Avez-vous déjà regardé à l'intérieur d'un appareil électronique et s'est demandé ce que font ces planches vertes? Ce sont des PCB - les circuits imprimés - et ils sont les cerveaux derrière presque tous les gadgets. Mais les lire n'est pas toujours facile pour les débutants.
Cet article explique ce qu'est un PCB et pourquoi apprendre à en lire une est une compétence clé pour les ingénieurs, les étudiants et les amateurs de technologie. Vous apprendrez les parties d'un PCB, comment tracer des circuits et comment décoder les symboles, les couches et les composants.
Comprendre la structure d'un PCB
Lorsque vous ramassez un circuit imprimé, il peut ressembler à une feuille verte avec de minuscules lignes et parties dessus. Mais il y a en fait un système en couches entier travaillant ensemble sous cette surface. Pour vraiment lire et comprendre un PCB, vous devez savoir ce que fait chaque couche et comment tout se connecte.
Quelles sont les couches d'un PCB?
Chaque PCB commence par une couche de base appelée substrat. C'est ce qui donne à la planche sa force et sa forme. La plupart du temps, il est fabriqué à partir de FR-4, un matériau en fibre de verre dur. Dans des cas particuliers, en particulier lorsque la chaleur est une préoccupation, les ingénieurs utilisent du polyimide ou même de la céramique. Ces matériaux gèrent des températures plus élevées et améliorent les performances dans des conditions exigeantes.
Juste au-dessus de la base, vous trouverez des couches de cuivre. Ce sont les voies minces qui transportent des signaux électriques d'une partie de la planche à une autre. Dans les PCB simples à couches uniques, il n'y a qu'une seule feuille de cuivre. Mais des conceptions plus complexes ont du cuivre des deux côtés ou dans plusieurs couches intérieures. Ces couches supplémentaires permettent à la carte de gérer plus de signaux et de lignes électriques dans des espaces restreints.
En plus du cuivre, il y a une couche de masque de soudure. C'est généralement ce qui donne à la planche sa couleur - souvent vert, bien que rouge, bleu et noir sont également courants. Le masque de soudure empêche le contact accidentel entre les traces et les autres métaux. Il aide également avec le processus de soudage en gardant la soudure foncière là où il est censé aller.
Ensuite, il y a la couche d'écran à soie. Ceci est le lettrage blanc et les symboles imprimés sur la planche. Il étiquette des choses comme les nombres de résistances, les valeurs de condensateur ou l'orientation d'un circuit intégré. Les marques à séquestre à soie vous aident à comprendre ce qui va où et comment connecter les choses.
Certaines planches, en particulier celles utilisées dans l'électronique haute performance, ont des couches internes supplémentaires. Ceux-ci peuvent inclure des plans électriques dédiés qui offrent une tension stable et des couches de capacité intégrées qui lissent la livraison de puissance. Ces couches cachées rendent le PCB plus efficace et plus fiable.
Que sont les traces de PCB et les vias?
Maintenant que vous connaissez les couches, il est temps de suivre les chemins entre les composants. Ces chemins sont appelés traces. Ils ressemblent à de minuscules lignes de cuivre, presque comme des routes reliant les villes. Les traces transportent des signaux électriques et ils viennent en différents types. Les traces de signal envoient des données entre les composants. Les traces d'alimentation fournissent la tension et les traces de sol donnent aux signaux un chemin de retour sûr.
Mais que se passe-t-il lorsqu'un signal doit sauter entre les couches? C'est là que les vias entrent. Les vias sont de minuscules trous forés dans la planche, puis remplis ou bordés de matériaux conducteurs. Ils agissent comme des ascenseurs pour les signaux. Les vias par trous vont du haut vers la couche inférieure. Les vias aveugles ne vont que de la surface à une couche intérieure. Les vias enterrés sont cachés profondément à l'intérieur, reliant les couches intérieures sans atteindre l'extérieur.
Pour lire efficacement un PCB, vous devez suivre ces traces avec vos yeux ou même un multimètre. Commencez à partir de la source d'alimentation et voyez où il va. Recherchez des traces qui se ramifient et vérifiez si l'une d'entre elles passe par des vias. Dans une carte multicouche, vous ne verrez peut-être pas toutes les connexions à la surface, mais via des emplacements peuvent vous donner des indices sur ce qui se passe à l'intérieur.
