Réalisation d un circuit imprimé avec PROTEL DXP

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1 Réalisation d un circuit imprimé avec PROTEL DXP 1: Création d un nouveau circuit imprimé Afin de bénéficier de la pré-configuration des règles de conception exposées dans la parties "règles de conception", que l on soit dans une structure de projet ou bien qu il s agisse d un circuit isolé, un nouveau circuit doit être créé de la façon suivante: Dans l onglet "Files", aller dans la section "New from existing file" et choisir "Choose document". La fenêtre de dialogue qui s ouvre permet d ouvrir le fichier "LPKF_ISEN_maxsize_Vxxx.pcbdoc". Ensuite, sauvegarder le PCB sous un nom correspondant au projet (indispensable). Les différentes options concernant la carte dans son ensemble sont regroupées sous "Design -> Board Options", elles sont prépositionnées à des valeurs compatibles avec les règles de conception. 2: Importation de la netlist et des composants dans le PCB Se placer dans le schéma. Sous le menu "Design" doit maintenant se trouver le sous-menu: "Update <nom_de_votre_pcb>". Si ce n est pas le cas, c est soit que votre PCB n appartient pas au projet, soit que vous n avez pas sauvegardé le PCB (voir partie précédente). Exécuter Update <nom_de_votre_pcb>. La fenêtre Enineering Change Order apparaît, dans laquelle vous allez dé sélectionner la section "Add rooms" puis successivement cliquer sur "Validate Changes" et "Execute Changes". Si tout se passe bien, les composants du schéma sont importés en bas à droite de la fenêtre PCB. Les composants sont reliée entre eux par des fils qui figurent les liaisons à effectuer, ces fils disparaissant au fur et à mesure de l avancement du routage. Si certains composants n apparaissent pas, c est probablement que leur empreinte n a pas été trouvée dans les librairies en ligne, c est souvent le cas lorsque l on utilise des composants créés par soi-même. Pour la suite, il faut savoir que: la touche "Echap" annule toute commande La touche "PgUp" exécute un zoom avant La touche "PgDwn" exécute un zoom arrière Double cliquer un objet fait apparaître sa fenêtre de propriétés 3: Placement des composants Le placement s effectue manuellement. Les fils de connexion sont une aide précieuse afin de placer les composants de telle sorte qu il y ait un minimum de connexions qui se croisent, ce qui facilitera évidemment le routage par la suite. 3.1: Déplacer un composant Il suffit de placer la souris sur le composant désiré puis de maintenir enfoncée le bouton droit pour déplacer le composant. Pendant le déplacement, il est possible d opérer une rotation du composant en actionnant la barre d espace (90 par action). 3.2: Rechercher un composant pour le placer Les composants sont importés et placés en vrac dans la partie en bas à droite du PCB. Si le circuit est complexe, il devient difficile de trouver un composant particulier dans le tas. Pour ce faire, il convient d opérer de la façon suivante: actionner successivement les touches "m" et "c" cliquer sur une partie du PCB où ne se trouve aucun composant la fenêtre "Choose Component" apparaît sélectionner "Move component to cursor" choisir dans la liste de composant à déplacer puis "OK", il sera maintenant attaché au curseur le placer à l endroit désiré puis clic gauche pour le placer cliquer sur une partie du PCB où ne se trouve aucun composant pour en placer un autre et ainsi de suite 1

