Création des fichiers nécessaires à la gravure de cartes électroniques par Cirly

KiCad

Résumé rapide

  1. Créez le circuit avec Eeschema
  2. Contrôlez l'absence d'erreurs avec le Contrôle de Règles Électriques
  3. Associez les empreintes aux différents composants avec CvPcb
  4. Créez la netliste pour Pcbnew
  5. Ouvrez Pcbnew et lisez la netliste créée précédemment
  6. Routez le circuit imprimé
  7. Vérifiez l'absence d'erreur de routage (avec les bonnes règles)
  8. Créez les fichiers Gerber avec l'outil Tracer

Exemple détaillé

On va détailler les différentes étapes présentées dans le résumé avec un exemple précis: un circuit pour simuler un lancer de dés, utilisé au ClubElek pour des formations pour les débutants en électronique.

 Schéma de principe

Ce circuit sera constitué d'un oscillateur (un circuit qui inverse périodiquement son signal de sortie, comme un NE555 en mode astable), d'un compteur (un circuit qui compte les impulsions reçues, comme le C4017B de Texas Instruments) et des LED.

Liste du matériel nécessaire:

  • 1 NE555
  • 1 CD4017B
  • 1 bouton
  • 3 résistances de 10 kΩ et 7 de 4,7 kΩ
  • 2 condensateurs de 10 nF
  • 7 LED (de n'importe quel type)
  • 8 diodes 1N4444
  • 1 connecteur pour batterie 9V
  • 1 batterie 9V
1: créez le circuit avec Eeschema

Une fois que votre circuit est dessiné sur papier, vous pouvez le recréer sur KiCad.
Ouvrez Eeschema et placez les différents éléments (pour les retrouver facilement, utilisez la barre de recherche: R devrait donner directement une résistance, C un condensateur, D une diode, LED une LED, …) ainsi que les références de tension (+9V et GND). Tous les composants sont disponibles dans les librairies par défaut de KiCad, donc il n'y a pas besoin de créer des composantes sur les éditeurs (sauf si vous en avez l'envie).
N'oubliez pas de rajouter PWR_FLAG à VCC et GND (pour éviter qu'un avertissement s'affiche dans la prochaine étape), puis connectez le tout avec les fils et les labels.
SI tout se passe correctement, vous devriez avoir un schéma électrique équivalent à celui-ci (dans le sens où les composants sont reliés de la même façon dans les deux, que ce soit avec des fils, des bus ou des labels).

 Exemple de schéma du circuit.

2: contrôlez l'absence d'erreurs avec le Contrôle de Règles Électriques

Une fois obtenu un circuit “cohérent”, appuyez sur le bouton pour le contrôle des règles électrique (celui avec une coccinelle, vers la droite de la barre en haut de l'écran) et lancez le contrôle. Il faut d'abord donner un nom à tous les composants (C1 ou C1003 pour un condensateur, et non pas C?), ce qui peut se faire rapidement en appuyant sur le bouton à gauche du précédent. Le DRC (son petit nom) va vérifier que vous n'ayez pas fait des erreurs bêtes comme laisser des pattes non connectées (sans l'avoir spécifié) ou bien de relier deux sorties entre elles. Le cas échéant des flèches vont vous indiquer où sont les erreurs à corriger.

 Flèches indiquant un avertissement (la verte: patte non explicitement non connectée) et un erreur (la rouge: deux sorties sont reliées entre elles).

3: associez les empreintes aux différents composants avec CvPcb

Si l'étape précédente n'a pas donné d'erreurs, vous êtes prêts à associer à chaque composant son empreinte (c'est-à-dire ses dimensions sur le circuit imprimé). Selon les dimensions du circuit, cette partie peut être très facile ou très pénible. En effet, il faut associer à chaque composant son empreinte à la main, et les bibliothèques standard regorgent d'empreinte (par exemple pour les résistances il y a les traversantes (THT) et celles montées en surface (SMD), celles parallèles à la carte et celles perpendiculaires, qui plus est en différentes dimensions, … Heureusement on peut afficher les empreintes (de sorte à avoir la bonne) et les filtrer par mots-clé, mais ce travail est quand même fastidieux.