Apprendre à voir comment toutes les couches, les traces et les vias fonctionnent ensemble il est plus facile de comprendre comment un PCB fonctionne réellement.
Comment lire les schémas PCB
Si vous regardez un PCB et que vous vous sentez perdu, vous n'êtes pas seul. C'est pourquoi des diagrammes schématiques existent. Considérez-les comme le plan du circuit - chaque fil, composant et connexion énoncé dans une carte symbolique. Les schémas ne montrent pas à quoi ressemble physiquement le tableau, mais ils expliquent comment tout fonctionne dans les coulisses.
Quels sont les diagrammes schématiques dans la conception des PCB?
Un schéma est un dessin simplifié d'un circuit. Il utilise des symboles standard au lieu de formes du monde réel. Il ne montre pas la taille, la position ou la forme exactes des composants, mais il montre comment l'électricité traverse le système. Vous pouvez suivre les connexions comme une feuille de route.
Chaque schéma est construit sur un ensemble de règles universelles. Ces règles proviennent d'organisations comme IEC, IEEE et ANSI. Ils définissent ce que chaque symbole signifie pour que les ingénieurs du monde entier puissent lire le même diagramme sans confusion. Que vous lisiez un symbole de résistance en Allemagne ou au Japon, il suit les mêmes normes de base.
Les schémas sont étroitement connectés aux PCB physiques. Avant même une carte, les ingénieurs utilisent le schéma pour planifier comment tout fonctionnera. Plus tard, cette conception devient une véritable disposition où les symboles se transforment en parties réelles et en cuivre.
Comment interpréter les symboles schématiques
Une fois que vous avez un schéma devant vous, commencez par les lignes. Les lignes droites représentent des fils ou des traces. Lorsque deux lignes se rencontrent et qu'il y a un point, c'est une jonction - ces lignes sont connectées. Aucun point signifie que les fils se croisent sans toucher. Ces détails comptent beaucoup lorsque vous tracez un circuit.
Chaque composant a son propre symbole. Une résistance est souvent un zigzag ou un rectangle. Les condensateurs sont deux lignes droites, parfois une courbée si elle est polarisée. Les diodes sont des triangles pointant vers une ligne. Les transistors semblent plus complexes - ils utilisent des cercles avec des flèches montrant la direction du flux de courant. Les circuits intégrés ne sont que des rectangles avec plusieurs broches.
Vous verrez également des symboles de puissance et de sol partout. GND signifie sol. Il ressemble généralement à un triangle vers le bas ou des lignes empilées. VCC, VDD ou + V montre où la puissance positive entre. Suivre ces symboles vous aide à comprendre comment le circuit est alimenté et où les signaux commencent ou s'arrêtent.
Symboles schématiques vs empreintes de pas PCB
Voici où les choses peuvent devenir un peu délicates. Les symboles que vous voyez dans un schéma ne sont pas à quoi ressemblent les composants sur la carte réelle. C'est pourquoi les concepteurs de PCB utilisent quelque chose appelé empreinte.
Un symbole schématique montre comment un composant fonctionne électriquement. L'empreinte montre comment elle s'inscrit physiquement au tableau. Prenons une résistance comme exemple. Sur un schéma, c'est un zigzag. Sur le PCB, ce sont deux pads avec un petit rectangle entre eux. Pour une diode, le schéma utilise un triangle et une ligne, mais l'empreinte est deux petits pads avec une ligne montrant la polarité. Les CI sont les plus différents. Ils peuvent ressembler à de simples rectangles dans des schémas, mais sur la carte, vous verrez beaucoup d'épingles disposées pour correspondre au type de package.
Être capable de faire des allers-retours entre le schéma et le PCB réel est l'une des compétences les plus utiles lorsque vous construisez, fixez ou concevant l'électronique.
