PCB: je ne pige rien au Plan de Masse

[nounours18200]

Bonjour,

Après avoir réalisé des dizaines de PCB pour lesquels les interférences n'avaient aucune importance, je travaille aujourd'hui sur des projets plus sensibles, et il convient sans doute que je me penche sur le sujet...

La littérature ne manque pas, mais prenons un exemple basique avec le circuit imprimé suivant utilisant des CMS, qui a 3 pins de connexions: une entrée IN (I), une masse (G), et une sortie OUT (O).

Quand je réalise mon PCB avec Sprint Layout sans me soucier du Plan de Masse, voici ce que j'obtiens:
sans PDM.JPG

Et quand je lui demande de rajouter un plan de masse, il me donne ceci:
avec PDM.JPG

Voici mes questions:
a-.il me semble qu'il faudrait rajouter une piste physique (bleue) entre le plan de masse et la pin G, justement pour que le plan de masse soit relié à la masse ?
b-.si j'essaie de créer une telle piste, le logiciel ne me laisse pas faire une connexion entre G et le plan de masse, et "repousse" le plan de masse: voir ce que ça donne au dessus de la pastille centrale "G"
ne connecte pas.JPG

Quelqu'un peut-il m'éclairer ?
Merci
-----

[umfred]

En recherhcnat, je suis tombé sur ce vieux sujet concernant proteus (https://forums.futura-sciences.com/e...t-imprime.html) où il était question de nommer la piste ou/et le point du même nom que le plan de masse (probablement GND)

[gwgidaz]

Bonjour,
le plan de masse, c'est une couche de cuivre différente de celle des pistes.
Toutes les pistes de masse doivent y être connectées directement

Voir le début de ce chapitre https://pratique-rfcircuits.monsite-...5974af38b.html

[entropie12]

cc , il suffit de cliquer sur les éléments a raccorder au plan de masse (piste ou pastille) , puis de definir une distance de 0.0mm au plan de masse ( en bas a coté de la sélection de couche)

[A voir en vidéo sur Futura]

[Antoane]

Bonsoir,

En mettant C4 entre R1 et R2, tu devrais pouvoir supprimer deux piste vertes.
N'hésite pas à publier ici ton schéma, il sera alors plus facile de te guider quant à comment améliorer le routage.

[ATdevice]

Bonjour,

Il y a pas mal de choses qui peuvent être améliorées :
Dans un premier temps, il faudrait supprimer toutes les pistes de masse qui perturbent la vision globale du routage, le plan de masse se chargera de faire le boulot à la fin (attention tout de même qu'il n'y ait pas de pistes qui rendent une partie du plan flottant).

Une fois qu'on a libéré le champ de vision, on se rend compte que :
- C1 peut être déplacé vers le bas pour être au plus proche de la sortie du CI.
- C2 peut être pivoté de 90° sens horaire pour réduire la longueur de piste entre C2 et la patte 15 du CI.
- Il est possible de tirer la piste verte de gauche tout droit au lieu de lui faire faire un détour inutile.
- C3 peut être déplacé vers la gauche, ce qui permet de réduire la distance de piste qui va de C3 à la patte 1 du CI.
- C4 peut être pivoté de 90° sens anti-horaire et placé au plus proche du CI entre la patte 1 et la patte 3.
- Il sera donc possible de pivoter R1 et R2 de 90° pour les placer au même niveau que C4 : C4 et R1 sont en //, R2 a une patte commune avec R1, l'autre étant à la masse. Dans l'ordre de gauche à droite : C4 - R1 - R2.

Comme le dit Antoane ne pas hésiter à publier le schéma (si possible) et le routage avant d'envoyer en fabrication

[nounours18200]

N'hésite pas à publier ici ton schéma, il sera alors plus facile de te guider quant à comment améliorer le routage.

Bien volontiers car je "pédale dans la semoule !"... J'ai fait des tonnes de PCB mais c'est mon 1er où j'essaie de créer un PDM...