2 actionner la touche "Echap" pour terminer cette opération. 3.3: Changement de face Par défaut, les composants sont placés sur la face dite "Top Layer". Il est possible de placer le composant sur la face "Bottom Layer", ce qui peut parfois faciliter le routage, notamment avec des composants CMS. Pour ce faire: double cliquer sur le composant sa fenêtre de propriétés apparaît dans le cade "component properties" à la ligne "Layer", choisir la face désirée puis "OK" 4: Routage des connexions Le routage des connexions est réalisé sur les niveaux Top Layer et Bottom Layer pour un circuit double face, sur le niveau Top Layer ou Bottom Layer pour un circuit simple face. Nous allons utiliser la fonction "Interactive Routing" qui a notamment pour propriété d interdire les connexions si le point d arrivée n est pas connecté au même noeud ou si les distances minimales autorisées entre la piste dessinée et les autres pistes ou pads ne sont pas respectées. Ces propriétés assurent donc un routage exempt d erreur de connexion et exempt de violation de règles de dessin. 4.1: Routage sans changement de face choisir le layer pour effectuer la connexion en sélectionnant l onglet correspondant au bas de la fenêtre PCB sélectionner "Place" puis "Interactive Routing" cliquer sur un pad de composant relié à la connexion que l on veut router: le routage commence ici tirer la connexion, chaque clic gauche place un point de cassure permettant un changement de direction une fois arrivé à destination, double cliquer à gauche puis clic droit pour terminer la connexion. Par défaut les pistes auront 32 mil de large (0,8mm), mais on peut changer cette valeur en début de routage. Pour cela, commencer le routage comme expliqué ci-dessus et avant de réaliser la première cassure, appuyer sur la touche "Tab" pour faire apparaître la fenêtre "Interactive Routing" et modifier la propriété "Trace Width" à la valeur désirée (10 mil minimum!). Il est possible de changer la largeur d une piste à chaque point de cassure, ce qui permet par exemple de réduire localement la largeur d une piste pour la faire passer entre deux pads rapprochés. 4.2: Routage avec changement de face choisir le layer pour effectuer la connexion en sélectionnant l onglet correspondant au bas de la fenêtre PCB sélectionner "Place" puis "Interactive Routing" cliquer sur un pad de composant relié à la connexion que l on veut router: le routage commence ici tirer la connexion, chaque clic gauche place un point de cassure permettant un changement de direction pour changer de face, placer un point de cassure (clic gauche) puis actionner la touche étoile. Ceci effectue un changement de layer de routage (passage de Top à Bottom ou inversement) et fait apparaître un via. Placer le via par un clic gauche et continuer le routage sur la face opposée. On peut effectuer ces opérations autant de fois que nécessaire pour changer de face sur une même connexion. une fois arrivé à destination, double cliquer à gauche puis clic droit pour terminer la connexion. Les commentaires précédents concernant les modifications des largeurs de pistes s appliquent ici aussi. 4.3: Largeur des pistes et routage pour des liaisons standards La largeur des pistes a peu d importance et dans la mesure où la densité de routage le permet, il est conseillé d utiliser en priorité la largeur standard de 32 mil. Pour les lignes véhiculant des signaux numériques rapides, il faut éviter les angles droits et les jonctions en T, sources de réflexions. 4.4: Largeur des pistes et routage pour les lignes d alimentation et de masse Un routage court et direct est conseillé. Il peut en outre s avérer nécessaire d augmenter la largeur lorsque de faibles résistances de conducteur sont nécessaires. Il en va de même lorsque de forts courants sont susceptibles d être présents et dans ce cas, il convient de prévoir une largeur minimale 2

3 de 0,38mm (15 mil) par ampère (élévation de 20 C, épaisseur de 35µm) et de placer un via par tranche de 200mA si un changement de face est nécessaire. Pour de plus amples renseignements sur le sujet, se référer aux notes d application AN 1149 et AN 1229 de National Semiconductors ( 4.5: Style de routage Pour des raisons de temps de fabrication et d usure de fraise, seuls les angles multiples de 45 sont autorisés. 4.6: Largeur des pistes et routage pour les lignes adaptées Le FR4 est un verre époxy de constante diélectrique εr=4. A titre indicatif, les largeurs de ligne requises pour réaliser une impédance de 50Ω sont les suivantes en fonction des valeurs les plus courantes de H (structure coplanaire CPW, εr=4, épaisseur de cuivre t= 35µm): H εr=4 W t H= 0,4mm :W= 0,78mm H= 0,8mm :W= 1,6mm H= 1,6mm :W= 3,27mm 4.7: Quelques conseils utiles... (1) Dans un premier temps, en double face, mettre en place une stratégie cohérente de routage, par exemple Top pour les pistes verticales et Bottom pour les horizontales. (2) Dans un deuxième temps, minimiser les vias en éliminant les changements de face inutiles (3) Un composant traversant offre des vias pour pas cher... (4) Ne pas hésiter, quand c est possible, à réduire localement la largeur d une piste pour la faire passer entre deux pads rapprochés... (5) Sinon, réduire localement la dimension de deux pads rapprochés pour pouvoir faire passer une piste Minimiser les vias (pour ne pas oublier de les souder par la suite...!) (6) Penser à la soudabilité des composants: par exemple, on ne peut pas souder le Top layer sous un connecteur monté côté Top (et inversement)! Eviter les angles différents de 45 ou 90 : cela augmente fortement le temps d usinage (4) (3) (6) (5) (6) (1) (2) 3

