" module = "1aJMJ_R5" ✗ comp = "R5" module = "1aJMJ_R5" ✗ comp = "R6" module = "1aJMJ_R5" ✗ comp = "R7" module = "1aJMJ_R5" ✗ comp = "R8" module = "1aJMJ_Raj" ✗ comp = "R9" module = "1aJMJ_R5" ✗ comp = "R10" module = "1aJMJ_R5" ✗ comp = "serie1" module = "1aJMJ_SIL-3" ✗ comp = "SW1" module = "1aJMJ_KSA" ✗ comp = "U1" module = "DIP-28__300_ELL" TP CAO page 10/10