Le logiciel de CAO que vous allez utiliser se nomme CADSTAR. Il se lance sur chacun des postes de travail au moyen du menu DEMARRER de windows dans le sous menu\programmes\CSWIN22\Design Editor. L'autre possibilité est de le lancer depuis l’icône présente sur le bureau de WINDOWS.

1.1 Organisation de Cadstar

Le programme CADSTAR possède trois sections distinctes capables de s’échanger des données.

La partie principale s'appelle le DESIGN EDITOR, dans lequel on commence par saisir le schéma électrique de la carte à réaliser. Cette section se nomme le SCHEMATIC.

Une fois le schéma saisi, il faut effectuer la phase de placement des composants sur un circuit imprimé vierge (qui peut posséder jusqu’à 16 couches électriques distinctes). Dans ce cas, on fait appel à une section qui se nomme le PCB.

Enfin, on réalise les pistes de circuits imprimés qui vont relier les différents composants entre eux à l'aide de la dernière section, à savoir le ROUTE EDITOR.

Récapitulons. Le schéma électrique est réalisé à l'aide du SCHEMATIC. Dans ce cas, l'opération à réaliser est un SCHEMATIC DESIGN et les fichiers produits possèdent l'extension .SCM.

Le placement des composants est réalisé à l'aide du PCB Design et les fichiers obtenus possèdent l'extension .PCB.

La création des pistes se fait avec un outil appelé le ROUTE EDITOR et les fichier produits possèdent l'extension .RIF.

2. Plan de travail proposé

* réaliser la saisie d’un petit schéma de testeur de batteries,

* déplacer les composant sur un PCB (PCB),

* router les pistes (Route Editor),

éditer la liste des composants.

3. Présentation de CADSTAR

Après le lancement de l'application, on doit voir apparaître la fenêtre suivante. Commençons par observer le contenu de chacun des menus principaux de cette application.

Le menu FILE permet la gestion des fichiers, des impressions.

Le menu EDIT permet de couper, copier, coller et modifier l’apparence d'un objet.

Le menu VIEW permet de modifier les zooms de l'affichage.

Le menu SETTINGS permet de fixer l'ensemble des paramètres de configuration initiaux.

Le menu HIERARCHY permet d’établir une hiérarchie entre différents schémas.

Le menu ADD permet de rajouter des objets au schéma en cours.

Le menu TOOL est en fait la boîte à outils de l'application.

Le menu LIBRARY permet d'éditer les différentes bibliothèques de l'application.

Le menu REPORT permet la création de rapports d'informations sur le schéma.

Le menu MACROS permet la création de macro-opérations (opérations enchaînées)

Le menu WINDOWS permet de se promener entre les différentes fenêtres d'affichage.

Le menu HELP permet d'obtenir des informations sur une commande ou une procédure.

3.1.1 Types de fichiers

Le schéma électrique à saisir est un Schématic Design.

La carte correspondant à ce schéma électrique est un PCB Design.

Chacun des composants des bibliothèques est constitué d’une représentation symbolique ‘Schématic Symbol) d’une empreinte physique ou boîtier (PCB component) et d’un fichier permettant de faire le lien entre ces deux éléments (Part File)

On peut créer aussi des symboles non électriques (cible d’assemblage pour plaques double face ...) qui seront alors des Documentation symbol.

3.2 Menu FILE

C’est le menu le plus important de notre application car il permet de créer, rappeler ou sauver notre travail.(NEW pour créer un nouveau projet, OPEN pour rappeler un projet existant, CLOSE pour fermer un projet en cours, SAVE pour sauvegarder les modifications d'un projet en cours, SAVE AS pour sauvegarder sous un nom différent le projet en cours).

Il permet aussi les échanges avec d’autres logiciels de saisie de schéma (Import, Export).

Enfin, une fois le schéma saisi, il permet le transfert vers la phase de placement et routage (Transfer to PCB), ainsi que les commandes d’impression d’écran (Print...).

3.3 L’affichage

Le principe de fonctionnement de CADSTAR est purement WYSIWYG (What You See Is What You Get). En d’autres termes seules les informations visibles à l’écran sont imprimables.

