19/03/202024/11/2021.
Pourquoi utiliser un logiciel pour circuit imprimé ?
Jusqu’à présent, j’ai fabriqué pas mal de circuits imprimés, principalement pour l’éclairage des voitures, mais aussi pour des locomotives, sans parler de mes activités professionnelles. Pour cela, j’avais il y a très longtemps utilisé le logiciel Orcad, à l’époque de MS-DOS ! Mais, finalement, j’avais préféré AutoCAD, que je pouvais programmer à ma guise, tant pour les schémas que pour les circuits eux-mêmes. Cela ne posait pas de problème, tant que je réalisais les circuits moi-même.
Mon opinion a quelque peu changé, pour plusieurs raisons :
- je commence à en avoir assez de manipuler des produits chimiques pour la gravure des circuits, produits qui d’ailleurs sont de plus en plus difficiles à trouver, et dont la gestion au point de vue écologique est délicate ;
- les résultats sont de plus en plus médiocres. J’ai l’impression que les plaques d’époxy utilisées, de marque CIF, baissent en qualité : rayures traversantes, bords irréguliers, etc. Ce n’était pas le cas il y a encore un an ou deux ;
- les circuits de qualité professionnelle deviennent très bon marché, avec une excellente qualité, et pour des quantités limitées (généralement, un minimum de cinq circuits identiques), ce qui les rend très abordables par l’amateur.
Pour utiliser des services professionnels, il faut fournir des documents professionnels. Cela implique d’utiliser un logiciel qui produise des fichiers standard pour la fabrication des circuits imprimés, à savoir Gerber pour les cartes elles-mêmes, et Excellon pour les perçages.
Voilà pourquoi j’ai décidé de me mettre à KiCad, logiciel gratuit de conception de circuits imprimé. Gratuit, certes, mais suffisamment puissant pour produire des fichiers de qualité professionnelle.
Le processus de conception
Le processus classique de conception se déroule comme suit :
- dessin du schéma ;
- vérification du fonctionnement en simulation. Cette étape ne sera pas effectuée ici étant donnée la grande simplicité des circuits ;
- création de la netlist (liste des connexions entre composants, qu’en bon français on nomme liste d’équipotentielles) ;
- création de la future carte, en particulier de son contour, en tenant compte de son environnement (lieu d’implantation, arrivée des fils d’alimentation, etc.) ;
- chargement sur cette carte des empreintes des composants grâce à la netlist ;
- placement des composants sur la carte ;
- routage des pistes de liaison entre composants ;
- production des fichiers de fabrication : dessin des pistes, vernis épargne, marquage, perçage, détourage.
Je vais vous décrire dans ce qui suit mes premiers pas, mes difficultés et aussi les quelques critiques que j’ai à formuler dans l’utilisation de ce logiciel. Je précise que je me suis lancé sans trop consulter la documentation (c’est un tort !), et que j’ai peut-être raté des astuces qui m’auraient facilité la vie.
Premiers pas
Pour débuter, j’ai choisi de refaire des circuits d’éclairage de voiture déjà dessinés avec AutoCAD. En effet, j’utilise ce dernier pour l’étude d’implantation : plan de la voiture, distribution des compartiments. Généralement, je place une LED par compartiment, plus une à chaque extrémité pour les toilettes et les plateformes.
La première question a été de trouver la manière d’utiliser ce plan dans KiCad pour l’implantation précise des composants.
Généralement, l’implantation des composants d’un circuit se fait sur une grille au pas anglo-saxon de 1/10 de pouce, soit 2,54 mm, ou des sous-multiples. Mais dans l’application qui m’intéresse, ce n’est pas le cas : je veux respecter la position précise des points d’éclairage, d’autant plus que certaines voitures sont pourvues d’un « faux plafond » percé à l’emplacement exact des compartiments.
Travail préliminaire
Note : ce travail n’est pas indispensable, on peut très bien faire un croquis à main levée et y porter toutes les cotes nécessaires.
Prise d’une photo de la voiture vue de dessus
Il s’agit de la B10 OCEM FL Models World. La photo doit être prise le plus soigneusement possible : axe de visée bien perpendiculaire, point de vue le plus éloigné possible, téléobjectif, pour minimiser les effets de perspective.
Remarque : il ne faut pas se fier absolument à la photo, car des différences de dimensions peuvent apparaître entre les deux extrémités. D’où la nécessité de la prise de cotes directement sur le modèle réduit.
La dimension indiquée (195,7) me permet de déterminer, par une simple règle de trois basée sur les pixels, la largeur de l’image en millimètres (286,0), dans le but de l’importer à sa taille exacte dans AutoCAD.
Utilisation de la photo dans AutoCAD
Après importation de la photo, je commence par tracer les lignes importantes : compartiments, toilettes, ouvertures, etc. Dans la suite, je ne montre qu’un extrait pour plus de lisibilité.
Ensuite, je place les points d’éclairage et leurs axes, y compris pour les toilettes, pour lesquelles il faudra pratiquer une ouverture. Je repère aussi le ou les emplacements possibles pour le condensateur anti-clignotement. Ce plan me permet d’estimer que je pourrai en cas de besoin utiliser un composant de diamètre 8 mm, ce qui correspond à une capacité de 220 µF / 25 V. Je me contente généralement de 100 µF, surtout si toutes les roues captent le courant, comme c’est le cas ici.
Je dessine le contour de la future réglette (en bleu clair). L’image de la voiture a été rendue invisible pour améliorer la lisibilité. On remarque les encoches destinées à recevoir les lames de prise de courant en provenance des bogies.
Je déplace le dessin pour mettre l’origine au point indiqué, sur l’axe horizontal et au bord de la carte.
J’utilise l’outil de cotation pour repérer la position horizontale des composants, à partir de l’origine, en mode Ordonnée. Contrairement à ce qu’on pourrait supposer, ce mode ne mesure pas que les ordonnées, mais aussi les abscisses, en fonction de la position du curseur par rapport au point visé. On voit que, pour le condensateur qui n’est pas dans l’axe, j’ai mesuré à la fois l’abscisse et l’ordonnée du centre.
Notez que tout ce qui ne concerne que la construction ne sera pas conservé pour l’importation dans Pcbnew. Le mieux est d’enregistrer le dessin complet en DWG (ça pourrait encore servir), de supprimer les constructions inutiles et d’enregistrer enfin en DXF.
Dernière chose avant d’enregistrer le dessin en DXF : faire une purge pour supprimer les blocs temporaires créés par la cotation, invisibles ici, mais qui deviendraient visibles sous Pcbnew.
Remarque : il est indiqué dans la documentation de KiCad que ce dernier n’accepte d’importer que des lignes simples (donc pas de polylignes) et que des arcs de cercle. Cependant, il est inutile de décomposer les polylignes : elles sont acceptées et directement transformées en lignes. Les textes sont acceptés.