Concevoir un PCB pour l’Internet des Objets (IdO) – 2ème Partie
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Nous voici dans la deuxième partie de notre tutoriel sur comment concevoir le PCB d'un produit Internet des Objets (IdO), faisant suite à la première partie déjà publiée.
La forme des objets IdO est le facteur déterminant pour les modalités de conception. Nous avons vu que les appareils portables connectés et plus généralement, les objets en contact avec le corps représentent aujourd'hui le type d'IdO le plus répandu. Pour ces produits, la forme est décisive, dans la mesure où ils doivent être suffisamment petits, ergonomiques mais également attractifs.
Deux approches de la conception s'affrontent ici. Selon la première, on réalise le projet électronique, qui est ensuite adapté aux exigences de forme du consommateur. Selon la deuxième, c'est la forme qui, dès le début, guide le travail du concepteur qui doit se soumettre aux contraintes du design esthétique.
Les composants d'un projet IdO
Le choix des composants est le premier facteur critique de la conception. La figure illustre le cas d'un thermostat Nest, où cohabitent CI et signal analogique/mixte, convertisseurs, capteurs, actionneurs, MEMS et modules radio. Mais on peut également trouver des versions miniaturisées de LED, écrans, appareils photo, microphones et haut-parleurs.
L’interface physique peut demander des boutons, des commutateurs, des capteurs tactiles et des ports de recharge. Mais les appareils IdO peuvent également contenir des capteurs, des lecteurs d'empreintes digitales, des résistances, des capteurs de force ou FSR (force sensing resistors) ainsi que des détecteurs de flexibilité.
Saisie des objectifs de conception (intents) dans un schéma
Une fois le choix des composants effectué et la création de la bibliothèque des symboles terminée, arrive le moment de définir les connexions entre les différents composants dans un diagramme schématique. Pour un maximum d'efficacité et de productivité, la conception du schéma doit inclure la gestion des composants avec leurs caractéristiques complètes et leurs coûts.
Dans la figure suivante, on a un exemple d'environnement entièrement intégré pour la phase de saisie du schéma. Dans un cas comme celui-ci, grâce à l'utilisation d'un outil tel que PADS, on a pu accéder directement à l'analyse des signaux du circuit analogique/mixte ainsi qu'à l'analyse de l'intégrité de signal pré-topologique, à partir de l'environnement de conception du schéma. Cela permet d'obtenir l'intégrité de signal du projet et d'assurer sa conformité aux exigences physiques du produit.
Les projets IdO contiennent des signaux analogiques et mixtes (AMS). Pour être performants, les circuits AMS demandent une conception spécifique, basée sur les modèles, la simulation et l'analyse pour les circuits à technologie mixte, comme dans la figure suivante. Ce genre d'analyse est essentiel pour garantir les objectifs de conception, les prestations et la fiabilité du produit IdO.
Ce qui caractérise les objets IdO, c'est leur changement d'état continuel : veille, transmission/réception, recharge, etc.. Il est possible d'appliquer la vérification fonctionnelle à chacun des états et même aux passages entre l'un et l'autre. La simulation pré-topologique, qui vient s'ajouter à la possibilité de planifier la vérification post-topologique, est le meilleur moyen de répondre aux exigences fonctionnelles du projet.
Les appareils IdO tels que les appareils portables connectés sont de petites dimensions et doivent garantir la plus grande efficacité du point de vue de l'alimentation. Pour allonger la durée des cycles entre deux rechargements de la batterie, il faut éviter tout dysfonctionnement dû à d'éventuelles pertes de tension et il est donc essentiel de procéder à l'analyse de l'intégrité de puissance. De façon analogue, il convient d'identifier au plus vite les zones de densité excessive du courant, afin de garantir une bonne alimentation des circuits intégrés.
La simulation est également fondamentale pour détecter tous les problèmes et les inefficacités dans l'interfaçage avec la mémoire. Les produits IdO utilisent en effet des microprocesseurs connectés avec la DRAM et les mémoires flash. Dans les projets basés sur les mémoires DDR, il est essentiel d'être en mesure de lier et router soigneusement les connexions à la mémoire. Cela est rendu possible grâce à des outils tels que la gestion avancée des règles, comme dans la figure qui suit, tirée de PADS.
Dans le prochain épisode, le dernier, nous aborderons la phase de conception topologique du PCB.