Il est donc important de savoir manipuler l’affichage de l’écran (accessible par le menu SETTINGS/Colors ou en cliquant sur le bouton droit de la souris faisant apparaître un menu contextuel).

3.4 La grille

C'est un accessoire primordial lorsque l'on fait de la CAO. La grille est un quadrillage de petits points jaunes sur lequel viendront s'accrocher vos symboles électriques et vos connexions électriques au cours de leur création.

Manipulation:

Créer un nouveau DESIGN à l’aide du menu FILE/New/Schematic Design (on choisira le format A1.SCM) et le sauver immédiatement dans votre répertoire de travail à savoir C:\Users\TR1\nom_du_binôme

Afficher et configurer la grille de l’écran:

On commence par faire apparaître la grille de l’écran si elle n’est pas active:

Dans le menu Settings/Colors ou par la souris de droite, on sélectionne la ligne Highlights puis la commande Change Colors ou en double clinquant dessus.

Les fenêtres suivantes apparaissent:

On sélectionne la ligne SCREEN GRID (grille d’écran) puis on valide l’option Visible Yes. Toujours sortir des menus par la commande OK.

3.4.1 Choix du format de la grille

On commence par régler les unités de mesure dans le menu SETTINGS/Units.

Généralement, on travaille avec le millième de Pouce (thousands of an Inch) aussi appelé Mils dans l'industrie. Toujours dans le menu SETTINGS/Grids, on active la fenêtre de configuration de la grille:

Pour la grille principale, on règle la grille de travail (Current Working Grid) puis la grille qui sera effectivement affichée (SCREEN GRID). Généralement, on choisit une valeur de 100mils soit un pas.

Un fois ces deux réglages effectués, on doit obtenir la grille visible à l’écran. Si ce n’est pas le cas, c’est peut-être que la vue d’ensemble est trop lointaine. On doit alors se rapprocher avec les commandes de ZOOM d’écran:

Le détail de ces icônes est fourni dans les annexes.

Une fois ces réglages effectués, on peut commencer à saisir le schéma électrique figurant en annexe 1.

Le schéma proposé est celui d'un testeur de batteries proche de celui que vous avez réalisé en cours d'année. L’intérêt de saisir un schéma plus simple que votre projet est de pouvoir réaliser toutes les phases de réalisation d'un circuit imprimé dans les deux séances imparties.

4. Ajout d’un élément au schéma

Pour saisir un schéma, il convient de placer des symboles électriques correspondant à des composants réels au moyen du menu ADD\Symbol.

Avant de commencer, faisons un peu de vocabulaire.

Un SYMBOL n'est que la représentation d'une fonction électrique ; Par exemple, le dessin que l'on veut donner à une résistance sur un schéma de saisie. Il ne préjuge en rien de la valeur ou de la forme du composant.

Un COMPONENT désigne l’empreinte physique d'un composant c'est-à-dire la forme du boîtier et l'emplacement géométrique des pastilles de cuivre correspondant à ce composant.

Un PART est une référence de composant électronique complète qui désigne nommément ce composant (avec les références constructeur). Ce PART permet de faire l'association entre un SYMBOL et un COMPONENT.

Dans la phase de saisie de schéma, on pourra ajouter soit des SYMBOLS, soit des PARTS.

Toutes les commandes de saisie de composants se situent dans le menu ADD:

Dans notre cas, on commence par saisir en bloc tous les composants puis on effectuera les liaisons équipotentielles en dernier. Il y a deux méthodes pour ajouter un composant:

* on ne saisit que le symbol représentant la fonction électrique désirée (exemple AOP, porte ET ...) sans spécifier de référence de composant. Ceci peut être utile si on ne connaît pas la référence du composant qui devra ensuite réaliser cette fonction. Ensuite, on effectuera une PART ALLOCATION pour définir quelle référence de composant réalisera la fonction désirée.

* on saisit directement le composant (PART) avec sa référence de constructeur plus des informations dites ALTERNATES qui spécifient si le composant est couché ou debout etc. L’intérêt de cette deuxième méthode est que l’on évite la phase de PART ALLOCATION puisque celle-ci est définie au moment de la saisie du composant électrique appelé PART.

