Electronique > Bases > Logiciels de saisie de schéma et de routage

Dernière mise à jour : 10/08/2014

Présentation

Il fut une époque, par laquelle je suis passée, où la réalisation de circuits imprimés assistée par ordinateur ne couvrait pas encore vraiment le domaine grand public. Et oui, en 1976, l'ordinateur "vraiment personnel" n'était pas encore né, il fallait attendre encore quelques années. J'ai donc, comme beaucoup d'autres, joué du stylo à encre spéciale, gratté des pastilles transfert et déroulé du ruban autocollant. Puis je suis passé à l'insoleuse : dessins de CI sur calques canson, puis graveuse à mousse. Puis vint le moment où je fus assez grand et assez riche (vive les prêts bancaires) pour m'offrir un ordinateur portable et un petit logiciel de CAO. L'imprimante laser N/B n'a pas tardé à suivre, et je me suis retrouvé avec un ensemble de matériels qui me permettait de faire mes CI à toute heure, sans autres délais que ceux de la réalisation en elle-même.

CI avec pastilles et rubans
CI fait avec logiciel CAO
CI réalisé avec pastilles et rubans
CI réalisé avec logiciel de CAO

Je ne me suis jamais amusé à compter le nombre de CI que j'ai fait, et ce serait sans doute ridicule de le faire. Mais j'ai retrouvé il n'y a pas longtemps, une pochette où j'avais entreposé une grande partie des typons réalisés sur calques ou plastiques spéciaux imprimante. J'avoue que ça fait un peu drôle de revoir ses premiers circuits avec tous ces bouts de bande mal ajustés, maintenant que je suis habitué au routage informatisé...

Alors, logiciel de CAO obligatoire ?

Honnêtement, je ne pourrais plus vous conseiller de recourir aux "anciennes" méthodes, à moins que vous ne possédiez aucun ordinateur et que vous ne vouliez pas du tout en entendre parler (ça se respecte). Mais si vous avez un ordinateur et une imprimante de bonne qualité (laser de préférence), alors oui, je vous conseille sincèrement l'usage d'un logiciel de CAO (Conception Assisté par Ordinateur) pour réaliser vos schémas et/ou vos typons (dessin d'implantation des composants).

Saisie de schéma
Les logiciels de saisie de schéma vous permettent de dessiner les schémas électroniques en posant sur une feuille, des objets tout faits qui représentent les composants que l'on rencontre en pratique (résistances, diodes, transistors, connecteurs, etc), et de les relier ensuite entre eux par des fils de liaison (tout ça en virtuel, ça va de soi). Certains logiciels de saisie comportent des bibliothèques de composants bien fournies (6000 composants par exemple), d'autres vous obligeront à créer vous-même beaucoup de composants (bibliothèque d'origine de "seulement" quelques centaines de composants). Les logiciels professionnels permettent de produire un fichier spécial appelé Netlist, qui décrit dans un simple fichier texte, l'ensemble des composants utilisés et les connections effectuées entre eux durant la saisie du schéma. Ce fichier Netlist peut ensuite être récupéré par un logiciel de routage, qui sait donc tout de suite quels composants devront être placés sur le circuit imprimé et comment ils devront être reliés entre eux.

Simulation
La simulation permet d'observer le comportement d'un montage électronique, en appliquant des signaux spécifiques (signaux logiques ou analogiques) à des emplacements "stratégiques" (pas forcement sur une "entrée principale"), et en regardant la forme des signaux à l'aides d'appareils de mesure virtuels (analyseur de spectre, oscilloscope, voltmètre, analyseur logique, etc). Pour en savoir un peu plus sur la simulation, tapez "SPICE" dans votre moteur de recherche préféré.

Routage (placement des composants)
Le placement des composants et le routage des pistes est l'opération finale tant attendue, qui vous permettra de sortir sur papier ou dans un fichier informatique, ce si beau dessin qui fait tant rêver quand on regarde les circuits des autres. Notez que les opérations de saisie de schéma et de simulation ne sont nullement requises pour pouvoir effectuer le routage, mais elles peuvent apporter un certain confort et une certaine sécurité. Pour ma part, je préfère dessiner le schéma avant d'effectuer le routage, car le logiciel qui me sert pour le routage (ARES) est très étroitement lié (par une netlist) au logiciel qui me sert pour la saisie (ISIS), ce qui permet un contrôle permanent entre schéma et implantation des composants : si je ne me trompe pas lors de la saisie du schéma, je ne peux pas me tromper lors du routage.