Voici le schéma:


@ATdevice et tous les autres: merci pour votre aide !

[nounours18200]

et je précise que les N°s en mauve représentent les N°s de pins du circuit intégré carré, et que les correspondance entre schéma et circuit imprimé sont les suivantes:
C1=1µF=CNR ,
C2= 10µF=CIN,
C3= 47µF=COUT,
C4=10nF=CFF

@ATdevice et tous les autres: merci pour votre aide !

[umfred]

le dessous de ton CI c'est un pad ou pas ? sinon ça libère de la place pour la liaison entre 13 et 15
Il n'y a pas un souci aussi: si le I c'est l'entrée Vin, elle doit être relié à 13 et 15 et C2 (=Cin), or elle n'est relié qu'à C2 et c'est l'autre bout de C2 qui va à 13 et 15.
Et à quoi correspond la 16 du CI (qui est relié aussi à 13 et 15)?

[Antoane]

Quelle est la référence du CI ?

[nounours18200]

le dessous de ton CI c'est un pad ou pas ? sinon ça libère de la place pour la liaison entre 13 et 15

A dire vrai, je ne sais pas vraiment (c'est la 1ère fois que je me frotte à ces circuits): d'après ce que je comprends, ça sert à le souder par le dessous probablement pour dissiper la chaleur, et d'après ce que j'ai pu voir sur d'autres schémas, c'est relié à la GND du circuit intégré.
En tout cas les autres schémas que j'ai pu voir considèrent que ce carré est relié à la masse du circuit intégré via la soudure du carré.

Le circuit est un TPS7A4701 de Texas Instrument, et pour vous faciliter la vie, je vous mets un lien vers la Datasheet: https://www.ti.com/lit/ds/symlink/tp...ouser.com%252F

Il n'y a pas un souci aussi: si le I c'est l'entrée Vin, elle doit être relié à 13 et 15 et C2 (=Cin), or elle n'est relié qu'à C2 et c'est l'autre bout de C2 qui va à 13 et 15.

Oh que oui: bien vu l'erreur ! je vais refaire le PCB mais j'attends vos autres remarques, car je sens que j'ai surement fait d'autres "bêtises"...

Et à quoi correspond la 16 du CI (qui est relié aussi à 13 et 15)?

D'après la datasheet, la pin 16 est la même que la pin 15: c'est le IN du circuit intégré, je les ai donc reliées ensemble comme j'ai pu le voir sur d'autres schémas.

[ATdevice]

Je n'ai pas re-vérifié ce qui a été dit, mais j'apporte une information en plus maintenant que je comprends qu'il n'y a pas de régulateur au dos du PCB (j'avais reconnu un potentiel emplacement de TO-220).

Vu le circuit intégré et l'application, j'imagine que le PCB sera fait plutôt de façon "industrielle" et assemblage avec pâte à braser et passage au four?

Si oui, quitte à faire un PCB en 2 couches, il faudrait prévoir un plan de masse aussi au dos, avec des vias un peu partout pour avoir une bonne liaison entre les plans de masse TOP et BOTTOM, de même que 4 ou 5 vias au niveau du pad central du TPS7A. Et plutôt que des pistes, je conseillerais plutôt de faire des zones de cuivre pour bien englober les pads des condensateurs avec les pads In et Out, etc. (Dans altium c'est "polygon pour" ou "region", je ne sais pas quel nom ça a dans les autres logiciels de CAO).

[umfred]

page 21 de la doc tu as un exemple de layout du PCB (et un lien vers un evaluation module dans la doc duquel il montre le pcb https://www.ti.com/lit/ug/slvu741a/slvu741a.pdf )

[gwgidaz]

Bonjour,
"quitte à faire un PCB en 2 couches, il faudrait prévoir un plan de masse aussi au dos, avec des vias un peu partout pour avoir une bonne liaison entre les plans de masse TOP et BOTTOM, "

Un seul plan de masse au dos est suffisant, et plus facile à router. Celui côté composants ne sert à rien, et ne peux que créer des résonances parasites.