Personnellement, je préfère cette deuxième solution (on verra pourquoi par la suite).

4.1 Début de la saisie des composants

On commence par exemple par le LM2901 qui est un comparateur de tension en boîtier DIL 14 possédant 4 comparateurs identiques à sorties collecteur ouvert et une porte d’alimentation (boite avec deux connexions) pour alimenter l’ensemble.

4.2 Menu ADD Symbol

Si on connaît la référence constructeur exacte, on peut taper son nom dans le champ Part Name ou bien lancer une recherche si on ne connaît que le début du nom (commande SEARCH). Dans ce dernier cas, on tape dans la nouvelle fenêtre PARTS le début du nom du composant puis * pour dire que la suite est inconnue.

Ex : LM29* va vous afficher l'ensemble des références en bibliothèques commençant par LM29. Cette commande search est très pratique car les références complètes sont souvent très longues.

Une fois cette commande validée, on doit obtenir la fenêtre suivante:

Prenons le temps d'analyser cette fenêtre. On peut déjà observer le résultat de notre filtre de recherche qui fait apparaître 6 références distinctes commençant toutes par LM29. Celle qui nous intéresse doit être sélectionnée en haut. Dans la ligne : LM2901

Component Name apparaît OA2: c'est le nom par défaut que va donner CADSTAR dans votre schéma. Ici, il se peut qu’un boîtier comparateur OA1 existe déjà.

Gate Modifier apparaît la lettre A. En effet, votre circuit possède 4 comparateurs identiques mais distincts dans un même boîtier. A désigne l’alimentation ,nécessaire pour pouvoir utiliser au moins un comparateur . Une fois l’alimentation en place, on placera le premier comparateur qui possèdera le GATE MODIFIER B etc… jusqu’à E où cette fois CADSTAR vous proposera d’utiliser un nouveau boitier de comparateur qui devrait s’appeler OA3 et ainsi de suite.

exemple de saisie d’un comparateur LM2901.

Notez que la ligne Symbol Ref Name n'est pas modifiable. En effet, vous avez choisi d'ajouter un PART ce qui implique que vous connaissez la forme de l’empreinte physique(le boitier),sa représentation symbolique et les associations a faire entre le boitier et le symbole électrique. Celle-ci n'est donc plus modifiable à posteriori.

4.2.1 Saisie du comparateur LM2901

On choisit alors dans la liste le composant effectivement désiré, c’est-à-dire le LM2901-A pour l’alimentation et les différents comparateurs utilisés dans le schéma..

Une fois le composant sélectionné, on confirme par la commande Add et le composant apparaît dans la feuille de travail. Pour le poser sur la feuille un Click Gauche, et à ce moment, un nouveau comparateur apparaît, mais le logiciel se charge d'en prendre un autre dans le même boîtier si il en reste de disponible ou proposera de faire appel à un nouveau boitier de 4 comparateurs

Pour déplacer un symbole, on C.G. sur le contour du symbole (le OUTLINE) et on maintient la sourie appuyé ou on utilise l’icône MOVE , ou bien , avec un C. D. on obtient un menu contextuel dans lequel se trouve l’option MOVE

Pour arrêter la saisie ou pour saisir un autre composant on opère par la touche ESC (retour au menu de sélection des composants) puis la commande Cancel pour terminer.

Pour modifier la position du composant sur la feuille, on peut se servir des icônes de modification de l’affichage: ou utiliser la souris de droite pour faire apparaître un menu contextuel. Dans notre cas, on souhaite avoir l’entrée inverseuse en bas. on effectue donc un miroir après avoir sélectionné le composant:

puis plusieurs rotations pour l’amener en position désirée:

Remarque: La liste des icônes est fournie en annexe .

Le pas angulaire de la rotation est défini par défaut dans le menu SETTINGS/Preferences /Interaction à 90° mais il est modifiable.

4.2.2 Saisie des résistances nécessaires au montage

Même procédure que précédemment mais avec un filtre de recherche différent dans le fenêtre SEARCH: pour une résistance de 10K, on saisit le filtre de recherche suivant: 10K* pour obtenir tous les composants dont le PART commence par 10K

On répète l’opération pour les autres résistances du projet. Il est possible d’éviter de repasser par le menu ADD/Symbol. En effet, après avoir posé une résistance on doit appuyer sur la touche ESC pour sortir de la phase de positionnement des composants. Dans ce cas, on revient à la fenêtre ADD/Part et on valide la fin de cette phase par l’option CANCEL.

