Dix règles d'or : les meilleures pratiques pour optimiser la conception des circuits imprimés

Malgré l'intégration croissante des semi-conducteurs et la disponibilité de systèmes sur puces (SoC) prêts à l'emploi pour de nombreuses applications, ainsi que l'accessibilité croissante de cartes de développement puissantes et prêtes à l'emploi, de nombreux cas d'utilisation de produits électroniques nécessitent encore des PCB personnalisés. Même un PCB standard peut jouer un rôle essentiel dans les projets de développement uniques.

Le PCB sert de plate-forme physique pour la conception et constitue le composant le plus flexible pour la conception de systèmes électroniques avec des composants bruts. Cet article présente plusieurs règles d'or pour la conception de PCB, qui sont restées en grande partie inchangées depuis la naissance commerciale de la conception de PCB il y a 25 ans et sont largement applicables à divers projets de conception de PCB. Ces règles fournissent des conseils importants à la fois pour les jeunes ingénieurs en conception électronique et pour les fabricants de circuits imprimés plus établis. Ci-dessous, nous décrivons les dix règles de conception les plus efficaces que les ingénieurs en conception électronique doivent retenir et mettre en œuvre lorsqu'ils utilisent un logiciel de conception pour la conception de PCB et la fabrication commerciale. Les ingénieurs n'ont pas besoin de suivre ces règles par ordre de temps ou d'importance relative ; le simple fait de les respecter toutes peut grandement améliorer la conception du produit.

Règle 1 : Choisissez la bonne grille.

Définissez et utilisez toujours un espacement de grille pouvant accueillir le plus grand nombre de composants. Bien que plusieurs grilles puissent sembler utiles, si les ingénieurs réfléchissent de manière plus critique au cours des premières étapes de la conception de la disposition des PCB, ils peuvent éviter les problèmes lors de la définition de l'espacement et maximiser l'utilisation de la carte de circuit imprimé. Étant donné que de nombreux appareils sont disponibles dans des tailles de boîtier différentes, les ingénieurs doivent utiliser les produits les plus avantageux pour leurs conceptions. De plus, les polygones sont essentiels pour le coulage du cuivre sur les cartes de circuit imprimé ; les cartes à plusieurs grilles peuvent entraîner des écarts de remplissage de polygones, qui, bien que moins standardisés que les cartes à grille unique, peuvent offrir une durée de vie plus longue que celle requise pour la carte de circuit imprimé.

Règle 2 : Gardez les chemins courts et directs.

Cela peut paraître simple, mais il faut s'en souvenir à chaque étape, même s'il faut pour cela modifier la disposition du PCB pour optimiser la longueur des pistes. Cela est particulièrement vrai pour les circuits analogiques et numériques à grande vitesse, où les performances du système sont souvent limitées par l'impédance et les effets parasites.

Règle 3 : Utiliser les couches d’alimentation pour gérer la distribution de l’alimentation et de la terre.

Le coulage de cuivre sur les couches d'alimentation est souvent le choix le plus rapide et le plus simple pour la plupart des logiciels de conception de circuits imprimés. En partageant un grand nombre de pistes, il garantit que le courant est fourni avec une efficacité maximale et une impédance ou une chute de tension minimale tout en fournissant des chemins de retour de mise à la terre adéquats. Si possible, plusieurs lignes d'alimentation peuvent passer dans la même zone du circuit imprimé, garantissant que la couche de terre couvre la majeure partie d'une certaine couche du circuit imprimé, ce qui est bénéfique pour l'interaction des pistes fonctionnant sur des couches adjacentes.

Règle 4 : regroupez les composants associés avec les points de test requis.

Par exemple, placez les composants discrets requis pour un amplificateur opérationnel à proximité de l'appareil afin que les condensateurs de dérivation et les résistances puissent collaborer avec la même masse, contribuant ainsi à optimiser la longueur de trace mentionnée dans la règle 2 et facilitant les tests et le dépannage.

Règle 5 : Répétez le PCB requis sur un panneau plus grand pour l'empilement de PCB.

Le choix de la taille la mieux adaptée à l'équipement du fabricant permet de réduire les coûts de conception et de fabrication des prototypes. Commencez par disposer le circuit imprimé sur le panneau, contactez le fabricant du circuit imprimé pour connaître les spécifications de taille de panneau souhaitées, puis modifiez vos spécifications de conception et essayez de répéter votre conception plusieurs fois dans ces tailles de panneau.

Règle 6 : Consolider les valeurs des composants.

En tant que concepteur, vous pouvez sélectionner des composants ayant des valeurs différentes, mais des performances similaires. En consolidant dans une plage de valeurs standard plus restreinte, vous pouvez simplifier la nomenclature et potentiellement réduire les coûts. Si vous disposez d'une gamme de produits PCB basée sur des valeurs de composants préférées, cela profitera également à vos décisions de gestion des stocks à long terme.

Règle 7 : Effectuez des vérifications des règles de conception (DRC) aussi souvent que possible.

L'exécution de la fonction DRC dans un logiciel PCB ne prend que peu de temps, mais dans des environnements de conception plus complexes, effectuer régulièrement des contrôles pendant le processus de conception peut faire gagner beaucoup de temps. C'est une bonne habitude à conserver. Chaque décision de routage est critique, et l'exécution de la fonction DRC peut vous alerter du routage le plus important à tout moment.

Règle 8 : Utilisez la sérigraphie avec souplesse.

La sérigraphie peut être utilisée pour étiqueter diverses informations utiles pour une utilisation future par les fabricants de PCB, les ingénieurs de service ou de test, les installateurs ou les débogueurs d'équipements. Non seulement les étiquettes fonctionnelles et de points de test doivent être clairement indiquées, mais la direction des composants et des connecteurs doit également être marquée dans la mesure du possible, en imprimant même ces annotations sur la face inférieure des composants utilisés sur le PCB (après assemblage). L'application adéquate de la technologie de sérigraphie sur les deux faces du PCB peut réduire le travail répétitif et rationaliser le processus de production.

Règle 9 : Toujours inclure des condensateurs de découplage.

N'essayez pas d'optimiser votre conception en évitant de découpler les lignes électriques et en vous basant sur les limites spécifiées dans les fiches techniques des composants. Les condensateurs sont peu coûteux et durables, alors prenez le plus de temps possible pour les assembler tout en respectant la règle 6, en utilisant des plages de valeurs standard pour garder l'inventaire organisé.

Règle 10 : générer les paramètres de fabrication des PCB et les vérifier avant la soumission.

Bien que la plupart des fabricants de PCB se contentent de télécharger et de vérifier directement, il est préférable de générer vous-même les fichiers Gerber et de les vérifier avec un visualiseur gratuit pour vous assurer qu'ils correspondent à vos attentes, évitant ainsi les malentendus. En vérifiant personnellement, vous pouvez même découvrir des erreurs d'inattention et ainsi éviter les pertes causées par une production selon des paramètres incorrects.

Le partage de conception de circuits étant de plus en plus répandu et les équipes internes s'appuyant de plus en plus sur des conceptions de référence, des règles de base telles que celles décrites ci-dessus resteront une caractéristique essentielle de la conception de circuits imprimés. Nous pensons qu'elles sont essentielles pour la conception de circuits imprimés.