Conception avec plusieurs PCB

De nombreux produits comprennent plusieurs circuits imprimés interconnectés. Réunir ces cartes dans le boîtier et s’assurer qu’elles se connectent correctement entre elles constitue une étape délicate du processus de développement produit. Les nets ont-ils été correctement affectés sur chaque connecteur ? Les connecteurs sont-ils orientés correctement ? Les cartes enfichables s’emboîtent-elles correctement ? Toutes les cartes connectées tiennent-elles dans le boîtier ? Une erreur à ce stade avancé du cycle de développement produit est coûteuse, tant en frais de reconception qu’en retard de mise sur le marché.

Pour gérer ces aspects, il faut un environnement de conception prenant en charge la conception au niveau système. Idéalement, cet environnement doit proposer un espace permettant de définir le système fonctionnel, ou logique, ainsi qu’un espace où assembler les différentes cartes et vérifier qu’elles se connectent correctement, tant sur le plan logique que physique.

Altium Designer intègre la conception au niveau système au processus de développement des produits électroniques grâce à ses fonctionnalités de conception multi-cartes.

Structure d’un projet de conception multi-cartes

Les produits électroniques avancés sont généralement constitués de plusieurs conceptions de circuits imprimés interconnectées pour créer un système complet et fonctionnel. Qu’il s’agisse d’une conception comprenant une carte principale et un module LCD en face avant ou d’un système complexe à fond de panier actif avec cartes enfichables, tous sont mis en œuvre sous la forme d’un système regroupant plusieurs conceptions de cartes.

Cela nécessite un système de conception de haut niveau permettant de connecter électriquement et physiquement plusieurs conceptions de circuits imprimés « enfants », tout en préservant l’intégrité des connexions entre leurs broches et leurs nets. Altium Designer prend en charge la conception intégrée au niveau système au moyen d’un environnement Multi-board Design dédié qui couvre les aspects logiques (schématique) et physiques (PCB) de la conception du système.

Dans Altium Designer, une conception multi-cartes au niveau système est hébergée dans un type de projet multi-cartes dédié (*.PrjMbd), avec son document de conception logique basé sur un schéma (*.MbsDoc) et ses documents physiques basés sur des PCB (*.MbaDoc). Ces types de documents permettent d’intégrer des conceptions de projets PCB existantes dans l’environnement de conception multi-cartes, où elles sont interconnectées, modifiées et vérifiées en tant que système complet.

Un nouveau projet de conception multi-cartes peut être créé de la même manière qu’un projet de conception de PCB ou de faisceau de câbles. Sélectionnez la commande File » New » Project dans les menus principaux pour ouvrir la boîte de dialogue Create Project. Sélectionnez l’entrée <Empty> ou un modèle de projet disponible dans la liste Multiboard.

Un projet de conception multi-cartes prend en charge les documents suivants :

• Schéma multi-cartes (*.MbsDoc) – des blocs graphiques (modules) représentant les projets PCB enfants sont placés et connectés entre eux pour créer la conception logique du système.

• Assemblage multi-cartes (*.MbaDoc) – ce document est le pendant physique de la conception logique du système définie dans le document de schéma multi-cartes. Il est alimenté par des données PCB importées depuis le projet multi-cartes. Les PCB référencés par les modules du schéma multi-cartes sont chargés dans le document d’assemblage multi-cartes, où vous pouvez positionner chaque carte (ainsi qu’un boîtier, si nécessaire).

• ActiveBOM (*.BomDoc) – contient une nomenclature des composants utilisés dans les projets PCB enfants.

  Nomenclature au niveau système

  Un élément essentiel des données de production d’un projet est un relevé valide des composants nécessaires à la conception et de leurs données associées, consigné sous la forme d’une nomenclature (BOM). Altium Designer propose la fonctionnalité avancée ActiveBOM, qui fournit également des informations en temps réel sur les pièces fabriquées et les sources d’approvisionnement, les caractéristiques des composants, leur état dans le cycle de vie, leur disponibilité, etc. Toutes ces informations sont regroupées et gérées dans le document ActiveBOM du projet. Dans une conception multi-cartes, des documents ActiveBOM peuvent être créés au sein du projet multi-cartes lui-même afin de fournir une source unique de définition de la nomenclature pour l’ensemble du projet, sans avoir à rassembler manuellement les données issues des nomenclatures des différents sous-projets.