Remarque: Il est possible d’obtenir des informations sur un élément sélectionné au moyen de la commande EDIT/Query ou par la souris de droite et le menu contextuel ou enfin par l’icône Query

Dans ce cas, on obtient une fenêtre où il est possible de consulter et parfois de modifier certains paramètres du composant.

Dans l’exemple de notre résistance R1, l’option Query nous fait apparaître la fenêtre suivante:

Sur cette fenêtre, différents champs sont actifs et donc acceptent une modification. Par exemple, on pourrait modifier le nom du composant et l’appeler R2 ou bien forcer un rechargement du composant depuis la bibliothèque si entre temps on a modifié cette dernière. Cette option est donc très utile.

4.2.3 Saisie du reste des composants

On poursuit la construction de notre schéma par la diode zéner (filtre BZX*) les diodes silicium 1N4148 (filtre 1N41*), les voyants LED (filtre LED*), le potentiomètre ajustable (filtre ADJ*) .

4.3 Ajout d’un connecteur et des points de test

4.3.1 Connecteurs

On peut décider de rajouter un connecteur type connecteur de bord de carte pour faciliter le test de notre projet. Pour ce faire, on utilise la commande ADD/Connector ou l’icône .

Dans ce cas, la fenêtre de configuration suivante apparaît:

Dans cette fenêtre, on doit sélectionner la bibliothèque d’origine du connecteur désiré.

S'il s’agit d’un connecteur physique possédant une association symbole/boitier déjà définie, on utilisera la bibliothèque Part library.

S'i on n’a pas encore choisit le type physique du connecteur, on peut décider de ne placer qu’un symbole électrique d’un connecteur (Symbol Library) ou enfin utiliser les broches d’un connecteur déjà existant dans le design (Design Library).

Dans notre cas, on choisira le connecteur de bord de carte 13 points spécial pour les TRI, j’ai nommé le EDGE CONN 13P. Avant de valider, on peut changer son nom (Component Name) et dire quelle broche on veut activer (on commence par la 1).

4.3.2 Points de test

Pour les points de test, au même titre que les composants classiques, on utilise le menu ADD/Testpoint ou l’icône dédiée: .

Dans ce cas, on choisira une forme de point test appropriée pour notre application grâce à la fenêtre de sélection suivante:

On peut bien sûr utiliser comme précédemment l’outil de recherche SEARCH avec un filtre de recherche approprié (par exemple TEST*).

Lors de la saisie d'un connecteur ou d'un point de test CADSTAR incrémente automatiquement le numéro de broche du connecteur ou le numéro de point test tant que l'on ne sort pas du mode saisie avec la touche ESC.

On obtient par exemple au niveau de l'affichage les éléments suivants:

On obtient in fine le schéma suivant:

Pour ne pas trop surcharger l’affichage, il est possible de filtrer les couches graphiques visibles à l’ écran par le menu SETTINGS/COLORS et en sélectionnant la couche relative aux symboles électriques (SYMBOL).

En sélectionnant la catégorie SYMBOL/Part Names, et en cochant l’option visible no, on peut rendre invisibles les références constructeur tout en gardant actif les noms des symboles.

La sous couche Names, quant à elle, permet de gérer la présence des noms des symboles tels que R1,R2,OA1 …

4.4 Saisie des connexions équipotentielles

Il faut à présent réaliser les connexions électriques entre les différents symboles. Ceci est possible grâce au menu ADD/Connexions ou bien par l’icône correspondante: . Une connexion se réalise en faisant un C.G. depuis le point de départ , un C.G à chaque fois que l’on veut verrouiller des points de passage obligatoires sur le schéma, et un C.G sur la connexion d’arrivée. (jamais de double C.G qui laisserai une connexion en attente avec un DANGLER signalé au moment de la vérification finale)

Sur cet exemple, chaque point de passage obligé sur le schéma est réalisé par autant de C.G. que nécessaire. On peut effacer une connexion en la sélectionnant et en utilisant la touche DELETE (ou SUPPR) au clavier

Remarque: comme tous les logiciels professionnels, la phase de saisie des connexions entre les différents composants est une préparation au routage (dessin des pistes de cuivre reliant les composants entres eux). En effet, chaque connexion possède un attribut (que l’on appelle assignement) qui permet de fixer à priori la taille de la piste que devra ensuite réaliser le routeur ainsi que d’autres propriétés ou contraintes qu’il faudra passer au routeur.

