Le PCB (Printed Circuit Board) est un élément central des produits électroniques, utilisé dans presque tous les appareils de différents domaines, des plus petits aux plus grands, des ordinateurs et des télécommunications au matériel militaire. En termes simples, le PCB joue un rôle essentiel dans la mise en œuvre des fonctions des produits électroniques.
Néanmoins, concevoir un circuit imprimé n’est jamais une tâche facile et de nombreuses associations, entre les couches, les composants ou les circuits, doivent être correctement gérées. Une conception mal pensée pourra éventuellement entraîner des défaillances, voire des catastrophes lorsqu’elle fonctionne au sein d’un système électronique. Malgré la difficulté inhérente à la conception de PCB, certains problèmes courants peuvent être résumés afin que tous les concepteurs de PCB en prennent connaissance à l’avance et apprennent à les traiter avant la phase de fabrication du PCB.
REMARQUE : Cet article traite des problèmes et des solutions de conception de PCB sur la base de la participation deLogiciel Altium Designer.
Problèmes de conception de PCB sur le schéma
Problème n°1 : Selon le rapport de l’ERC, il n’y a aucun signal d’accès sur les broches.
Analyse :
a. Les E/S doivent être définies sur les broches lors de l’établissement du boîtier ;
b. Lors de l’établissement ou du placement des composants, l’attribut de non-conformité peut être modifié afin que les broches et les lignes restent libres ;
c. Lors de l’établissement des composants, la broche subit une direction inverse.
Problème n°2 : Les composants dépassent le papier.
Analyse :Les fichiers ne sont pas créés au centre du papier de la bibliothèque de composants.
Problème n°3 : Le netlist du fichier d’ingénierie créé ne peut accéder que partiellement au PCB.
Analyse :L’élément « global » n’est pas pris en compte lors de la génération de la netlist.
Problème n°4 : les composants ne parviennent pas à être tournés.
Analyse :La méthode de saisie doit être changée.
Problèmes de conception de circuits imprimés sur PCB
Problème n°1 : Au cours du chargement du réseau, le nœud de rapport ne se produit pas.
Analyse :
a. Les composants du schéma utilisent peut-être un boîtier qui n’est pas disponible dans la bibliothèque de composants ;
b. Les composants du schéma utilisent des boîtiers incompatibles avec ceux utilisés dans la bibliothèque de composants ;
Problème n°2 : Le réseau de rapports DRC est divisé en plusieurs sections.
Analyse :Ce problème montre que ce réseau n’est pas connecté et que CONNECTED COPPER peut être utilisé pour parcourir le fichier.
Problème n°3 : Dans le processus de fonctionnement, l’écran bleu doit être utilisé le moins possible.
Analyse :Les fichiers peuvent être exportés plusieurs fois pour générer un nouveau fichier DDR afin de réduire la taille du fichier. Le routage automatique n’est pas recommandé lors de la conception de circuits imprimés complexes.
Le routage est une étape tout à fait significative dans la conception de circuits imprimés (PCB) et toutes les étapes qui le précèdent en sont la préparation. En matière de conception de PCB, le routage impose les exigences les plus élevées. Le routage de PCB peut être classé en routage simple face, double face et multi-couches. Deux méthodes de routage sont disponibles : le routage automatique et le routage interactif. Avant le routage automatique, le routage interactif peut être utilisé à l’avance pour les systèmes relativement complexes. Les lignes aux bornes d’entrée et de sortie doivent éviter d’être parallèles les unes aux autres afin d’empêcher la génération d’interférences RF. Des lignes de masse doivent être ajoutées si nécessaire et le routage sur deux couches adjacentes doit être perpendiculaire l’un à l’autre. Les lignes parallèles ont tendance à générer un couplage parasite. Le taux de réussite du routage automatique dépend d’un placement soigneusement étudié et les règles de routage peuvent être définies à l’avance. D’une manière générale, un routage exploratoire peut d’abord être effectué et le chemin de routage doit être optimisé dans son ensemble. Les pistes déjà routées seront ensuite verrouillées et un reroutage sera mis en œuvre afin d’améliorer l’effet global. En ce qui concerne la conception de PCB à forte densité de composants, les vias à eux seuls peuvent difficilement suffire, de nombreux canaux de routage étant gaspillés. Par conséquent,aveugle et enterré viaUne technologie a été créée. Non seulement elles fonctionnent comme des trous traversants, mais elles permettent également d’économiser de nombreux canaux de routage. Par conséquent, le routage peut être plus facile, plus fluide et meilleur.