  La nomenclature au niveau système extrait les paramètres des composants du document d’assemblage multi-cartes, qui tire lui-même les informations sur les composants des sous-projets multi-cartes, tels qu’ils sont définis dans le schéma multi-cartes. Elle repose donc sur des sous-projets à jour, dont le schéma et le PCB sont synchronisés ; il en va de même pour les documents de schéma et d’assemblage multi-cartes (Design » Update Assembly - <MultiBoardAssemblyDocumentName>.MbaDoc ou Design » Import Changes from <MultiBoardProjectName>.PrjMbd, respectivement).

  Pour vous assurer que l’assemblage multi-cartes contient les données correctes des composants du projet, sélectionnez la commande Update All Parts dans le menu principal Edit ou dans le menu contextuel de l’espace de conception de l’éditeur d’assemblage multi-cartes.

  Une nomenclature multi-cartes de niveau supérieur inclut également les détails du projet source pour chaque élément répertorié, sous la forme d’informations dans les colonnes de module : ModuleAssembly, ModuleDesignator, ModuleSource et ModuleTitle (leur visibilité peut être gérée dans l’onglet Columns du panneau Properties).

  

  En tant que référence consolidée des informations sur les pièces de l’ensemble du produit — en pratique, un ensemble connecté de modules de projets PCB —, une nomenclature au niveau système comprend les données des composants et de la chaîne d’approvisionnement de tous les sous-projets, ainsi que des informations agrégées, telles que le prix total de certaines pièces et le coût de toutes les pièces de la conception multi-cartes complète.

  Notez que les données des documents de nomenclature des sous-projets ne sont pas utilisées par un document de nomenclature au niveau système. Toutefois, les modifications apportées au BomDoc d’un sous-projet, telles que la modification du repère d’un composant ou du choix de pièce, sont répercutées dans la conception du projet lui-même, puis dans le BomDoc multi-cartes.

  Comme indiqué ci-dessus, toute modification des données de composants dans un sous-projet doit être répercutée dans le document d’assemblage multi-cartes (Update All Parts) avant d’apparaître dans le BomDoc multi-cartes.

  L’un des principaux avantages de la fonctionnalité ActiveBOM est sa capacité à fournir en temps réel des informations sur la chaîne d’approvisionnement des composants du projet, comprenant les données des pièces fabricant et des sources d’approvisionnement validées. Stockées sous forme de part choices et intégrées dans un BomDoc en tant que solutions associés, ces données permettent à une nomenclature au niveau système d’inclure des informations supplémentaires sur les pièces liées à la conception globale du produit, telles que les pièces mécaniques/mécatroniques, les câbles d’interconnexion, les faisceaux de câbles, etc.

  Par exemple, les câbles d’interconnexion entre les modules multi-cartes sont représentés dans un schéma multi-cartes par leurs connecteurs d’extrémité. Ces connecteurs peuvent être inclus dans la nomenclature au niveau système, avec leur solution d’approvisionnement associée ou avec une référence de pièce/d’approvisionnement spécifique ajoutée en tant que solution manuelle ().

  Pour plus d’informations, consultez la page Gestion des solutions.

• Document Draftsman (*.MbDwf) – les vues de l’assemblage multi-cartes sont importées et annotées, et toutes les informations supplémentaires nécessaires à la fabrication de la conception sont ajoutées.

• Fichier Output Job (*.OutJob) – un ensemble de sorties nécessaires à la fabrication de votre conception multi-cartes en tant que système global peut être préconfiguré à l’aide d’un fichier Output Job. Chaque sortie est configurée avec ses propres paramètres et son propre format de sortie, par exemple vers un fichier ou une imprimante. Un même fichier Output Job configuré pour un projet de conception multi-cartes peut ensuite être réutilisé pour d’autres conceptions, ce qui permet de gagner du temps et de réduire les efforts nécessaires à la préparation des sorties pour chaque nouvelle conception.

  Bien que les fichiers Output Job facilitent la préparation et la génération des sorties, les sorties de votre conception multi-cartes peuvent également être générées directement à partir des documents du projet (par exemple, à l’aide des commandes File » Export pour un document d’assemblage multi-cartes ou de la commande Reports » Bill of Materials pour un document ActiveBOM).

