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1 Filières GI & GE Première Année du Cycle Ingénieur Support du cours Simulatio

1 Filières GI & GE Première Année du Cycle Ingénieur Support du cours Simulation et Routage Encadré par Pr. A. ERRAMI Année : 2017-2018 2 Plan du cours : Chapitre 1 : Introduction à la CAO des systèmes électroniques 1.1 L'ordinateur dans le domaine de conception électronique 1.2 Cycle de fabrication des systèmes électroniques 1.3 Outils de base d'une chaîne d'IAO/CAO Chapitre 2 : Saisie de schéma 2.1 Notion de conception hiérarchique (approche Top Down ) 2.2 La saisie d’un schéma électronique Chapitre 3 : La simulation fonctionnelle des systèmes numériques 3.1 Environnement de travail d’un simulateur 3.2 Procédure de simulation Chapitre 4 : La simulation TEMPORELLE des systèmes numériques 4.1 Caractéristiques temporelles d’un circuit séquentiel 4.2 Simulation en temps Min, en temps Max et en temps Typiques 4.3 Fréquence maximale de fonctionnement 4.4 Marge du ‘SETUP’ et Marge du ‘HOLD’ et notion d’Aléas de Fonctionnement 4.5 Simulation de fautes et évaluation de la testabilité Chapitre 5 : Simulation des systèmes analogiques ( Simulateur PSPICE ) 5.1 Représentation fonctionnelle d’un simulateur analogique 5.2 Représentation des différents fichiers propre à SPICE 5.3 Les icônes relatifs à PSPICE 5.4 Les étapes de simulation d’un circuit sous PSPICE Chapitre 6 : CAO du circuit imprimé 6.1 Concepts de base sur la fabrication industrielle des cartes électronique 6.2 Procédure de développement d’un PCB par les outils de CAO 6.3 Environnement logiciel d’un outil de CAO d’un PCB 6.4 Principaux paramètres de configuration d’un PCB 6.5 les étapes de conception d’un PCB 3 1 L'ordinateur dans le domaine de la conception électronique I.A.O : Ingénierie Assistée par Ordinateur pour le développement de produits électroniques :  prise en compte des spécifications du cahier des charges pour arriver au produit fini optimal répondant à ces spécifications  simulation fonctionnelle  qualification  Optimisation C.A.O : Conception Assistée par Ordinateur pour l'implantation physique et le routage des cartes C.F.A.O : Ingénierie Assistée par Ordinateur pour l'étude et le suivi des procédés de fabrication et tests de circuits imprimés  perçage par machine à commande numérique  implantation automatique des composants  tests IN-SITU Exemples de chaînes d'IAO/CAO professionnelle et industrielle: Système Mentor Graphies Système Valid Systèmes Cadence Orcad Exemples de chaîne complète personnelle : Système ISIS Système EAGLE Système PROTEUS 4 2 Cycle de fabrication des systèmes électroniques Ingénieur Projet Ingénieur Méthode études Ingénieur Méthode Fabrication Ingénieur / Technicien électronicien 5 3 Outils de base d'une chaîne d'IAO/CAO 6  Chapitre 2 : Saisie de schéma 7 Gestion d’un projet de conception électronique :  analyses bottom-up et  analyse top-down 2-1 Notion de conception hiérarchique ( approche Top Down ) Phase 1 : Description abstractive du système Exemple : automate programmable 8 Phase 2 - Description de chaque fonction principale Phase 3 - Description de chaque fonction secondaire : phase concrétisation de l’étude ( niveau composant ) 9 10 2.2- La saisie d’un schéma électronique 2.2.1 Les éléments de base d’un éditeur graphique de de schéma 2.2.2 Les trois types de projets relatifs à la création d’une schématique Projet pour une simulation Projet pour un PCB Projet pour une schématique 11 2.2.3 Menus et commandes d’un éditeur graphique de schéma 12 Chapitre 3 : La simulation comportementale des systèmes numériques 13 Définition : La simulation du comportement d'un circuit numérique nécessite une description du circuit à base d'un langage de description matériel (HDL), par exemple le Verilog ou le VHDL. Cette description peut avoir différents degrés de finesse ou niveaux de description:  description comportementale : on décrit le circuit à l'aide de fonctions de haut niveau (équation mathématique, etc.) ;  description structurelle : on décrit le circuit par interconnexion de modules plus petits (décodeur, multiplexeur, mémoire, opérateur logique ou arithmétique, etc.) ;  Register Transfer Level : le système est décrit comme un ensemble d'opérations combinatoires et de registres (élément séquentiel de base)  portes : l'ensemble du système est décomposé en portes logiques élémentaires (description structurelle au niveau porte). 