[nounours18200]

j'avais reconnu un potentiel emplacement de TO-220

c'est exactement ça: c'est fait pour remplacer des circuits communs au format TO-220; il faut donc conserver des dimensions relativement réduites...

Vu le circuit intégré et l'application, j'imagine que le PCB sera fait plutôt de façon "industrielle" et assemblage avec pâte à braser et passage au four?

En effet, vu la taille minuscule des composants et du circuit intégré en particulier, je vais surement le commander tout assemblé (chez JLCPCB qui fait ça) car je ne me vois pas m'embêter à souder ça moi-même.

Si oui, quitte à faire un PCB en 2 couches, il faudrait prévoir un plan de masse aussi au dos, avec des vias un peu partout pour avoir une bonne liaison entre les plans de masse TOP et BOTTOM,

Voilà ce à quoi j'arrive après avoir corrigé mon erreur sur le PCB (due au fait que mon tout 1er schéma était faux: un condo en série sur l'entrée...., et je n'avais pas corrigé le PCB après avoir corrigé le schéma) .

Est-ce que ce PCB vous semble OK ? des pistes d'amélioration ?

de même que 4 ou 5 vias au niveau du pad central du TPS7A.

ça c'était justement ma prochaine question !
car sur un exemplaire "commercial" qui me restait dans mon stock, voici une image du dos, où l'on voit clairement 4 points de soudure sous le carré du circuit principal.

Ca me semble correspondre à ce que tu dis, non ?

Et je suppose que pour faire ça, il faudra prévoir 4 vis sous le carré et rajouter manuellement de la soudure à la réception du PCB assemblé ?

Si oui, quitte à faire un PCB en 2 couches, il faudrait prévoir un plan de masse aussi au dos

Je pense pareil, car si tu regardes la photo ci-après d'un exemplaire commercial, on voit un plan qui couvre toute la surface au dos, là où se trouvent les 4 points de soudure dans le cercle jaune.

Je ne sais pas comment rajouter un plan qui couvre tout le dos, mais on me renseignera sur le forum du logiciel que j'utilise pour mes PCB (Sprint Layout)

avec des vias un peu partout pour avoir une bonne liaison entre les plans de masse TOP et BOTTOM

Tu en rajouterais encore par rapport à la photo de mon PCB que j'ai mise ci-dessus ?

Et plutôt que des pistes, je conseillerais plutôt de faire des zones de cuivre pour bien englober les pads des condensateurs avec les pads In et Out, etc.

Là tu m'as largué, je ne vois pas ce que tu veux dire

page 21 de la doc tu as un exemple de layout du PCB

Tu veux sans doute dire §6 page 5 ?
Pas très clair ce truc,

[C2H5OH]

Bonjour,

Après avoir réalisé des dizaines de PCB pour lesquels les interférences n'avaient aucune importance, je travaille aujourd'hui sur des projets plus sensibles,
Merci

Bonjour à tous,

Dans le cas de "projets sensibles", le plan de mase dessous est indispensable , et il est inutile de prévoir aussi de la masse du côté des composants, c'est même parfois source d'ennuis.
Le plan de masse dessous:
- C'est aussi le seule façon de respecter facilement les normes CE .
- c'est aussi plus facile à router, puisque chaque point de masse est direct.
Bien sur, ça demande du circuit double face

[Vincent PETIT]

Bonjour,
En effet, le plan de masse empêche les couplages par impédance commune, améliore l'équipotentialité, limite fortement les couplages champs à boucle car les surfaces des boucles signal/masse sont naturellement réduites, apporte un écran réflecteur contre les champs rayonnant, etc.

