Réalisation de cartes électroniques

• Conception PCB sous Kicad
• Qu'est ce que KiCad?
• Importation de bibliothèques
• Fabrication d'un PCB
• Autoroutage sous KiCad
• Utilisation de l'outil de simulation intégré
• Installation et création de plugins pour KiCad
• Outils externes pour KiCad
• Utilisation de Kiri:Moto
• Configuration de Kiri:Moto
• Qu'est ce que Kiri:Moto

Conception PCB sous Kicad

Qu'est ce que KiCad?

KiCad? Késako?

KiCad est une suite d'outil EDA ( Electronic Design Automation) comparable à Altium Designer . Son principal avantage est son code ouvert et sa gratuité.

KiCad est décomposé en 6 outils:

• Un éditeur de schématique avec l'outil de simulation ngspice intégré
• Un éditeur de circuit imprimé avec un avec de la visualisation 3D intégrée
• Un éditeur d'empreinte et de symbole de circuit intégré/composant
• Un outil de visualisation des Gerbers
• Un outil permettant de calculer des régulateurs, taille de vias, paire différentielles, etc...

Où le télécharger?

KiCad est téléchargeable à l'adresse suivante. 

Pour Windows, téléchargez l'exécutable et installez-le comme un programme normal.

Pour Ubuntu/Debian, KiCad est disponible dans les dépôts :

sudo apt install kicad

Pour Linux ou pour récupérer la dernière version sur Ubuntu/Debian, utilisez le flatpak mis à disposition par KiCad. Ce moyen d'installation est recommandé car il n'est pas limité à une distribution (ex: PPA pour Ubuntu) et il vous assurera également que votre version sera toujours à jour dans les plus brefs délais. 

Ressources

• Documentation officielle de KiCad (possibilité de choisir la version et la langue)  :
  • https://docs.kicad.org/
• Ressources externes :
  • Chaîne Youtube de Eric Perronin
  • Moodle de Eric Perronin (comporte des ressources sur KiCad et l'électronique en général)

 Travail licencié sous licence  Attribution-NonCommercial-Partage 4.0 International (CC BY-NC-SA 4.0) 

Importation de bibliothèques

Import des projets, symboles et empreintes Altium vers KiCad

• Import des schématiques

  1. Accédez à l'outil d'importation en utilisant le chemin Fichiers > Importer > Fichier schématique Non KiCad.
     
     
     

  2. Changez le type de fichier cherché en fichier schématique Altium (*.SchDoc), sélectionnez votre fichier, puis cliquez sur ouvrir. 
     

• Import des circuits imprimés

  1. Accédez à l'outil d'importation en utilisant le chemin Fichiers > Importer > Fichier C.I. Non KiCad
     
     
     
  2. Gardez le type de fichier cherché en tout formats supportés (il existe plusieurs types de fichiers C.I. Altium, cela permet de tous les visualiser) , sélectionnez votre fichier, puis cliquez sur ouvrir. 
     

• Import des symboles de composants

  • Import d'une librairie

    1. Ouvrez le gestionnaire de librairie des symboles via le chemin Préférences > Configurer les Librairies de Symboles
    2. Cliquez sur l'icône "Dossier".
    3. Changez le type de fichier en Librairie schématique Altium (*.SchLib, *.IntLib) puis cliquez sur ouvrir.
       

       Vos librairies de symboles sont maintenant importées ! 

• • Import d'un seul symbole
    

    1. Sélectionnez une librairie en cliquant dessus. Accédez à l'outil d'importation en utilisant le chemin Fichiers > Importer > Symbole.
       
       
       

    2. Changez le type de fichier cherché en fichier symbole Altium (*.SchLib), sélectionnez votre fichier, puis cliquez sur ouvrir. 
       
       
    3. Sauvegardez vos changements sous peine de ne pas avoir votre composant dans sa librairie
       
       

       Votre symbole est maintenant importé !

• Importation des empreintes de composants

  • Importation d'une librarie

    1. Ouvrez le gestionnaire de librairie des symboles via le chemin Préférences > Configurer les Librairies d'Empreintes.
       
    2. Cliquez sur l’icône "Dossier" puis sur l’élément "Altium Designer" de la liste qui vous est proposée. 
    3. Sélectionnez l'option "Librairie PCB Altium" puis cliquez sur "ouvrir".
       

       Vos librairies d'empreintes sont maintenant importées !

  • Importation d'une seule empreinte
    

    1. Sélectionnez une librairie en cliquant dessus. Accédez à l'outil d'importation en utilisant le chemin Fichiers > Importer > Symbole.
       
       
    2. Changez le type de fichier cherché en fichier symbole Altium (*.PcbLib), sélectionnez votre fichier, puis cliquez sur ouvrir. 
       
       
    3. Après avoir fait les éventuelles modifications, sélectionnez la librairie dans laquelle vous voulez sauvegarder votre empreinte (Pour faciliter les choses, utilisez l'outil "Filtre" pour pouvoir trouver votre librairie plus facilement). Cliquez sur "valider" pour sauvegarder votre travail.
       
       

       Votre symbole est maintenant importé !

 Travail licencié sous licence  Attribution-NonCommercial-Partage 4.0 International (CC BY-NC-SA 4.0) 

Fabrication d'un PCB

• Préparation du PCB

  • Modifier la taille des perçages des composants

    •  Lors de la création du PCB, il est possible que les trous des composants de la librairie soient plus petits que l'outil utilisé dans la machine. Pour parer à cela, vous pouvez utiliser le plugin "Set Hole diameter" par seigedigital. Celui ci vous permettra  de saisir une taille pour tous les trous traversants du circuit.
      