Annotations et marquages à séquens
Lorsque vous retournez un PCB ou regardez attentivement sa surface, vous remarquerez un texte blanc, des symboles et des contours imprimés juste au-dessus. Cette couche est appelée l'écran à soie. Ce n'est pas seulement pour les looks - il est là pour aider les gens à assembler, tester ou réparer la carte. Tout ce qui est imprimé dans cette couche est censé vous faciliter la vie lors de l'identification et de la mise en place de composants.
L'écran à soie vous dit quelle est chaque partie, où elle va et comment elle devrait faire face. Vous verrez souvent de petits rectangles ou cercles qui correspondent aux formes des composants. Ce sont les contours qui montrent où placer des pièces comme les résistances, les condensateurs et les puces. Parallèlement à ces contours, vous repèrerez des étiquettes en lettres et en chiffres.
Ces étiquettes sont appelées concepteurs de référence. Chacun commence par une lettre qui vous indique le type de composant. Par exemple, R signifie résistance, C signifie le condensateur, D est diode, Q est transistor et U est un circuit intégré. Les chiffres montrent la commande, comme R1 ou C5. Ceux-ci facilitent la correspondance de ce que vous voyez sur le tableau avec le schéma du schéma.
L'orientation est également importante. Certaines pièces - comme les diodes, les condensateurs polarisés et les frites - doivent faire face d'une certaine manière. C'est pourquoi les marques d'écran à soie incluent souvent des indicateurs de polarité. Une bande, plus un signe ou un point peut montrer quelle broche est positive ou où la broche 1 devrait être. Les ICS ont souvent un petit cercle ou une encoche imprimés près d'un coin pour marquer la broche 1. Les diodes peuvent avoir une flèche ou une barre imprimée à côté d'eux, correspondant à leur direction d'écoulement actuelle.
Vous verrez également des étiquettes comme GND, +, -, VCC ou VDD. Ceux-ci vous indiquent où se trouvent les connexions d'alimentation et de sol. GND signifie sol. VCC ou VDD marque généralement l'alimentation positive. Ces marques aident pendant les tests ou lors de la connexion des dispositifs externes. Il est beaucoup plus facile de trouver les bons endroits lorsqu'ils sont clairement étiquetés directement sur le tableau.
Les marques à séquestre à soielles ne portent pas de courant électrique, mais elles transportent beaucoup d'informations. Ils sont comme des panneaux de signalisation pour votre circuit, montrant à quoi sert chaque zone et ce que fait chaque partie.
Techniques d'inspection visuelle
L'une des façons les plus simples de lire et de comprendre un PCB est de le regarder attentivement. L'inspection visuelle ne nécessite pas d'équipement sophistiqué, mais il peut toujours révéler beaucoup, comme la façon dont la planche est aménagée ou si quelque chose semble mal. C'est la première chose que les techniciens font avant d'utiliser des outils comme les multimètres ou les oscilloscopes.
Comment inspecter un PCB par œil
Commencez par obtenir le bon éclairage. Une bonne lumière vous aide à voir les minuscules détails sur la surface de la planche. L'éclairage incliné peut lancer des ombres et mettre en évidence des pièces surélevées ou mal alignées. La lumière UV fonctionne particulièrement bien lorsque vous vérifiez les revêtements ou repérez des contaminants que vous pourriez manquer sous un éclairage normal. Si vous avez une carte transparente ou semi-transparente, vous pouvez essayer le rétro-éclairage. Cela rend les traces cachées et les vias plus faciles à voir. La lumière polarisée est une autre astuce - elle réduit l'éblouissement des coussinets métalliques brillants et des joints de soudure, aidant vos yeux à se concentrer sur de petits défauts.
Utilisez des outils simples pour faciliter le travail. Une loupe de base est assez bonne pour la plupart des planches à trous à travers. Si vous travaillez sur des planches avec de minuscules composants montés sur surface, vous voudrez quelque chose de plus fort comme la loupe d'un bijoutier ou même un microscope numérique. Ceux-ci vous permettent de repérer des choses comme des fissures des cheveux, des coussinets endommagés ou des ponts micro-soudages.