4 5: Modifications du schéma ou du PCB Le concept de CAO repose sur une parfaite cohérence entre les diverses représentation d un même objet, ici le schéma d un côté et le PCB de l autre. Il n est donc pas question d ajouter ou de supprimer des composants sur le PCB, de modifier une empreinte sans réaliser la modification correspondante dans le schéma. De même, toute modification du schéma devra être répercutée sur le PCB. Si des modifications sont nécessaires en cours de routage, la démarche suivante doit être utilisée: modifier le schéma selon les besoins (cela inclut entre autres l ajout ou la suppression d un ou plusieurs composants, de connexions, la modifications de connexions, etc..) Exécuter: Design -> Update <nom_de_votre_pcb>. La fenêtre Enineering Change Order apparaît, dans laquelle vos modifications seront affichées, puis successivement cliquer sur "Validate Changes" et "Execute Changes". Si tout se passe bien, les éventuels nouveaux composants du schéma sont importés en bas à droite de la fenêtre PCB, les éventuelles connexions déjà réalisées mais qui n ont plus lieu d être seront marquées comme erreur. Cette démarche devra être appliquée pour toute modification ultérieure. 6: Trous de fixation Pour assurer un maintien correct, il est nécessaire de prévoir en nombre suffisant des trous de fixation. Pour des vis de 3mm de diamètre, placer aux endroits adéquats des pads (Place > Pad) dont le diamètre de perçage est de 122 mil, et la taille de pastille comprise entre 150 et 240 mil (la taille de la pastille dépend du diamètre de la tête de la vis: attention aux court-circuits possibles entre la vis et d autres pistes si la taille de la pastille est mal choisie) 7: Ligne de découpe externe (Cutting Outside) Une fois les composants placés et les connexions effectuées, vous devez définir la ligne de découpe de votre circuit (Cutting Outside) à l aide d une ligne fermée tracée sur la couche Mechanical1. La forme dessinée n est pas forcément rectangulaire. La présence de cette ligne est obligatoire, dans le cas contraire, la fabrication du circuit sera refusée. 8: Ligne de découpe interne (Cutting Inside) En cas de besoin, il est aussi possible de réaliser des découpes internes (Cutting Inside). Vous devez pour cela définir la ligne de découpe à l aide d une ligne fermée tracée sur la couche Mechanical4. La forme dessinée n est pas forcément rectangulaire. La présence de cette ligne est optionnelle. 4

5 9: Plan de masse Pour les circuits haute fréquence et plus généralement lorsqu une faible impédance de masse est nécessaire, il convient de réaliser un plan de masse. C est un polygone généré de façon automatique sur les couches Top Layer et/ou Bottom Layer et qui relie électriquement un même noeud qui est en général la masse (mais tout autre équipotentielle est aussi possible). La création est appelée par Place -> Polygon Plane... La figure ci-dessus donne un exemple de création avec les options les plus courantes. Pour des raison de temps de fabrication et afin de minimiser l usure de la fraise, il est obligatoire de positionner "Surround Pads With Arcs". Pour les mêmes raisons, les plan de masse en "grillage" ne sont pas autorisés. Il faut positionner "Grid Size" à une valeur inférieure ou égale à "Track Width" pour obtenir un plan de masse massif, et par conséquent, "Grid Size 0 mil" élimine tout risque d erreur (contrairement à ce qui est dessiné, "Grid Size" est l écart entre centres des pistes et non entre bords des pistes!). En cas de non respect d une de ces deux règles, le circuit sera refusé en fabrication. Vous devez définir sur quel niveau va être dessiné le polygone (Top ou Bottom) dans le choix déroulant "Layer". De même, vous devez choisir à quelle équipotentielle sera connecté le polygone par le choix déroulant "Connect to Net". L option "No Net" génère un polygone électriquement flottant, ce qui est fortement déconseillé, notamment aux hautes fréquences. L option "Remove Dead Copper" élimine automatiquement les morceaux de polygone qui ne peuvent être connectés à l équipotentielle choisie (pour des raisons d impossibilité physique de passer une connexion vers ces plans) et qui se retrouvent donc électriquement flottants. L activation de cette option est donc fortement conseillée pour les circuits hautes fréquences. Note sur les plans de masse: par défaut, l espacement entre le plan de masse et les autres connexions est fixé à 20 mil, ceci afin de favoriser le routage de ce plan pour des circuits denses. Pour des circuits de faible densité, il est possible d augmenter cette valeur à 47 mil, ce qui facilite les opérations de soudure et pour les circuits de forte densité, elle peut être diminuée à 10 mil pour faciliter le routage. Pour ce faire, il faut modifier les règles de génération de la façon suivante avant de générer le plan de masse: Aller dans le menu Design -> Rules.., la fenêtre "PCB rules and Constraint editor" apparaît. Sélectionner Design Rules -> Electrical -> Clearance -> clearance_polygon_top (ou bottom) passer le paramètre "Minimum Clearance" de 20 à 10 ou 47mil, puis "Close" ATTENTION: pour des raisons de fabrication, seules les valeurs 10, 20 et 47 mil sont autorisées. 10: Vérifications des règles (DRC) C est une étape indispensable avant fabrication. Elle permet notamment de détecter des erreurs telles que des connexions oubliées. Le DRC est accessible par Tools -> Design Rule Check... 5