  Sorties prises en charge pour une conception multi-cartes

  Documentation Outputs

  • PDF 3D MBA

  En savoir plus sur la préparation d’un fichier PDF3D.

  Report Outputs

  • Nomenclature

  • Comparaison de nomenclatures

  • Exportation des commentaires

  En savoir plus sur la préparation des rapports.

  Validation Outputs

  • Vérifications de la nomenclature

  • États des composants

  • Conformité de la configuration

  En savoir plus sur la préparation des rapports de validation.

  Export Outputs

  • Exportation MBA au format PARASOLID

  • Exportation MBA au format STEP

  En savoir plus sur la prise en charge de l’importation et de l’exportation de données mécaniques.

  PostProcess Outputs

  • Copie de fichiers

  En savoir plus sur la préparation des sorties de post-traitement.

Saisie de la conception logique du système

Pour commencer à saisir le schéma de votre conception multi-cartes, ajoutez un nouveau document schématique multi-cartes au projet multi-cartes. Pour ce faire, cliquez avec le bouton droit sur l’entrée du projet dans le panneau Projects et sélectionnez la commande Add New to Project » Multi-board Schematic dans le menu contextuel. Le document schématique multi-cartes par défaut apparaît dans l’espace de conception.

Le document schématique multi-cartes nouvellement créé devient le document actif dans l’espace de conception.

Les options d’un document schématique multi-cartes se configurent dans le panneau Properties lorsqu’aucun objet n’est sélectionné dans l’espace de conception. Les principales options se configurent dans l’onglet General du panneau :

• Unités (zone General) – sélectionnez les unités de mesure souhaitées (mm ou mils) pour le document.
• Paramètres de grille et d’accrochage (zone General) – définissez les valeurs requises pour faciliter la navigation et le placement des objets.
• Options de page (zone Page Options) – configurez le paramètre Formatting and Size, ainsi que le paramètre Margins and Zones du document. Vous pouvez sélectionner un Template disponible, choisir un format de feuille Standard ou définir un format Custom.

Configurez les options du document schématique multi-cartes dans le panneau Properties.

En savoir plus sur la configuration du document schématique multi-cartes.

Pour représenter la conception d’un projet PCB enfant sur le schéma multi-cartes, placez un module à l’aide de la commande Place » Module des menus principaux. Dans le panneau Properties du module sélectionné, définissez ses paramètres Designator et Title, ainsi que le projet PCB source auquel le module est lié. Utilisez le bouton  associé au champ Source pour indiquer un projet local ou un projet du Workspace, puis la liste déroulante Assembly/Board pour sélectionner le PCB souhaité dans ce projet.

Configurez la source et les autres propriétés d'un module dans le panneau Properties.

En savoir plus sur les modules.

Importez les données de conception des projets référencés par les modules placés à l'aide de la commande Design » Import From Child Projects des menus principaux. La boîte de dialogue Engineering Change Order s'ouvre et présente la liste des modifications (ordre de modification technique – ECO) nécessaires pour synchroniser les données de connectivité du schéma multi-cartes avec les projets enfants.

• Par défaut, toutes les modifications sont activées pour être incluses lors de l'exécution de l'ECO. Vous pouvez activer ou désactiver les modifications selon vos besoins.

• Cliquez sur le bouton  pour valider les modifications activées pour inclusion dans l'ECO. Les résultats de la validation apparaissent dans la colonne Check de la zone Status de la boîte de dialogue.

• Lorsque les modifications à effectuer vous conviennent, cliquez sur le bouton  pour exécuter l'ECO et appliquer les modifications valides qu'il contient. Les résultats de l'exécution apparaissent dans la colonne Done de la zone Status de la boîte de dialogue.

Lors de l'exécution de l'ECO, une entrée de module est créée pour chaque connecteur dans le module correspondant. Un composant d'un projet PCB enfant est considéré comme un connecteur pour une conception multi-cartes s'il possède un paramètre nommé System, dont la valeur est Connector.

En savoir plus sur les mises à jour de la conception système.

Pour représenter la connectivité entre les projets enfants, leurs modules sont reliés entre eux sur le schéma multi-cartes à l'aide de connexions de différents types. Sélectionnez la commande Direct Connection, Cable ou Harness dans le menu principal Place, puis faites glisser la ligne de connexion entre les points d'accrochage des entrées de module.

