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
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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
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✔ 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
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 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
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✔ 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.
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✗ 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 …
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✔ 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
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✔ 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 :
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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
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✗ 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"
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