14 3.1 Environnement de travail d’un simulateur 15 3.2 Procédure de simulation 3.2.1 Editions de schéma destiné à la simulation 3.2.2 Insertion et Editions des STIMULS 16 3.2.3 Choix des signaux à visualiser ( Traces ) 3.2.4 Lancement de la simulation et analyse des résultats 17 Chapitre 4 : La simulation TEMPORELLE des systèmes numériques 18 4.1 Caractéristiques temporelles d’un circuit numérique 19 Simulation logique en temps Min, en temps Typique, en temps Max ou en temps Min/Max : La simulation temporelle des systèmes logique exploite la librairie des modèles PSPICE de tous les composants qui figurent dans ce système. Les données qui figurent dans ces modèles sont établies à partir des datasheet des composants fournis par le constructeur. Chaque modèle est composé de deux parties :  une première partie qui décrit la fonctionnalité du composant  une deuxième partie qui décrit les paramètres temporels du composant qui sont fournis par le constructeur du composant. Exemple1 : extraits du datasheet relatif au circuit 7400 ( composant combinatoire ) : Exemple2 : extraits du datasheet relatif au circuit 7474 ( composant séquentiel) : 20 Exemples de simulation Soit un système combinatoire à trois entrées (E1, E2, E3) , une sortie S et trois nœuds internes ( N1, N2, N3) : On Applique sur ce système quatre simulations logiques en temps Min, en temps Typique, en temps Max ou en temps Min/Max : 21 Résultats de la Simulation en temps Min Résultats de la Simulation en temps Typique Résultats de la Simulation en temps Max Résultats de la Simulation en temps Min/Max 22 On constate que c’est uniquement la simulation en temps Min/max qui met en évidence la présence d’états indéterminés entre les instants 25ns et 82ns au niveau de la sortie S. Notion de fréquence maximale ( période minimale ) de fonctionnement Un système logique est décomposé en plusieurs ‘ chemins temporels’, dans chacun de ces chemins on calcul la période minimale de fonctionnement Thmin . La période minimale de fonctionnement de tous le système est donnée alors par la valeurs maximale de tous les Thmin calculées : Tmin = Max(Thmin ) Chaque chemin temporel est composé de la structure suivante : Thmin est alors calculée selon la règle suivante : 23 4.5 Simulation de fautes et évaluation de la testabilité Principe d’un simulateur de fautes Exemples de Fautes injectées : 24 Chapitre 5 : Simulation des systèmes analogiques ( Simulateur PSPICE ) 25 Définition : Un simulateur analogique utilise une modélisation du circuit électronique sous la forme d'un système d'équations différentielles. Ces équations sont obtenues en regroupant :  les lois de Kirchhoff : expression de la conservation du courant et de la tension dans la topologie en graphe du circuit ;  la loi d'Ohm ou autres équations caractéristiques statiques et dynamiques des composants utilisées.  les signaux de stimulation, correspondant aux sources (alimentations et signaux d'entrée). Pour connaître le comportement transitoire du circuit, le système d'équation est résolu sous forme différentielle (typiquement par la méthode d'Euler ou de Runge-Kutta. Pour déterminer le point de polarisation du circuit, la simulation est faite en statique. Il s'agit alors de résoudre un système d'équation non différentielles mais souvent non-linéaire. Enfin, pour déterminer le comportement en petits signaux (linéarisé) du système autour du point de polarisation, on utilise une résolution fréquentielle permettant d'avoir une simple résolution de système linéaire à variable complexe pour chaque fréquence, grâce aux propriétés de la transformée de Fourier. Exemple de simulateurs :  SPICE  Verilog-A  VHDL-AMS 26 Modélisation comportementale des composants sous Pspice  Niveau physique : composants primitifs de SPICE (R/C/L – diodes – transistors – sources U/I…)  Niveau structurel : modélisation par macro-modèles (AOPs – PLL …)  Niveau comportemental : description fonctionnelle et langage de spécification (VHDL-AMS, VERILOG-AMS ...)  Exemples de modèles PSPICE niveau physique 27 28 29 5.1 Représentation fonctionelle d’un simulateur analogique A l’heure actuelle, la société Cadence est le principal leader dans le marché des logiciels de CAO pour les systèmes électroniques analogiques et mixtes. Il a d’ailleurs racheté la société MicroSim, à travers la société Orcad. 30 5.2 Représentation des différents fichiers propre à SPICE Icônes spécifiques à la simulation analogique/mixte 31 5.3 Les icônes relatifs à PSPICE 32 5.4 Les étapes de simulation d’un circuit sous PSPICE Etape 1 : saisie du schéma avec les composants de la librairie PSPICE et placement des STIMULUS ( générateurs) et des PROBES (points test ) sur la feuille de dessin 33 Etape 2 : Définition d’un type d’analyse 34 Etape 3 : Lancement de la simulation Etape 3 : Choix des traces, Lancement de la simulation et analyse des résultats 35 Chapitre 6 : CAO du circuit imprimé ( PCB ) 36 6.1 Concepts de base sur la fabrication industrielle des cartes électroniques 6.1.1 Assemblage composants-carte 37 6.1.2 Les différents types de cartes électroniques 38 Exemple de carte électronique avec composants CMS Exemple de carte électronique avec composants Traversant 39 6.1.3 Principe de base d'une machine à braser à la vague 40 6.2 Procédure de développement d’un PCB par les outils uploads/Ingenierie_Lourd/ cours-simulation-et-routage-2018.pdf