Comment trouver des dommages ou des défauts à la vue
Lorsqu'un conseil ne fonctionne pas, il y a une chance que le problème soit visible. Tout d'abord, recherchez des zones brûlées ou sombres. Une trace noircie ou un tampon décoloré signifie généralement quelque chose surchauffé. Ensuite, vérifiez les composants fissurés. De minuscules chips et résistances peuvent se séparer ou se casser sans tomber, alors regardez attentivement leurs surfaces. Si le composant a un renflement, une bosse ou une marque étrange, elle pourrait être endommagée.
Examinez également les joints de soudure. Un coussin levé semble s'éloigner de la planche - cela peut briser la connexion électrique. Les joints de soudure froids ou fissurés peuvent également échouer même s'ils ont l'air bien de loin. Les ponts de soudure se produisent lorsque la soudure fondue connecte accidentellement deux coussinets ou épingles qui ne devraient pas toucher. Ce sont souvent des taches brillantes entre les épingles sur les puces.
L'inspection visuelle ne consiste pas seulement à repérer les dégâts - il s'agit également de comprendre la disposition. Vous pouvez tracer où l'alimentation entre, suivre les chemins de signal et localiser des pièces critiques comme les circuits intégrés, les capteurs ou les connecteurs. Une fois que vous vous y êtes habitué, vos yeux deviennent l'un de vos meilleurs outils pour lire les PCB.
Utilisation d'outils pour lire et vérifier les PCB
Parfois, vos yeux ne sont pas suffisants pour comprendre ce qui ne va pas sur un circuit imprimé. C'est là que les outils entrent en jeu. Le bon équipement vous aide à creuser plus profondément: cocher les connexions, tester des tensions ou tracer des signaux via la carte. Même si vous débutez, apprendre à utiliser ces outils peut économiser des heures de conjecture.
Comment utiliser un multimètre pour lire les PCB
Un multimètre est votre outil de référence lorsque vous travaillez avec des PCB. Réglez-le en mode continuité pour vérifier si deux points sont connectés électriquement. S'il y a un bip ou une lecture proche de zéro ohms, la connexion est bonne. Sinon, la trace peut être cassée ou un joint de soudure a échoué. C'est un moyen rapide de vous assurer que votre câblage et vos chemins sont intacts.
Vous pouvez également passer en mode résistance pour mesurer la résistance qu'un composant offre. Par exemple, vous pouvez vérifier si une résistance correspond à ses bandes de couleur ou à une valeur étiquetée. Ensuite, il y a des tests de tension. Ceci est particulièrement utile lorsque la carte est alimentée. Placez une sonde sur le sol, puis touchez les autres endroits pour voir la quantité de tension présente.
Suivez toujours les étapes de sécurité si vous testez un circuit alimenté. Assurez-vous que vos mains sont sèches. Utilisez des sondes isolées. Ne touchez jamais les pièces métalliques exposées. Si vous n'êtes pas sûr de la tension avec laquelle vous avez affaire, commencez avec la plus grande portée. Et déconnectez toujours l'alimentation avant de changer de modes ou de sondes en mouvement.
Outils avancés: analyseurs logiques, oscilloscopes et têtes de test
Une fois que vous allez au-delà des chèques de base, les outils avancés vous permettent de voir des détails plus complexes. Les analyseurs logiques sont utilisés lorsque vous travaillez avec des signaux numériques. Ils peuvent capturer et afficher les modèles, comme le timing entre deux signaux ou comment un microcontrôleur communique avec la mémoire. Utilisez-les lorsque votre carte est en cours d'exécution, mais la sortie semble mauvaise ou incohérente.
Les oscilloscopes vous aident à regarder les signaux de tension changer avec le temps. Connectez la sonde à un point de test et vous verrez une forme d'onde en direct à l'écran. Cela montre à quel point le signal est propre ou bruyant, à quelle vitesse il change, ou si cela fonctionne même. Les oscilloscopes sont parfaits pour les circuits analogiques, les horloges ou tout ce qui nécessite un timing lisse.
Certaines configurations de test utilisent ce qu'on appelle une tête de test. C'est un luminaire qui appuie contre la carte et se connecte à plusieurs points de test à la fois. Ceux-ci sont souvent utilisés dans la fabrication pour vérifier que toutes les connexions fonctionnent avant les navires du produit. Bien que vous ne puissiez pas utiliser une tête de test à la maison, il est bon de savoir qu'ils existent pour la production de masse et le contrôle de la qualité.