 Vue de CvPcb, le logiciel dédié à l'association composant-empreinte. Vous pouvez voir que l'association est terminée, mais aussi la quantité d'empreintes présentes.

4: créez la netliste pour Pcbnew

Par rapport à l'association d'empreintes, cette étape est très simple. Il suffit d'appuyer sur le bouton “Génération de netliste” (facilement reconnaissable par le NET qu'il affiche) et laisser les options par défaut pour Pcbnew. Une fois le nom pour votre fichier .net choisi, il devrait se créer sans problèmes.

5: ouvrez Pcbnew et lisez la netliste créée précédemment

Fermez Eeschema et ouvrez Pcbnew. Ensuite, cliquez sur le bouton “Lire Netliste” (qui a “étrangement” le même visuel que le bouton dans Eeschema). Il y a beaucoup d'options, mais laisser celles par défaut devrait convenir dans la grande partie des cas.

N.B.: si Pcbnew se plaint que la Netliste contienne des composants dont il ne trouve pas le nom logique, cela signifie qu'ils pourraient faire référence à des librairies indisponibles (ce qui peut arriver si vous jonglez entre Windows et Linux par exemple). Revenez à l'étape 3 et modifiez les composants incriminés.

6: routez le circuit imprimé

Si l'étape précédente s'est bien déroulée, vous devriez avoir toutes les empreintes à peu près au même endroit et des fils indiquent les connexions à faire.  Composants ajoutés après lecture de la Netliste. Remarquez le contour jaune: il représente les contours de la carte (dans la couche Edge.Cuts).

Soyez concentrés: le routage de la carte est un travail très complexe et qui dépend de beaucoup de facteurs: la position des différents composants, le type de carte (et le nombre de couches disponibles), les dimensions souhaitées pour la carte, l'ordre de routage des composants, …

 Situation après placement des composants sur la carte.

Ce n'est pas rare de devoir revenir en arrière car les pistes déjà routées en bloquent d'autres. Après un certain bout de temps (des minutes? des heures? des jours?) vous devriez avoir un circuit routé.

 Circuit routé en mono-couche avec les paramètres par défaut.

 Circuit routé en ajoutant un plan de masse.

 Circuit routé en double-couche avec les paramètres par défaut.

 Circuit routé en double-couche avec un plan de masse.

7: vérifiez l'absence d'erreur de routage (avec les bonnes règles)

Une fois le routage terminé, il faut vérifier l'absence d'erreurs de routage (deux câbles trop proches, pins non connectées, …). Pour cela, il faut appuyer le bouton dédié (qui représente lui aussi une coccinelle) et vérifier que les règles choisies soient correctes. Elles dépendent notamment des performances de la graveuse (largeur du circuit, …).

N.B.: si vous vous apercevez trop tard qu'elles sont incorrectes, il faut les changer et espérer qu'il n'y a pas de violations. Dans le cas contraire, il faudra refaire les connexions impliquées (ce qui peut porter à refaire toute l'étape 6).

8: créez les fichiers Gerber avec l'outil Tracer

Bravo à vous, qui avez réussi à passer sans (trop de) difficultés le routage et la vérification de votre circuit! Il ne vous reste plus qu'à créer les fichiers Gerber, qui seront utilisés par Cirly pour fabriquer vos circuits imprimés. Appuyez sur le bouton “Tracer” (proche de “Imprimer”) et choisissez le format Gerber. Vérifiez d'avoir sélectionné toutes les couches nécessaires et les bonnes options (celles par défaut devraient convenir). Vous n'aurez plus qu'à appuyer sur le bouton “Tracer” pour obtenir vos fichiers Gerber (et aussi ceux de perçage avec un autre bouton).

 Fichiers Gerber vus avec GerbView. La couche verte représente la couche supérieure de cuivre (F.Cu) et la bleu celle supérieure des empreintes (F.SilkS).

 Fichiers Gerber du circuit double-couche avec GerbView.

Vous n'aurez plus qu'à les envoyer à Cirly en suivant les instructions de ceux qui l'ont déjà fait et attendre de les recevoir.