Problèmes de conception de PCB liés aux interférences et leurs solutions
Des interférences surviennent toujours dans les équipements électroniques au cours du processus de mise au point et d’application, et elles proviennent d’un grand nombre de causes. Parmi toutes ces causes, un routage irrationnel et un placement inapproprié des composants génèrent la plupart des interférences, en plus de celles résultant de l’environnement. Les interférences peuvent éventuellement empêcher les équipements électriques de fonctionner normalement, voire provoquer une panne. Par conséquent, les interférences possibles doivent être limitées dès la phase de conception du PCB.
Problème n°1 : Génération et contrôle des interférences de ligne de terre.
Analyses et solutions :
Si les lignes de masse indiquent un potentiel nul, la différence de potentiel relative de chaque point de mise à la terre dans l’ensemble du circuit devrait également être nulle. Cependant, il est presque impossible de garantir que la différence de potentiel soit absolument nulle, et une très faible différence de potentiel peut éventuellement engendrer des signaux d’interférence qui, après avoir été amplifiés par le circuit d’amplification, affecteront le fonctionnement normal de l’ensemble du circuit.
Pour limiter les interférences, les méthodes suivantes peuvent être utilisées : a. il convient de respecter correctement les directives de mise à la terre ; b. les lignes de masse numériques doivent être séparées des lignes de masse analogiques ; c. les lignes de masse doivent être épaissies autant que possible ; d. la mise à la terre doit être réalisée sur la plus grande surface possible.
Problème n°2 : Interférence et contrainte de puissance.
Analyse et solutions :Les interférences d’alimentation proviennent peut-être d’une conception, d’un routage ou d’un schéma de disposition irrationnels. Par conséquent, les boucles AC-DC ne doivent pas être reliées entre elles lors du routage et les lignes de masse ne doivent pas courir en parallèle avec la grande boucle. De plus, les lignes d’alimentation et les lignes de signal ne doivent pas être trop proches l’une de l’autre et ne doivent jamais être parallèles. Si nécessaire, des filtres peuvent être ajoutés entre la borne de sortie d’alimentation et l’appareil.
Problème n°3 : EMI (interférences électromagnétiques) et leur limitation.
Étant donné que les composants sont disposés de manière dense, si une conception irrationnelle est mise en œuvre, des interférences EMI apparaîtront, telles que des interférences de paramètres distribués et des EMI de composants. Des mesures correspondantes doivent être prises pour éliminer les différentes interférences.
Analyses et solutions :
a. Couplage parasite entre circuits imprimés. L’effet du paramètre de distribution entre deux conducteurs parallèles très proches équivaut à celui d’une inductance et d’une capacité se couplant réciproquement. Les signaux circulent dans un conducteur tandis que des signaux inductifs sont générés par l’autre conducteur. Ainsi, les lignes de signal ne doivent jamais être conçues parallèlement les unes aux autres lors de la conception du PCB, ou bien des lignes de blindage peuvent être utilisées pour contenir les faibles signaux parasites afin de stopper les interférences.
b. Interférences entre les parties magnétiques. Les haut-parleurs et les électroaimants produisent un champ magnétique constant, tandis que les transformateurs haute tension et les relais produisent un champ magnétique alternatif. Ces deux types de champs magnétiques génèrent des interférences sur les composants périphériques et les pistes imprimées, et des mesures de suppression correspondantes peuvent être prises en fonction des différentes situations :
• La découpe sur les lignes imprimées provoquée par les lignes magnétiques doit être réduite.
• Les positions des deux éléments magnétiques doivent rester perpendiculaires l’une à l’autre selon deux directions magnétiques différentes afin de réduire le couplage entre les deux éléments.
• La source d’interférences doit être dotée d’un blindage magnétique et le capot de blindage doit être correctement relié à la terre.
Problème n°4 : Interférence et contrainte thermiques.
Analyses et solutions :lorsque des appareils à haute puissance fonctionnent, ils présentent généralement une température si élevée que des sources de chaleur sont présentes dans le circuit, ce qui entraîne des interférences sur le circuit imprimé. Par conséquent, les composants sensibles à la température doivent être placés loin des parties génératrices de chaleur pendantConception de routage de PCBet les sources de chaleur doivent être placées à l’extérieur de la carte, dans l’air, afin d’empêcher la chaleur générée de se transférer ou la dissipation thermique de se produire. Si nécessaire, une feuille de dissipation thermique doit être installée.
La conception de circuits imprimés est complexe et implique une coordination précise entre les couches, les composants et les circuits. Une mauvaise conception peut entraîner des problèmes de fonctionnalité ou des défaillances. En identifiant les problèmes de conception courants, tels que les défauts de schéma, les inefficacités de routage et les problèmes d’interférences, les concepteurs peuvent traiter efficacement les problèmes prévisibles afin de livrer des produits stables et robustes.
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