6 Une fois passé, il ne doit pas y avoir d autre erreur que celle illustrée ci-dessous: Connexion de plan de masse en erreur. Cette erreur peut être ignorée 11: Génération des fichiers GERBER et EXCELLON Une fois le circuit correctement routé et vérifié, les fichiers servant à la fabrication peuvent être générés. Il est nécessaire de fournir deux types de fichiers: Des fichiers au format GERBER qui définissent le tracé des pistes et des différentes découpes, Un fichier au format EXCELLON qui définit les diamètres et positions des perçages. Selon le type de circuit réalisé (simple ou double face), il faudra donc fournir les fichiers suivants (X: requis, O: optionnel): Fichier Type de données simple face (bottom) simple face (top) double face <nom_du_circuit>.gtl Gerber Top Layer X X <nom_du_circuit>.gbl Gerber Top Layer X X <nom_du_circuit>.gm1 <nom_du_circuit>.gm4 Gerber Mechanical1 (découpe externe) Gerber Mechanical4 (découpe interne) X X X O O O <nom_du_circuit>.txt Excellon (perçage) X X X Cette génération s effectue automatiquement en deux temps, comme indiqué ci-dessous. 11.1: Génération des fichiers GERBER Par le menu File -> Fabrication Outputs -> Gerber Files, la fenêtre de dialogue Gerber Setup" apparaît: Dans l onglet "General", sélectionner "Units: Inches" et "Format: 2:3", Dans l onglet "Layers", sélectionner les layers à générer dans la colonne "Plot" en fonction du tableau ci-dessus. Laisser les colonnes "Mirror" ainsi que "Mechanical layer to add to all plots" sans aucune sélection, Dans l onglet "Drill Drawing", ne rien faire, Dans l onglet "Apertures", sélectionner "Embedded Apertures (RS274X)", Dans l onglet "Advanced", sélectionner: Separate file per layer Suppress leading zeroes Reference to relative origin Unsorted G54 on aperture change Optimize change location commands 6

7 11.2: Génération du fichier l EXCELLON Par le menu File -> Fabrication Outputs -> NC Drill Files, la fenêtre de dialogue NC Drill Setup" apparaît: Sélectionner: "Units: Inches" et "Format: 2:3" Suppress leading zeroes Reference to relative origin Optimize change location commands Puis cliquez sur OK. Une petite fenêtre "Import Drill Data" apparaît. Cliquez sur OK. 11.3: Localisation des fichiers générés A l endroit où les fichiers du projet sont sauvegardés a été créé un répertoire "Project Outputs for <nom_du_projet>" dans lequel se trouvent les fichiers générés. 12: Soumission des travaux Les fichiers nécessaires seront transmis par courrier électronique à bruno.stefanelli@isen.fr ou jeanmarc.capron@isen.fr (merci de ne pas soumettre en double!!!). Le mail doit comporter les dimensions du circuit. Aucune vérification des règles de conception ne sera effectuée 7