Après il faut quand même faire attention aux chaînages des courants, il faut respecter un "zonage" intelligent. Dit autrement on ne met pas la partie analogique en sandwich entre une alim à découpage et la partie numérique.


ps : quant à séparer les plans de masses un pour l'analogique, un pour le numérique, c'est assez casse gueule avec la CEM on n'a vite fait de faire une antenne fente sans faire gaffe car le chemin de retour du courant HF est mal contrôlé ou alors on créait une boucle de masse involontaire qui vient ruiner l'effort mis dans l'immunité du routage. Souvent, on fait une erreur (je dis souvent car je vois éventuellement quelques cas de figure où c'est possible)

[nounours18200]

Dans le cas de "projets sensibles", le plan de mase dessous est indispensable , et il est inutile de prévoir aussi de la masse du côté des composants, c'est même parfois source d'ennuis.

ça m'intéresse beaucoup ce que tu dis, car sur l'exemplaire commercial qui me reste en stock, il y a effectivement un plan de masse dessous, mais pas de plan de masse côté composants.
Le circuit sera double-face comme indiqué précédemment, et je le ferai souder, pas envie de le faire moi-même (ni l'habileté requise).

Donc je me dis que ce serait peut-être mieux de faire pareil, et sans doute plus simple...

Mais quelqu'un peut-il me dire comment faire un plan de masse dessous avec Sprint Layout ?? (car quand je lui demande un plan de masse, il me le met d'office du côté composants)

Mille mercis

[nounours18200]

Bon j'ai retravaillé mon PCB sous Sprint Layout, avec les objectifs suivants:

• mettre un plan de masse dessous, comme sur l'exemplaire commercial qui me sert d'exemple: il apparaît donc en vert
• mettre 4 vias sous le carré central du circuit intégré, comme sur l'exemplaire commercial qui me sert d'exemple, dont je suppose que cela sert à dissiper la chaleur grâce à un radiateur fixé sur un mica. J'ai mis ci-dessous une photo de ces 4 vias de l'exemplaire commercial (qui n'est plus vendu d'ailleurs...)

photo des 4 vias au dos, visibles dans le cercle jaune:
vias au dos_Ms.jpg

Voici ce que donne mon PCB avec ces modifs:
avec PDM v3.JPG

Quelqu'un peut-il me dire si ça vous semble correct cette fois ?
Merci

[gwgidaz]

Bonjour,

Un principe important, c'est de réduire la longueur des fentes dans le plan de masse. Je pense que celle qui tourne autour du circuit intégré peut être réduite.....

[polo974]

Mets C4 en-dessous de R1, et tu verras que ca te vire plein de sacs de noeuds.

La piste en face verte qui fait "le tour" du CI ne semble pas utile...

Ne trimbale pas ta masse, fais juste des via et un brin de piste pour relier les pads.

Tes 3 gros trous sont sans doute métallisés, donc attention aux pastilles en face verte qui ne doivent être dans le plan de masse ( même la pastile de masse, doit être isolée et reliée par une oy des pistes (frein thermique)).

[nounours18200]

Mets C4 en-dessous de R1, et tu verras que ca te vire plein de sacs de noeuds.

Merci Polo974: effectivement c'est beaucoup plus simple !

Je me suis entre temps aperçu que j'avais fait une erreur dans mon schéma ainsi que dans l'ordre de pins de connexion du PCB(qui doivent être GIO et non pas IGO comme au début);

J'ai donc refait mon PCB avec vos recommandations, voici le schéma et le nouveau PCB:
schéma:
schema_M.JPG

PCB:
pcb_neg.JPG

Est-ce que ça vous semble OK cette fois ??

[polo974]

pb entre vin et in circuit...
la capa c1 ne doit pas y être en série.

ajouter des via dans le plan de masse vers les composants qui doivent y être reliés.

du coup, les pistes de masse peuvent être coupées pour laisser passer les autres (pas besoin de balader vin en couche masse)

[ATdevice]

Pour moi il y a toujours un soucis avec C2 en série avec la broche I. Il vaudrait mieux poster le schéma qui va avec le PCB pour valider.
Pour le reste, mêmes remarques que précédemment : dans un premier temps, virer toutes les pistes et placer les composants au plus près du CI, la masse "on s'en fout" les vias feront le job avec le plan de masse au dos.