On peux accéder à ces propriétés en cliquant sur une connexion en activant le commande QUERY. ON obtient alors un exemple de menu suivant :

Dans cette fenêtre il est par exemple possible de changer le route code qui définit la largeur de piste de cuivre que devra plus tard utiliser le routeur. Ceci n’est pas utile dans notre exemple simple car ,dans le testeur de batteries, les pistes de cuivre ne conduiront que des signaux de faibles intensité (moins de 200mA). Cependant, dans une application d’électronique de puissance, certaines pistes véhiculent des intensités beaucoup plus fortes et un calcul de leur largeur s’impose. On peut donc passer cette contrainte au routeur pour ne pas avoir à a gérer manuellement au moment du routage.

Ces assignements sont bien sûr modifiables pour chaque liaison équipotentielle. Dans notre cas très simple, on fixera cependant la taille des pistes au moment du routage mais celles-ci auront une valeur par défaut établie par le Schématic.

Pour établir une connexion, il suffit d'abord de sélectionner l’icône correspondant aux connexions, de cliquer une première fois sur le point de départ puis une deuxième fois sur le point d'arrivée. On peut cliquer entre les deux points extrêmes pour fixer la connexion à des points de passage particuliers. On peut aussi faire arriver une connexion sur une connexion existante. CADSTAR créera alors un point de jonction électrique:

On obtient donc le schéma suivant:

4.4.1 Saisie des signaux d'alimentation.

Vous avez pu remarquer, lors de la saisie des comparateurs LM2901, que les broches d'alimentation n'apparaissent pas sur le symbole. Pourtant, ce circuit est alimenté par deux pattes. Ces deux pattes d’alimentation sont accessibles au travers d’une porte d’alimentation possédant le même nom que le composant (OA1dans notre exemple ) mais avec le Gate Modifier A (ce sera le premier symbole électrique qui apparaîtra lors de la saisie du LM2901) . Il faut donc prévoir une connexion électrique entre ces broches et un point quelconque de notre schéma. Ceci sera fait en liant cette porte d’alimentation à deux équipotentielles particulières que les GLOBAL SIGNAL (ou signaux d’alimentation).

Les signaux d'alimentation sont des équipotentiels qui peuvent être communs à plusieurs pages de circuits. Ils sont appelés GLOBAL SIGNAL. Ceux utilisés dans notre schéma seront P12V (pour désigner le +12V, et GND ground qui désigne la référence de masse

On peux rajouter un nom de signal global (appelé global signal) toujours par la commande ADD/global signal ou par l’icône dédiée:

Attention à toujours rajouter une connexion (commande ADD/CONNECTIONS) entre un global signal et un symbole du schéma pour créer l’équipotentielle de liaison entre les éléments.

Dans ce cas, l’équipotentiel qui sera reliée au symbole de ce signal s’appellera GND si par exemple GND est sélectionnée.

4.4.2 Saisie de signaux de référence

Il est aussi possible de rajouter des noms d'équipotentielles qui peuvent être différentes de signaux d'alimentation et dont on spécifiera le nom de manière arbitraire. Ceci est utile lorsque l'on désire relier au même potentiel deux zones distantes d'un même schéma sans avoir à tirer une longue connexion entre deux points distants. Dans ce cas, on utilise des SIGNAL REFERENCE toujours par le menu ADD ou par l’icône dédiée. Ceci s’effectue par le menu ADD/Signal_reference ou par l’icône dédiée:

L'utilisation de cette technique permet de créer des blocs fonctionnels indépendants au niveau du schéma et de les relier entre eux au moyen de SIGNAL REFERENCE désignant par la même occasion le nom d'une ressource de bloc fonctionnel. Si deux signaux de même nom sont utilisés à deux endroits du schéma, ils seront électriquement reliés entre eux.

