Qu'est-ce que la capture de schéma ?
Introduction
En clair, la capture de schéma est le processus qui consiste à convertir une conception sur papier en une représentation électronique que des outils logiciels comme les progiciels de simulation de circuits ou de conception de PCB peuvent traiter.
Principes de base
Un schéma de circuit est avant tout une liste de composants et les liens entre les connexions de ces composants. Il peut s'agir de composants électroniques, que ce soit une simple résistance ou une puce de circuit intégré complexe ou un FPGA, mais aussi de composants mécaniques comme des connecteurs, des cadrans ou des commutateurs.
Le processus de capture de schéma doit inclure tout ce qui, dans la conception du circuit, est nécessaire à son fonctionnement, y compris les connexions électriques et leur environnement. Il est donc primordial de prêter attention aux détails ; toute omission dans la conception de circuit capturée sous forme de schéma peut entraîner des problèmes ultérieurement, lorsque les choses ne fonctionnent pas comme prévu, ainsi que des diagnostics et des actions correctives qui peuvent s'avérer coûteux.
Le résultat du processus de capture de schéma se présente généralement sous la forme d'une netlist qui peut être importée dans d'autres logiciels, comme un programme de simulation ou un progiciel de conception de circuits imprimés.
Règles d'or
Lors de la création d'un schéma, quelques conseils permettent de gagner du temps et d'éviter des problèmes par la suite.
- Le trajet du signal doit toujours aller de gauche à droite, de l'entrée à la sortie. De même, les alimentations doivent être alimentées de haut en bas. Cette convention permet à toute personne regardant le schéma de comprendre immédiatement d'où viennent et où vont les signaux, quelles lignes acheminent les signaux et quelles lignes acheminent l'alimentation.
- Tous les libellés doivent respecter une convention de dénomination cohérente afin d'aider le lecteur à comprendre et à mettre en évidence les problèmes potentiels. Par exemple, on remarquera immédiatement une connexion libellée comme une ligne d'alimentation mais qui est positionnée comme une ligne de signaux, ce qui permet de gagner du temps lors de la résolution de problèmes à un stade ultérieur du processus de conception ou de fabrication.
- Dans la mesure du possible, les lignes ne doivent pas se croiser ni converger afin d'éviter toute confusion quant à l'existence ou non d'une connexion entre les lignes. L'utilisation de symboles universels pour les connexions d'alimentation peut permettre de réduire le nombre de lignes et rendre le schéma plus clair. Si des lignes doivent se croiser, faites en sorte de l'indiquer au lecteur. Si des lignes se rejoignent, limitez-vous au maximum à trois lignes. Si plus de trois lignes se rejoignent en un point, on risque de les confondre avec des lignes qui se croisent.
- Si le schéma est si grand qu'il occupe plusieurs pages, séparez les composants de manière à ce que chaque page comporte des blocs fonctionnels complets plutôt que de placer ces blocs de manière aléatoire sur les pages. Les connexions, là où les lignes passent entre les pages, doivent être identifiables.
- N'oubliez pas les composants qui ne font pas partie de la conception fonctionnelle : condensateurs de découplage, filtres secteur, dispositifs de protection contre la foudre. Dans le monde réel, le fonctionnement d'un appareil nécessite de nombreux composants qui ne font pas partie de ses fonctionnalités de base. Si vous oubliez de les inclure dans la capture du schéma, les résultats de la simulation seront invalidés et vous aurez de gros problèmes s'ils ne sont pas inclus dans la conception du PCB.
- Enfin, si un aspect du schéma n'est pas clair, ajoutez une note explicative. Lorsque vous regarderez de nouveau le schéma après avoir cessé de penser au circuit et que vous ne vous souviendrez plus de certaines des décisions de conception que vous avez prises à ce moment-là, vous serez content de l'avoir fait.
Simulation de circuit
Il existe des outils de simulation qui permettent d'utiliser une conception de schéma, de stimuler les entrées et de surveiller les sorties théoriques. Ces outils permettent au concepteur de tester la conception du circuit dans toutes les configurations d'entrée possibles, de vérifier que le circuit fonctionne comme prévu et de valider le circuit par rapport aux exigences globales du dispositif qu'il met en œuvre.
Pour chaque composant et signal d'entrée inclus dans le schéma, il est nécessaire de définir des paramètres de fonctionnement et des caractéristiques de performance. Les informations sur les composants standard sont souvent disponibles dans des bibliothèques de données, mais les composants sur mesure ou inhabituels peuvent nécessiter la définition et la saisie de ces informations. N'oubliez pas que la qualité de la simulation dépend des données qu'elle utilise. Toute erreur, aussi minime soit-elle, peut entraîner des résultats trompeurs ou non représentatifs qui ne seront peut-être visibles que lorsque le dispositif assemblé fonctionnera.
Un point important à retenir est que les outils de simulation montrent le comportement du circuit dans des conditions parfaites. Par conséquent, à moins d'être ajoutés au modèle, ils ne tiendront pas compte des effets du monde réel comme les pertes sur la ligne dues à l'impédance ou la génération de bruit rayonné. En outre, ils ne tiendront pas compte les interférences dues aux émissions de bruit rayonné ou conduit reçues, de la diaphonie entre les lignes de signaux et d'autres effets indirects.
Un concepteur compétent cherchera à déterminer si la conception de son circuit est sensible à de tels facteurs et les intégrera dans la conception du PCB sous forme de contraintes qui se traduiront par des paramètres de largeur minimale et de longueur maximale des pistes, ainsi que des contraintes de séparation des pistes et des exigences en matière de protection et de blindage.
Conception de PCB
Différents outils permettent de transformer automatiquement une conception de schéma en un plan de circuit imprimé, en optimisant le positionnement des composants et des pistes pour accroître les performances et respecter les contraintes spécifiées. Cependant, il est important de toujours revérifier la conception du schéma avant de se lancer dans la fabrication de la carte. La plupart des progiciels comportent des fonctionnalités de vérification des règles qui permettent de détecter les erreurs, mais ils ne sauraient se substituer à une revue manuelle.
Des problèmes simples, tels que des condensateurs de découplage placés trop loin des composants, peuvent échapper à la vérification automatique, c'est pourquoi il est important d'être vigilant. Toute erreur, aussi subtile soit-elle, peut se traduire par une perte de temps et d'argent si le PCB ne fonctionne pas. La résolution de problèmes mineurs par le perçage de trous et l'ajout de fils pour contourner les pistes peut être une solution satisfaisante pour la création de prototypes hors-série, mais elle n'est pas idéale pour une production en série.
En résumé
Pour répondre à la question « qu'est-ce que la capture de schéma ? », il s'agit d'un processus qui permet au concepteur de simuler son circuit pour valider sa conception, puis de créer un routage optimal du PCB sans trop d'efforts. Cependant, à chaque étape du processus, le concepteur doit effectuer des vérifications minutieuses pour éviter que des erreurs aient une incidence sur les étapes suivantes. Des outils de simulation et des progiciels de conception de PCB peuvent traiter les schémas et faciliter la vie du concepteur. Toutefois, ils ne sont jamais parfaits, et le concepteur ne doit jamais se fier aux résultats d'un outil sans les vérifier soigneusement.
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