La conception de circuits imprimés est un aspect essentiel de l'ingénierie électronique, qui implique la conversion de schémas de circuits en configurations de circuits imprimés prêtes à la production, nécessitant une prise en compte complète de la disposition des composants, de l'intégrité des signaux, de la dissipation de la chaleur et de la compatibilité électromagnétique.
Table des matières
Le processus de base de la conception des circuits imprimés
La conception d'un circuit imprimé comprend généralement les principales étapes suivantes :
- Analyse et planification de la demande
Les ingénieurs planifient les modules de base du circuit et dessinent le schéma du produit en fonction des conditions du site du circuit, de l'étude de marché ou des besoins d'innovation du produit.
Déterminer la fonction du circuit, le type de signal (haute vitesse, basse fréquence, RF, etc.).
Sélectionnez le nombre de couches du circuit imprimé (simple, double ou multicouches).
Déterminer les dimensions, les méthodes de montage et les contraintes mécaniques. - Conception schématique
Dessiner des schémas spécifiques basés sur le schéma du circuit du produit pour matérialiser le système de circuit.
Utiliser des outils EDA (Electronic Design Automation) (par exemple Altium Designer, KiCad, Cadence, etc.) pour dessiner le schéma du circuit.
Assurez-vous que tous les composants sont correctement symbolisés et connectés.
Effectuer un ERC (Electrical Rule Check) pour éviter les problèmes tels que les courts-circuits, les circuits ouverts, etc. - Disposition du circuit imprimé
Après avoir dessiné le schéma, vous devez transférer l'emballage des composants et les informations de connexion des composants dans l'environnement de conception de la carte PCB. Après avoir transféré l’ensemble des composants dans l’environnement de conception de la carte PCB, vous devez disposer les composants en fonction de la forme du châssis du produit, de la structure du panneau, des spécifications CEM, des exigences raisonnables en matière de disposition électrique et des caractéristiques de la structure empilée de la conception de la carte PCB.
Les composants sont placés sur le circuit imprimé conformément au schéma, en tenant compte de facteurs tels que le flux des signaux, la dissipation de la chaleur et la compatibilité électromagnétique (CEM).
Les composants clés (par exemple, MCU, cristal, module d'alimentation) sont priorisés pour la mise en page afin de raccourcir le chemin du signal critique.
Disposition des cloisons : les parties analogiques, numériques et d'alimentation sont séparées pour réduire les interférences. - Câblage du circuit imprimé
Une fois les composants disposés, les lignes pré-dessinées générées selon le tableau des réseaux dans la conception de la carte sont remplies de lignes pleines, et la rationalité du câblage de la carte de circuit imprimé affectera directement la qualité de la carte de circuit imprimé.
Câblage électrique : élargir la ligne électrique, réduire l'impédance, éviter les chutes de tension.
Lignes de signaux : les signaux à grande vitesse (tels que USB, HDMI) doivent contrôler l'impédance, afin d'éviter un alignement trop long.
Traitement de la terre : utilisation d'une mise à la terre en étoile ou pose de cuivre pour réduire le bruit. - DRC (Design Rule Check)
Vérifier si la largeur du fil, l'espacement et les trous de croisement sont conformes aux exigences de fabrication.
Vérifier qu'il n'y a pas de courts-circuits, de circuits interrompus, de réseaux non connectés, etc. - Fichiers de production
Générer un fichier Gerber (pour la fabrication de circuits imprimés).
Fournir le fichier de perçage (NC Drill) et la nomenclature (Bill of Materials).
Règles de conception des circuits imprimés
1. en général, tous les composants doivent être disposés sur la même surface de la carte de circuit imprimé, seule la couche supérieure des composants est trop dense, afin qu'il y ait un certain nombre de dispositifs thermiques très limités et de petite taille, tels que les résistances à puce, les condensateurs à puce, les circuits intégrés à puce, etc. dans la couche inférieure.
2. afin de garantir les performances électriques, les composants doivent être placés sur la grille et parallèlement ou perpendiculairement les uns aux autres, afin d'être ordonnés, beaux, en général, ils ne doivent pas se chevaucher ; les composants doivent être disposés de manière compacte, les composants dans l'ensemble de la disposition doivent être uniformément répartis, denses et cohérents.
3. la distance minimale entre les graphiques adjacents des différents composants sur le circuit imprimé doit être supérieure à 1 mm.
4. le bord du circuit imprimé n'est généralement pas inférieur à 2 mm. la meilleure forme de circuit imprimé est rectangulaire, le rapport longueur/largeur étant de 3:2 ou 4:3. le métrage de la surface du circuit imprimé est supérieur à 200 mm par 150 mm, ce qui doit être pris en compte lorsque le circuit imprimé peut résister à la résistance mécanique.
Compétences en matière de conception de circuits imprimés
Dans la conception de la disposition du circuit imprimé pour analyser l'unité du circuit imprimé, sur la base de la fonction de départ de la conception de la disposition, la disposition de tous les composants du circuit doit se conformer aux principes suivants :
1.conformément au flux du circuit, organiser l'emplacement de chaque unité de circuit fonctionnelle, de sorte que la disposition facilite le flux des signaux, et faire en sorte que les signaux conservent autant que possible une direction cohérente.
2. prendre le composant principal de chaque unité fonctionnelle comme centre et l'organiser autour de lui. Les composants doivent être disposés de manière uniforme, intégrale et compacte sur la carte de circuit imprimé, afin de minimiser et de raccourcir les fils et les connexions entre les composants.
3. les circuits fonctionnant à des fréquences élevées doivent tenir compte des paramètres de distribution entre les composants.Les circuits généraux devraient, dans la mesure du possible, être disposés en parallèle, ce qui est non seulement beau, mais aussi facile à charger et à souder, et facile à produire en série.
Points clés pour la conception des circuits imprimés
- Intégrité du signal (SI)
Les signaux à grande vitesse doivent être adaptés à l'impédance afin d'éviter les réflexions et la diaphonie.
Utiliser des paires différentielles (par exemple, USB, LVDS) et maintenir des longueurs d'alignement égales. 2. - Intégrité de l'alimentation (PI)
Use decoupling capacitors (0.1μF near IC power pins).
Les cartes multicouches peuvent utiliser des plans d'alimentation pour réduire le bruit. - Compatibilité électromagnétique (CEM)
Éviter l'alignement en angle aigu pour réduire le rayonnement à haute fréquence.
Tenir les lignes de signaux critiques à l'écart des zones d'horloge et de haute fréquence. - Gestion thermique
Composants à courant élevé (tels que MOSFETs, LDOs) pour augmenter le dissipateur de chaleur.
Disposition raisonnable des composants générateurs de chaleur afin d'éviter les surchauffes localisées. - Manufacturabilité (DFM)
La largeur de ligne/l'espacement est conforme aux capacités du processus du fabricant de PCB (par exemple, largeur de ligne minimale de 6 mils).
Évitez les vias trop petits (par exemple, moins de 0,3 mm peut augmenter le coût).
Résumer
Conception de circuits imprimés est un élément important de l'ingénierie électronique. Une bonne conception peut améliorer la stabilité du circuit, réduire le bruit et optimiser les coûts de production. Maîtriser le flux de base, se concentrer sur l'intégrité des signaux, la gestion de l'alimentation et la CEM, et vérifier à l'aide d'outils professionnels permet d'améliorer considérablement la qualité de la conception des circuits imprimés.
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