Autoplacement et Autoroutage
- L'autoplacement est un procédé qui permet le placement automatique des composants sur une zone de circuit imprimé préalablement délimitée. L'autoplacement peut concerner tout ou partie des composants de la platine, ce qui permet par exemple de fixer manuellement l'emplacement de certains composants (connecteurs en bord de circuit par exemple), et de laisser le moteur de placement se débrouiller seul pour le reste. Le logiciel que j'utilise possède cette fonction, mais je ne l'utilise jamais (encore une fonction achetée pour rien).
- L'autoroutage est un procédé qui permet un tracé automatique des pistes entre les divers composants. Vous placez les composants selon votre souhait, et vous lancez la machine, qui dessine alors devant vos yeux les pistes les unes après les autres. Certains moteurs de routage incorporent même des stratégies de remise en cause, permettant de supprimer des pistes déjà placées pour tenter d'autres voies (cela améliore le taux de réussite finale). "Mais c'est formidable, dites-donc ! Plus besoin de passer de temps pour tracer les pistes, whaoouuu !" Ce n'est malheureusement pas si simple que cela. Le routage des pistes doit répondre à certains critères, on ne peut pas router toutes les pistes n'importe comment, surtout celles d'alimentation. Passe encore pour des petits montage bien simples, mais c'est quasiment impensable pour des montages HF ou numériques travaillant à très haute vitesse. La main de l'homme est encore nécessaire pour les travaux critiques et c'est bien heureux ainsi. Notons au passage que l'autoroutage donne en général de bons résultats quand il y a au moins deux couches de cuivre (circuit double face ou multi-couches). En mode simple face, les autorouteurs ont bien du mal à se dépatouiller. Comme moi.

Quel logiciel choisir ?

C'est la question vache, à laquelle tout un chacun risque de vous répondre "Ca dépend de ce que vous voulez faire". Ma réponse à moi est la suivante : si vous bricolez occasionnellement, nul besoin d'acheter la version pro de Proteus (c'est celle que je possède), de Eagle ou de Orcad. Un logiciel de base, proposé en shareware ou en freeware, peut parfaitement convenir. Si en revanche vous êtes vraiment accroc à l'électronique et que vous souhaitez réaliser un circuit imprimé par jour, je vous recommande vivement un logiciel professionnel. Pourquoi ? Bien que l'ensemble des logiciels existants (amateurs et professionnels) permettent la création de composants qu'ils n'incluent pas dans leurs bibliothèques de base, les logiciels professionnels disposent tout de même de bibliothèques de composants plus élargies et peuvent vous faire gagner pas mal de temps (rassurez-vous, vous aurez toujours des composants à créer, ça se construit au fil du temps, ces petites bêtes). De plus, dans les logiciels professionnels, les modules logiciels "Saisie de schéma" et "Routage" sont plus intimement liés et limitent le risque d'erreurs de saisie et de routage. Et encore, je ne parle pas de tous ces petits trucs qui rendent l'usage des logiciels plus pratique ou plus rapide (affichage du chevellu - liaisons "à vol d'oiseau" des connections restant à effectuer, affichage en temps réel des erreurs par rapport aux règles de conception fixées, génération et édition de plans de masse évolués, etc). De toute façon, comme pour tout logiciel qui se décline en plusieures dizaines de références, il est assez difficile de dire ce qui peut convenir à tout un chacun. Une chose est presque sûre : un logiciel professionnel demande un temps d'apprentissage plus long, mais quand on le maitrise, ça devient vraiment interressant.
Important ! Si vous souhaitez utiliser des fichiers informatiques pour les transmettre à un fabricant de circuits imprimés, renseignez-vous sur les formats d'export supportés. Si vous êtes amateur, l'idéal est tout de même de pouvoir créer des fichiers au format BMP, le format Gerber est plutôt réservé aux "pros" et n'est pas forcement pour vous. Si l'impression directe est supportée (on peut au moins demander ça à un logiciel de CAO je pense), vous pouvez aussi effectuer un export au format PDF avec l'utilitaire gratuit PDFCreator (petit descriptif sur cette page).

Une petite liste...

Je ne suis pas en mesure de vous dire : "Tel logiciel est vraiment le meilleur", car cela fait plus de 15 ans maintenant que j'utilise le même (Proteus), et je ne sais pas comment ont évolué les autres (j'imagine qu'ils ont tous leurs avantages et leurs inconvénients). Je vous invite donc à vous documenter sur les logiciels existants, voire les essayer quand il existe une version de démo. Plutôt que de recopier ici une liste complète de A à Z, autant vous donner une bonne adresse qui recense l'existant, surtout intéressante pour les logiciels de saisie de schéma, les logiciels de simulation et les logiciels de routage.

Voici tout de même quelques références, pour les impatients.