4.5 Présentation du schéma final

Il est temps d’imprimer notre schéma.

5. Impression du schéma

Deux méthodes principales: soit on désire imprimer une partie du schéma et dans ce cas, le menu FILE/Print fera l’affaire, soit on désire obtenir le schéma complet et on utilisera le menu POST PROCESS/Artwork qui est un outil permettant de maîtriser le format et l’échelle d’impression du document. C’est cette deuxième solution que nous retiendrons pour faire apparaître la fenêtre suivante:

La commande SETUP DEVICE permet de choisir le périphérique de sortie désiré: ici ce toujours Windows Printer qui permettra de choisir parmi les imprimantes installées sur le poste (déjà configuré) Pen plotter pour le plotter XY, windows printer pour notre imprimante et enfin DXF pour fabriquer un fichier de phototraçage (gerber Excellon...).

Dans notre cas, on se limitera à la windows printer.

5.1 Le choix du format et de l’échelle d’impression

Il se fait par la commande Scale and Position ; On choisira , pour imprimer un schéma , l’échelle automatique (Auto Scale) qui permet d’orienter et d’agrandir le schéma (cadre vert) de manière optimale par rapport à la zone d’impression possible (cadre rouge)

Dans un deuxième temps, on va définir la zone à imprimer.

L’autre solution consiste à spécifier un rapport d’agrandissement / réduction dans le champ SCALE.

On valide par OK pour lancer l’impression puis on valide la commande START PROCESSING.

Dernière étape de saisie de schéma: on doit transférer notre schéma vers la partie PCB pour en effectuer le placement et le routage.

6. Transfert vers le PCB

Une fois votre schéma électrique saisi avec l'ensemble de ses composants, on peut envisager de passer à la phase de placement des composants. Pour ce faire, CADSTAR va compiler votre schéma électrique, effectuer les correspondances entre nom de PART et empreinte physique (boitier des composants) et enfin, ouvrir une cession PCB (circuit imprimé) pour vous permettre de placer les composants.

Cette commande se situe dans le menu FILE/Transfer To PCB.

Une fois validée, on doit obtenir la fenêtre de configuration qui va définir les propriétés du futur circuit imprimé.

La configuration de cette fenêtre est très importante car d’elle dépend la réussite ou l’échec de votre routage. Au moment du transfert, on demande à cadstar de vérifier certaines erreurs et notamment la présence de connexions en attentes .

Plusieurs champs sont à configurer:

* Le nom du fichier de sortie: par défaut, votre nom de schéma avec l’extension .PCB

* On peut le modifier en utilisant l'option browse et définir un nouveau nom et un nouveau chemin de sauvegarde du fichier PCB.

* La partie du schéma à transférer: généralement WHOLE DESIGN pour transférer un design complet mais dans le cas d’un schéma hiérarchisé, une page ou plusieurs pages (sheet) de votre projet.

* La technologie de carte à employer: cela peut être du simple face, du double face ou du multicouche. Il existe une multitude de possibilités. Dans notre cas, j’ai créé une plaque qui s’appelle plaqTR1.pcb qui possède les assignements nécessaires au tirage en double face ici à l’IUT. On spécifie en même temps le contenu du rapport d’information lors de la phase de transfert (REPORT DANDLING CONNECTIONS les connecteurs inutilisés ou les connexions non reliées ...) ainsi que les pins non numérotées (Report Unumbered Terminal).

Si votre schéma possède des erreurs, l'opération de transfert sera stoppée et vous reviendrez à la phase de schématic. Dans ce cas, un rapport vous indiquera les erreurs et leur localisation en coordonnées XY sur le schéma de saisie.

Enfin, on valide par OK et on croise les doigts: une petite sauvegarde du fichier est néanmoins recommandée avant de lancer l’opération.

Une fois l’opération achevée, CADSTAR ouvre automatiquement le PCB et fait apparaître tous nos composants en bas à gauche de l’écran. Ici commence l’opération de placement proprement dite.