      Pour l'utiliser , suivez la procédure sur le GitHub puis ouvrez l'éditeur de PCB. Cliquez ensuite sur le menu suivant:

      •  Outils > Plugins externes > Set Hole Diameter
        
        
        
        
    • Après cela, une fenêtre contextuelle avec un champ d'entré va apparaitre. Vous pouvez maintenant entrer la valeur désirée et cliquer sur "OK" pour valider.
      
      
      

Notez que la valeur par défaut est de 0.8 mm et qu'il n'y a pas de valeur maximale à laquelle le plugin se bloque. En cas de doute, demander à un professeur. 

• Configuration de l'éditeur PCB pour  les machines de l'IUT

  • • CNC

      • Placement de l'origine du PCB
        
        

        1. Cliquez sur l’icône "placer  le point d'origine de la grille
           
           
        2. Cliquez en bas à droite du contour de la carte pour placer votre origine.
            

      • Configuration des contraintes d'isolation et de largeur de piste 
        

1. 1. 1. 1. 1. Ouvrez la fenêtre des contraintes
               
            2. Configurez/modifiez les contraintes données du tableau
               

               Paramètres	Valeurs
               Isolation minimale	0.2 mm MAX
               Largeur de piste minimale	0.4 mm
               Largeur minimale d'anneau	0.5mm
               Diamètre minimum du trou traversant	0.6mm ->Il s'agit ici du plus petit forêt dont l'IUT dispose. Deux choses importantes: Pour beaucoup de composants, les fabricants utilisent des broches ayant des diamètres égal à  ± 0.5 mm. Cette valeur par défaut devrait convenir pour la plupart des circuits intégrés que vous allez rencontrer. Si vous êtes amenés à devoir modifier la taille des broches, suivez la convention F7.5 de la KLC (Convention Librarie KiCad).
               Diamètre minimum du via	1.1 mm

               Vous devriez arriver à un résultat similaire à celui-ci :

               

En cas de doute ou si vous remarquez une erreur dans les contraintes, vous avez accès à un projet KiCad template :
Template_KiCad.zip

• • Exportation du PCB

• • • Fichiers nécessaires 
      

      • Nécessite le gerber du bottom (B.Cu), celui du détourage (Edge.cuts) et le fichier trous (.drl)

    • Spécificités de l'exportation 
      

      • Ajoutez un plan sur le F.Cu (Face supérieure cuivre) si vous avez créé votre circuit imprimé sur cette couche. Si vous utilisez la face inférieure, répétez l'opération sur B.Cu (Face inférieure cuivre).
        
        

Marche à suivre :

1. 1. 1. Cliquer sur le bouton "Ajouter une zone remplie"
         
         
      2. Créer une zone sur la face routée
         
         

Votre éditeur de circuit imprimé est désormais correctement configuré

Autoroutage sous KiCad

Configuration de l'autoroutage sous KiCad

Actuellement, KiCad ne dispose pas d'un outil de routage automatique intégré. Il y a cependant la possibilité d'utiliser l'extension KiCad Freerouting.

Installation de l'extension Freerouting

Pour faire fonctionner l'extension, il es nécessaire d'installer une version d'OpenJDK  </= à OpenJDK 21  sur votre ordinateur.

Raison technique:
Pour pouvoir fonctionner, l'extension a besoin d'une version JRE (Java Runtime Environnement) < à JRE 17. OpenJDK 21 est une version stable et à code ouvert de Java et est recommandée par le développeur 

sudo apt-get install openjdk-21-jre

dnf install java-21-openjdk

Après avoir installé OpenJDK, suivez la procédure d'installation du plugin via le gestionnaire de plugin KiCad.

Utilisation de l'outil de simulation intégré

Ressources:

• Chaîne YouTube présentant l'outil

Installation et création de plugins pour KiCad

Kicad dispose d'une API ainsi qu'un gestionnaire de plugin permettant à l'utilisateur d'ajouter

https://adoptium.net/fr/temurin/releases/?os=windows

Outils externes pour KiCad

• CAD

  • Freecad

    1. KicadStepUpMod:
       KicadStepUpMod est un outil développé par easyw  permettant d'importer une fichier *.kicad_pcb dans Freecad. Ce module (Add-on) va automatiquement créer une plaque PCB, les perçages et placer les composants sur cette plaque.
       Ce module permet aussi d'ouvrir les fichiers librairies d'empreinte *.kicad_mod et d'inspecter leurs perçages en 3D. Il est alors également possible de créer le modèle 3D de ce composant dans Freecad.
       Il est également possible de modifier la plaque dans Freecad et de recharger les modifications dans KiCad. 
       
       Le développeur met une documentation (en anglais) à disposition avec des liens vers des vidéos YouTube explicatives. 

  • Visualisation de schématique 

    1. Kicanvas
       Kicanvas est un script Javascript permettant de visualiser dans un navigateur Web le schématique d'un projet Kicad. Kicanvas est développé par Thea Flowers, une ingénieure en électronique américaine. Ce projet dispose d'une version stand-alone  permettant de visualiser des documents d'un dépôt GitHub. Il est également possible d'utiliser l'API fournie ou d'ajouter le Javascript au code d'un site web.
       
       Cet outil se base sur des composants standard du web et marche donc sur tout navigateur de bureau. Le support des navigateurs web mobiles est en cours d'implémentation.

• Ressources
  

  • Listing d'outils externes par KiCad

 Travail licencié sous licence  Attribution-NonCommercial-Partage 4.0 International (CC BY-NC-SA 4.0) 

Utilisation de Kiri:Moto

Configuration de Kiri:Moto

Qu'est ce que Kiri:Moto