PS : j'ai pas vérifié le besoin de connecter d'autres pins à Vcc ou GND, je me suis seulement basé sur le schéma.

[nounours18200]

pb entre vin et in circuit...
la capa c1 ne doit pas y être en série.

c'est tellement évident que j'ai honte ! je ne fais que des bêtises depuis 2 jours: je termine ce projet et je prends des vacances, trop crevé...
Voici ce à quoi j'arrive:

ajouter des via dans le plan de masse vers les composants qui doivent y être reliés.

du coup, les pistes de masse peuvent être coupées pour laisser passer les autres (pas besoin de balader vin en couche masse)

Veux-tu dire par là que l'on supprime toutes les pistes de masses bleues situes sur C1, qu'à la place on relie les composants par des vias qui pointent sur le plan de masse (couche verte C2) ??
je comprends le principe, mais c'est propre ça ?

Dernière question: le carré principal du circuit intégré est indiqué comme étant un Thermal Pad dans la datasheet, et sur un exemplaire commercial qui me reste, il y a 4 points de soudure au dos (couche verte) lesquels me semblent avoir pour rôle de dissiper la chaleur par un radiateur fixé au dos avec mica.

J'ai mis 4 vias à cet endroit que j'imagine remplir de soudure lorsque je recevrai les PCB assemblés: est-ce ainsi qu'il faut procéder??

Mille mercis comme d'hab...

[ATdevice]

Veux-tu dire par là que l'on supprime toutes les pistes de masses bleues situes sur C1, qu'à la place on relie les composants par des vias qui pointent sur le plan de masse (couche verte C2) ??
je comprends le principe, mais c'est propre ça ?

Voir mon message en #24 j'ai fait un exemple de ce à quoi pourrait ressembler le routage. Objectif : réduire la longueur des pistes entres le TPS7A et les composants autour. Je n'ai représenté que la face composants, les vias vont tous à GND. Vérifier en fonction du schéma définitif si d'autre pins ont besoin d'y être reliées.

Dernière question: le carré principal du circuit intégré est indiqué comme étant un Thermal Pad dans la datasheet, et sur un exemplaire commercial qui me reste, il y a 4 points de soudure au dos (couche verte) lesquels me semblent avoir pour rôle de dissiper la chaleur par un radiateur fixé au dos avec mica.

J'ai mis 4 vias à cet endroit que j'imagine remplir de soudure lorsque je recevrai les PCB assemblés: est-ce ainsi qu'il faut procéder??

Normalement pas besoin de les remplir de soudure, c'est même risqué car en le faisant "à la main" il y a risque de chauffer trop longtemps et de déssouder le composant.
Le contact thermique se fait avec le plan de masse au dos à travers les vias. Pour un petit composant comme celui ci je mettrais 5 vias formant un "+", mais regarder dans la datasheet si le fabricant donne des informations par rapport à ça.

Sur certains de mes PCB en finition Au/Ni (pas d'étamage), je laisse une zone non vernie pour un éventuel contact avec mica ou pâte thermique.

[nounours18200]

Voir mon message en #24 j'ai fait un exemple de ce à quoi pourrait ressembler le routage. Objectif : réduire la longueur des pistes entres le TPS7A et les composants autour. Je n'ai représenté que la face composants, les vias vont tous à GND. Vérifier en fonction du schéma définitif si d'autre pins ont besoin d'y être reliées.

Un grand merci ATdevice: ton PCB est limpide! je retravaille le mien sous Sprint Layout et je reviens iviensuite.

Normalement pas besoin de les remplir de soudure, c'est même risqué car en le faisant "à la main" il y a risque de chauffer trop longtemps et de déssouder le composant.
Le contact thermique se fait avec le plan de masse au dos à travers les vias. Pour un petit composant comme celui ci je mettrais 5 vias formant un "+", mais regarder dans la datasheet si le fabricant donne des informations par rapport à ça.