Chacun de ces outils ajoute une autre couche de perspicacité lors de la lecture ou du débogage d'un PCB. Ils vous permettent de passer de l'inspection de base au diagnostic électronique complet, pas par étape.
Logiciel pour lire et analyser les PCB
La lecture d'un PCB à la main fonctionne bien pour l'inspection de base. Mais lorsque les choses deviennent plus complexes, en particulier avec les cartes multicouches - les logiciels peuvent vraiment vous aider. Les outils de conception de PCB vous permettent d'explorer chaque trace, calque et connexion sans avoir besoin de toucher physiquement la carte. Ils sont un moyen puissant d'étudier le fonctionnement d'un circuit et de repérer les erreurs tôt.
Comment le logiciel de conception PCB peut-il aider?
Le logiciel de conception vous montre une version virtuelle de la carte. Vous pouvez zoomer, tourner, masquer les calques et suivre les connexions d'une manière que vous ne pouvez tout simplement pas faire avec vos yeux seuls. Il est idéal pour tracer des signaux sur plusieurs couches ou vérifier si les composants sont correctement connectés. Vous n'avez pas à deviner où mène une trace - cliquez simplement dessus et suivez.
La plupart des outils ont un contrôle de couche, ce qui signifie que vous pouvez afficher uniquement la couche supérieure, les bas ou les intérieurs un à la fois. Ceci est super utile pour les planches remplies de signaux dans toutes les directions. Il y a aussi une mise en évidence du filet. Choisissez un signal et le logiciel allume tous les points qu'il touche. Cross-ProBing vous permet de cliquer sur quelque chose sur le schéma et de le trouver instantanément sur la mise en page - ou l'inverse. Ces fonctionnalités économisent beaucoup de temps lors de l'examen des conceptions ou du dépannage.
Outils populaires de la visionneuse de PCB (guidage général)
Vous n'avez pas besoin de logiciels coûteux pour commencer. Il existe des téléspectateurs gratuits et basés sur le Web qui fonctionnent très bien pour les tâches de base. Que devriez-vous rechercher? Au minimum, l'outil doit prendre en charge la visualisation du fichier Gerber. C'est le format utilisé pour fabriquer des PCB. Recherchez également des outils avec le zoom, la casserole, le basculement des calques et le suivi du filet.
De nombreux outils vous permettent également d'importer des fichiers de matériaux, afficher les numéros de pièce ou même générer des aperçus 3D. Pour l'ingénierie inverse ou l'éducation, avoir des mesures et une recherche de pièces est également pratique.
Pour afficher un PCB dans le logiciel, commencez par importer les fichiers Gerber. Ceux-ci sont généralement fournis dans des ensembles - un pour chaque couche, y compris le cuivre, l'écran à soigneux, le masque à souder et le foret. Après les charger, utilisez des commandes de couche pour explorer la conception. Vous pourrez repérer des choses comme la largeur de trace, l'espacement des coussinets et comment les VIA connectent les calques.
Certains outils populaires incluent Kicad, Eagle, EasyEda et Gerbv. Chacun a sa propre interface, mais l'idée principale est la même - vous vous faisant regarder à l'intérieur de la planche sans rien ouvrir physiquement. Une fois que vous serez à l'aise avec ces outils, vous lirez les PCB plus rapidement et plus précisément, avant même qu'ils ne soient construits.
Comment s'entraîner à lire un PCB
Apprendre à lire un PCB, c'est comme apprendre une nouvelle langue. Cela peut sembler difficile au début, mais une fois que vous l'avez divisé en petits pas, cela devient beaucoup plus facile. La meilleure façon de s'améliorer est de pratiquer avec de vrais planches entre vos mains, en particulier celles conçues pour les débutants.