Placez des connexions à l'aide des commandes du menu principal Place.

Deux modules ont été reliés en plaçant deux connexions directes entre leurs entrées de module.

Sélectionnez une ligne de connexion pour afficher et modifier les options correspondantes dans le panneau Properties.

En savoir plus sur les types de connexions.

Pour valider la conception multi-cartes, choisissez la commande Design » Run ERC dans les menus principaux. La conception est vérifiée selon les paramètres définis dans l'onglet Error Reporting de la boîte de dialogue Project Options, accessible en cliquant avec le bouton droit sur l'entrée du projet dans le panneau Projects et en sélectionnant Project Options. Les violations détectées sont répertoriées dans le panneau Messages.

En savoir plus sur la saisie de la conception logique du système.

Création de l'assemblage physique multi-cartes

Une fois la structure logique du système définie dans un schéma multi-cartes, la conception physique multi-cartes est créée en positionnant les cartes dans un assemblage multi-cartes.

Pour ajouter un document d'assemblage multi-cartes à votre conception multi-cartes, cliquez avec le bouton droit sur l'entrée du projet dans le panneau Projects et sélectionnez la commande Add New to Project » Multi-board Assembly dans le menu contextuel. Le document d'assemblage multi-cartes par défaut apparaît dans l'espace de conception.

Le document d'assemblage multi-cartes nouvellement créé devient le document actif dans l'espace de conception.

Pour charger dans l'assemblage multi-cartes le PCB référencé par chaque module du schéma multi-cartes, utilisez la commande Design » Update Assembly - <MultiBoardAssemblyDocumentName>.MbaDoc des menus principaux de l'éditeur de schémas multi-cartes (ou la commande Design » Import Changes from <MultiBoardProjectName>.PrjMbd de l'éditeur d'assemblages multi-cartes). La boîte de dialogue Engineering Change Order s'ouvre et présente la liste des modifications nécessaires pour ajouter les PCB à l'assemblage. Cliquez sur le bouton  pour valider les modifications activées pour inclusion dans l'ECO, puis sur le bouton  pour exécuter l'ECO et appliquer les modifications valides qu'il contient.

Lorsque vous cliquez sur le bouton , les PCB sont chargés dans l'éditeur d'assemblages multi-cartes et la boîte de dialogue Engineering Change Order peut être fermée.

Un assemblage multi-cartes après sa mise à jour à partir du schéma multi-cartes.

Utilisez les raccourcis suivants pour naviguer dans l'assemblage multi-cartes :

• Ctrl+Mouse Wheel – zoom avant et arrière

• Right-Click, Hold&Drag – déplacement panoramique

• Shift + Right-Click, Hold&Drag – rotation

Vous pouvez également utiliser le manipulateur en bas à gauche de l'espace de conception pour orienter la vue selon les axes principaux en cliquant sur ses flèches et ses plans.

Pour positionner et orienter un PCB dans l'assemblage, sélectionnez-le et utilisez les flèches et les arcs du manipulateur d'objet qui s'affiche pour déplacer et faire pivoter le PCB dans les directions correspondantes.

Pour manipuler deux PCB comme un seul objet, vous pouvez créer une contrainte d'assemblage en sélectionnant un point sur une surface de chacun d'eux. Pour assembler deux PCB :

1. Sélectionnez la commande Tools » Mating dans les menus principaux.
2. Placez le curseur sur une surface plane ou cylindrique du PCB cible et sélectionnez un point sur cette surface pour définir le premier point d'assemblage.
3. Placez le curseur sur une surface plane ou cylindrique du PCB source et sélectionnez un point sur cette surface pour définir le second point d'assemblage. Le PCB source se déplace de sorte que les points source et cible coïncident, avec leurs plans de surface et leurs axes perpendiculaires alignés.
4. Utilisez le panneau Properties ou les raccourcis qui y sont répertoriés pour ajuster les paramètres de la contrainte d'assemblage.

Des modèles STEP peuvent être chargés dans un assemblage multi-cartes pour le compléter, par exemple avec un boîtier ou d'autres pièces mécaniques. Utilisez la commande Design » Insert STEP Part des menus principaux pour ajouter un modèle STEP.