Gratuits
CiDess
DesignSpark PCB (RSComponents et Number One Systems)
DessElec2000 
DipTrace (nombre de broches limité à 300, pour usage non commercial)
DIY Layout Creator (Storm software)
Eagle Lite (taille CI limitée à 100 mm x 80 mm)
ExpressPCB
FreePCB
Fritzing
gEDA
KiCad
LTSpice (LinearTechnology Spice)
PCB
PCB123
SDS (Saisie De Schéma) (en complément de TCI)
TCI (Tracé de Circuit Imprimé) (en complément de SDS)

Shareware ou "pas trop chers"
LochMaster (pour circuits d'expérimentation type VeroBoard)
Abacom sPlan / SprintLayout
Proteus Lite

Et quelques autres encore...
Layo1
NumberOne EasyPC / ProRouter
PCB-Pool
Target 3001
Tsien BoardMaker
Ultiboard / ElectronicWorkBench
Visionics EdWin
WinSchem / WinEcad / WinTypon

Quelques conseils

Vous débutez dans le placement des composants assisté par ordinateur ? Voici quelques règles à respecter pour limiter les risques de déception.

Disposition des composants
Ne pas trop les espacer pour d'une part ne pas perdre trop de place inutilement, et d'autre part pour limiter la longueur globale des pistes, puisque plus c'est court, mieux c'est (ce qui n'est pas vrai pour tout, je suis d'accord avec vous). Ne pas trop les serrer les uns contre les autres, à moins d'avoir déjà les composants sous la main et d'être sûr de leur taille. On peut en effet avoir des surprises avec des condensateurs qui sont plus gros qu'on ne l'avait prévu (c'est un exemple entre autres). De plus, qui dit composants plus serrés, dit moins de place pour faire passer les pistes.

typon_mauvais_bon_001

Sur le dessin de gauche ci-avant, les deux transistors et le potentiomètre ajustable sont trop près du circuit intégré, il y a risque de collision mécanique. Ce n'est pas forcement un drame dans le cas présent, mais ça peut être sacrément casse-pieds, pensez-y.

Taille des pastilles et des pistes
N'utilisez pas des pastilles trop petites. Cela diminue l'aisance de l'opération de soudage ou de dessoudage, et de plus permet un moins bon maintien mécanique des composants. Les pistes doivent être assez larges pour ne pas "disparaitre" lors de l'opération de gravure. Oubliez les pistes de 0,1 mm permettant d'en passer 4 ou 5 entre deux pattes d'un circuit intégré, et choisissez plutôt une valeur de 0,5 mm au minimum (0,7 mm est une bonne valeur). Si vous faites faire votre circuit imprimé par un professionnel, renseignez-vous sur ses exigences en terme de taille minimale acceptée.

typon_mauvais_bon_002

Sur le dessin de gauche ci-avant, les pistes sont trop fines, et les pastilles du circuit intégré et des transistors sont aussi un peu trop limites (pour un besoin amateur). Agrandir un peu tout ça ne fait pas de mal, ne réduit pas la lisibilité, diminue la résistivité ohmique, et augmente la durée de vie de votre perchlorure (moins de cuivre à dissoudre). Vous avez vraiment besoin d'autres arguments ? Ah, vous êtes professionnel et vous avez les moyens de tirer des CI avec des pistes très fines ! Dans ce cas, laissez comme tel (le BOF devient BIEN), je n'ai rien dit.

Espacement des pastilles / pistes
Prévoyez un espace suffisant entre les diverses zones de cuivres qui ne doivent pas se toucher, surtout si vous faites vous-mêmes vos CI et que vous débutez aussi dans ce domaine. Vous risquez plus en effet d'avoir des débordements et des court-circuits entre zones proches, si le CI n'a pas été parfaitement gravé.

images/typon_mauvais_bon_003

Export fichier pour impression
L'idéal est d'effectuer un export dans un fichier PDF au moyen d'un driver d'imprimante adéquat, tel que PDFCreator ou CutePDF, ou dans un fichier de type vectoriel tel que EPS (Encapsuled PostScript). Si vous souhaitez exporter dans un format de type Bitmap, choisissez une résolution suffisante, au minimum de 300 dpi, de préférence 600 dpi. Format d'export : BMP ou GIF, pas de JPEG ! Ca ne vous fera pas des fichiers si volumineux que ça, à moins d'oublier de faire l'export en noir et blanc au lieu de le faire en couleur... Plus de détails sur les formats d'export.
Respect de l'échelle 1:1
Certains logiciels de dessin de CI (rares heureusement) produisent des impressions qui ne sont pas totalement à l'échelle 1:1. Si cela n'a pas grande importance pour les résistances, condensateurs ou autres composants classiques à deux ou trois pattes, cela peut être tout de même sacrément ennuyeux pour les circuits intégrés, qui peuvent ne plus du tout pouvoir être positionnés dans les trous ! Vérifiez bien cela avant de tirer ou faire tirer le circuit (utilisez une feuille de papier ordinaire, inutile de gacher votre précieux transparent).