Commencez par des PCB analogiques simples
Les PCB analogiques sont un excellent point de départ. Ces planches gèrent les tâches de base comme l'éclairage des LED, la génération du son ou la température de détection. Ils sont plus faciles à comprendre car ils n'incluent pas les microcontrôleurs ou le code complexe. Moins de composants signifie moins de connexions à la trace, vous pouvez donc vous concentrer sur l'apprentissage de la façon dont les signaux circulent à travers les résistances, les condensateurs, les diodes et les transistors. Regardez la disposition. Essayez de suivre où le pouvoir entre et comment il se déplace à travers les traces. Utilisez vos yeux et peut-être un multimètre pour explorer les chemins.
Utilisez des kits avec schéma et mise en page correspondant
Certains kits sont spécialement conçus pour l'apprentissage. Ceux-ci sont généralement livrés à la fois avec un diagramme schématique et une disposition imprimée de la planche. C'est un combo parfait. Vous pouvez lire le schéma pour voir comment les choses se connectent logiquement, puis basculer vers la mise en page et voir où elles se trouvent physiquement. Pratiquez des symboles de correspondance aux pièces réelles du tableau. Commencez par trouver des articles simples, comme R1 ou C2, puis travaillez-vous vers les circuits intégrés et les connecteurs.
Ces kits vous permettent également de souder le tableau vous-même. Cela vous apprend non seulement ce que sont les composants, mais aussi où ils vont et pourquoi. Regarder le schéma prendre vie lors de la construction du conseil d'administration aide à construire un lien mental fort entre la théorie et la pratique.
Entraînez-vous à identifier chaque composant
Prenez une planche - nouvelle ou vieille - et allez une partie à la fois. Recherchez les étiquettes à écran à soie comme R, C, D, Q et U. Essayez de nommer chaque composant. S'il y a une résistance, lisez ses bandes de couleurs. S'il y a une diode, vérifiez la bande de polarité. Trouvez le CI et localisez la broche 1. Utilisez une fiche technique ou une recherche en ligne pour rechercher des pièces inconnues.
Au fur et à mesure que vous vous améliorez, mettez-vous au défi. Essayez de deviner ce que fait le conseil d'administration en regardant. Suivez les traces de l'alimentation à la sortie. Esquissez une version simple du schéma en fonction de ce que vous voyez. Même cinq ou dix minutes par jour peuvent renforcer votre confiance avec de vrais PCB.
Conclusion
Apprendre à lire les PCB est l'une des étapes les plus importantes pour comprendre l'électronique. Il vous aide à déterminer le fonctionnement des circuits, comment résoudre les problèmes et même comment concevoir vos propres projets. Comme toute compétence, cela devient plus facile avec la pratique. Commencez par des planches et des kits simples, puis construisez votre chemin. Plus vous explorez, plus vous deviendrez confiant en lecture et en travaillant avec des circuits imprimés. Pour plus d'assistance, bienvenue pour consulter les produits de soutien de notre entreprise, tels que Machine de forage PCB CNC, Machine de brossage de broyage PCB.
FAQ
1. Quelle est la façon la plus simple de commencer à lire un PCB?
Commencez par identifier des composants de base comme les résistances et les condensateurs. Utilisez un PCB ou un kit analogique simple avec un schéma correspondant.
2. Comment puis-je savoir où l'alimentation circule sur un PCB?
Recherchez les étiquettes VCC ou VDD pour une puissance positive et GND pour le sol. Tracez ensuite les chemins entre eux à l'aide de lignes de cuivre ou de mode de continuité multimètre.
3. Pourquoi certains composants ont-ils des symboles sur les schémas mais sont différents sur le tableau?
Les symboles schématiques montrent comment les composants fonctionnent électriquement, tandis que les empreintes de PCB montrent leur taille et leur forme physique.
4. Que dois-je faire si je ne trouve pas la valeur d'un composant?
Vérifiez l'étiquette à Silkscreen, les bandes de couleurs ou les numéros imprimés. Vous pouvez également rechercher le numéro de pièce en ligne pour les feuilles de données.
5. Puis-je pratiquer la lecture de PCB sans aucun matériel réel?
Oui. Utilisez des téléspectateurs PCB gratuits et des projets open source. Vous pouvez charger des fichiers Gerber et explorer les dispositions numériquement.