Très clair comme le reste. Voici le "Layout Example" recommandé dans la datasheet:


J'en déduis que le fabricant prévoie 9 vias sous le carré, et avec ton explication je comprends le principe du contact thermique.
Je remarque aussi que le fabricant relie les pins 7, 9, 11, 12, 17, 18 et 19 à la masse, sans doute dans un souci d'optimiser la largeur de piste (au moins pour 17, 18 et 19) car seule 7 est "officiellement" la masse, les autres n'ont pas de fonction.

Perso, je ne comprends pas la différence entre"Signal Ground" et "Power Ground" vu qu'il n'y a, me semble-t-il, qu'une seule masse venant de la pin G....

Je refais donc mon PCB en m'inspirant de ton exemple et du "Layout Example" du fabricant, puis je le le poste ici au cas où j'aurais fait une bêtise....

Merci !

[ATdevice]

J'en déduis que le fabricant prévoie 9 vias sous le carré, et avec ton explication je comprends le principe du contact thermique.

Dans ce cas partir sur 9 vias

Je remarque aussi que le fabricant relie les pins 7, 9, 11, 12, 17, 18 et 19 à la masse, sans doute dans un souci d'optimiser la largeur de piste (au moins pour 17, 18 et 19) car seule 7 est "officiellement" la masse, les autres n'ont pas de fonction.

Effectivement les pins non utilisées peuvent être utilisées pour agrandir la surface de contact/dissipation du composant, et aussi servir pour faire passer la masse dans le cas d'un design simple couche.

Perso, je ne comprends pas la différence entre"Signal Ground" et "Power Ground" vu qu'il n'y a, me semble-t-il, qu'une seule masse venant de la pin G....

Dans l'exemple, la masse "signal" et la masse "power" sont reliées en un point (pin 7) et forment une architecture étoile. La masse "power" comme le nom l'indique est la partie où va passer la puissance qui est représentée par une surface de cuivre conséquente qui englobe 17, 18, 19 et le pad central, et les condensateurs Cin et Cout se repiquent dessus.

La masse "signal" peut être plus fine et sert uniquement de référence pour la partie feedback, pas de fort courant circule dans cette boucle.

Dans ton cas, avec un plan de masse qui couvre l'ensemble de la couche bottom, tu n'as en théorie pas à te préoccuper de ça, mettre les vias au plus proche des composants, d'ailleurs sur mon PCB il serait mieux de mettre des pistes plus larges au niveau de Cin et Cout pour équilibrer au mieux la surface de cuivre.

[nounours18200]

Bien, j'ai refait mon PCB en essayant de suivre tes (vos) conseils; en relisant la datasheet et en regardant le schéma conseillé par le fabricant (que j'ai posté juste avant), je ne trouve plus aucune trace de Cff: peut-être ai-je confondu avec une autre datasheet ??

Pour avoir le plan de masse au dos, j'ai transformé la pastille d'entrée "G" en via avec un écartement nul: "G" sera donc théoriquement reliée au plan de masse du dos (vert): c'est d'ailleurs comme cela que c'est fait sur l'exemplaire commercial que j'ai encore en stock.
Ceci me permet d'utiliser des vias (plutôt que des pistes) pour les connexions de composants la masse, tel que conseillé dans ce topic par des personnes bien plus expertes que moi.

J'avais aussi probablement inversé R1 et R2 sur le PCB...

J'ai donc supprimé Cff du PCB, et voici ce à quoi j'arrive:
PCB,

Est-ce que ce PCB vous paraît bon désormais, et en accord avec le schéma du fabricant ?? il me semble que c'est bon désormais, mais vu le nombre de bêtises que j'ai déjà faites...

Merci

[nounours18200]

Ne tenez pas compte de mon mail ci-dessus : ce n'est pas le bon modèle ! je répondrai demain matin car je suis trop fatigué ce soir et je ne fais que des bêtises !....
Désolé mais les dernières semaines ont été épuisantes...