❯ ❮ Javascript ID : MBA_STEP

Pour vérifier la présence de collisions dans un assemblage multi-cartes (situations où les surfaces de deux objets se touchent ou se croisent), sélectionnez Tools » Check Collisions dans les menus principaux. Toute collision sera signalée dans le panneau Messages et mise en évidence dans l’espace de conception. Notez que les surfaces liées par une contrainte d’assemblage ne sont pas considérées comme étant en collision.

En savoir plus sur la création de l’assemblage physique multi-cartes.

Création d’un plan de fabrication

Une fois l’assemblage multi-cartes terminé, un plan de fabrication peut être créé et annoté. Le plan de fabrication d’une conception multi-cartes est créé dans l’éditeur Draftsman.

Pour ajouter un nouveau document d’assemblage multi-cartes à votre conception multi-cartes, cliquez avec le bouton droit sur l’entrée du projet dans le panneau Projects et sélectionnez la commande Add New to Project » Draftsman Document dans le menu contextuel. La boîte de dialogue New Document s’ouvre et vous permet de sélectionner un modèle de document prédéfini ou l’option [Default] qui crée un document A4 vierge. Après avoir cliqué sur OK, un nouveau document Draftsman apparaît dans l’espace de conception.

Le document Draftsman nouvellement créé devient le document actif dans l’espace de conception.

Dans le plan de fabrication d’un projet de conception multi-cartes, les vues suivantes sont disponibles :

• Vue multi-cartes – une représentation graphique composite générée automatiquement à partir des contours des PCB et des modèles 3D constituant l’assemblage multi-cartes.

• Vue en coupe – un dessin de profil, ou en coupe, réalisé à partir d’un plan de coupe défini à travers une vue multi-cartes déjà placée.

• Vue de détail de carte – une vue agrandie et déportée d’une zone définie d’une vue multi-cartes.

• Vue réaliste de carte – un rendu 3D à l’échelle ajustable de l’assemblage multi-cartes actuel.

Pour placer une vue de dessin, sélectionnez une commande correspondant au type de vue souhaité dans le menu Place de l’éditeur Draftsman : Multiboard View ou une commande du menu Additional View.

Placez les vues de dessin à l’aide des commandes du menu principal Place.

• Après avoir sélectionné la commande Multiboard View ou Board Realistic View, vous passez en mode placement, indiqué par un réticule et la vue sous le curseur. Cliquez dans l’espace de conception pour placer la vue.
• Après avoir sélectionné la commande Section View ou une commande Board Detail View, définissez respectivement la position de la ligne de coupe ou la zone de la vue de détail sur une vue multi-cartes déjà placée.

Une fois une vue de dessin placée, ses propriétés peuvent être configurées dans le panneau Properties lorsque la vue est sélectionnée dans l’espace de conception.

Une feuille d’un document Draftsman comportant plusieurs vues : deux vues multi-cartes, une vue en coupe, une vue de détail de carte et une vue réaliste de carte.

Pour ajouter des détails importants aux dessins, Draftsman propose des outils supplémentaires d’annotation, de cotation et de création de tableaux :

• Pour indiquer les longueurs, les dimensions et les angles des contours des objets ou la distance entre les objets, des cotes peuvent être placées sur les vues de carte. Utilisez le groupe de commandes de placement de cotes du menu principal Place pour sélectionner le type de cote souhaité.

• Pour ajouter des informations importantes à vos dessins, des outils d’annotation supplémentaires sont disponibles, tels que des repères, des symboles d’état de surface et des listes de notes automatiques. Utilisez les commandes du menu Place » Annotation dans les menus principaux pour sélectionner l’outil d’annotation souhaité.

• Pour ajouter les données de nomenclature (BOM) au plan de fabrication, vous pouvez placer un tableau de nomenclature (Place » Bill Of Materials). Ce tableau reprend les données d’un document ActiveBOM ajouté au projet de conception multi-cartes et en reflète le contenu. Un tableau générique pouvant être rempli avec des données personnalisées est également disponible (Place » Table).

• Pour placer des éléments de dessin simples et de forme libre dans un document de dessin, une gamme d’outils graphiques est également proposée. Utilisez le groupe de commandes de placement d’objets graphiques du menu principal Place pour sélectionner le type d’objet souhaité.

En savoir plus sur la création d’un plan de fabrication.