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Réaliser un plan de masse électronique

ajouter un plan de masse sur le typon d’une carte

vendredi 2 décembre 2005, par Julien H.

 La théorie

On appelle “plan de masse” le fait de relier toutes les pistes d’un circuit électronique entre elles pour ne former qu’une seule nappe de cuivre.

Première conséquence, il y a moins de cuivre à enlever sur votre PCB : le réactif (perchlo, acide) aura moins de travail, vous consommerez moins de produit, vous salirez moins vite votre bain.

Surtout, vous limiterez les dégâts en cas de court-circuit. Lorsque celà se produit, le courant part sur une piste (la masse par exemple) en empruntant les entrées (“pins”) de composants qui ne sont pas prévus pour : la piste chauffe. Plus la piste est large, plus la châleur est répartie et moins elle risque de casser.

Enfin, vous éviterez de créer des boucles avec les pistes de masse et ainsi limiterez les parasites.



 La pratique

Nous allons utiliser Eagle, un logiciel édité par Cadsoft pour la création de schémas et de typons. Il est gratuit pour des cartes de petite taille et existe sous Windows comme sous Linux !

On prend un schéma simple (un PIC avec régulation de tension, glue quartz et connecteur des ports IO) :

JPEG - 18.2 ko

Une fois satisfait du schéma, vérifié les erreurs et nommé les signaux (GND, Vcc, +12), on peut appeler la fenêtre de typon ("board") :

JPEG - 4.8 ko

Eagle ouvre alors une fenêtre avec tous les composants représentés par leur emprunte réelle, et avec les liens entre pattes : ce sont de simples fils jaunes qui se coupent.

JPEG - 46.7 ko

Il faut "router" la carte, c’est-à-dire dessiner les pistes réelles qui vont relier les composants entre eux. On utilise la fonction magique "autoroute" :

JPEG - 4 ko

Par la magie d’Eagle, on se retrouve avec une carte routée, on pourrait s’arrêter là, après avoir bien entendu vérifier qu’il n’y avait pas d’aberrations (une piste à souder sous une puce par exemple) :

JPEG - 47.5 ko

Mais nous voulons dessiner un plan de masse (ou alors vous vous êtes trompé d’article). On fait appel à l’outil "polygon" :

JPEG - 3.6 ko

On dessine alors un cadre (clic gauche, déplacement, clic gauche, déplacement, fermer le cadre) tout autour du circuit (dans la limite de la taille qu’on s’est fixée, c’est plus simple s’il n’y a pas de cuivre autour pour prendre en main la carte) :

JPEG - 50.1 ko

Il faut maintenant demander gentillement à Eagle de remplir les blancs pour faire le plan de masse.

JPEG - 3.2 ko

Il suffit de nommer le cadre tracé du nom du signal de masse :

JPEG - 5.8 ko

Et de confirmer qu’on veut lier notre cadre GND à toutes les pistes GND :

JPEG - 9.7 ko

C’est terminé, on a maintenant un typon avec plan de masse.

JPEG - 25 ko

 En détail

Sur le premier plan de masse, on peut remarquer que :
- il reste de grandes zones vides, lorsqu’il n’y a pas de signal GND à relier au cadre.
- les emplacements des composants sont fondus dans le plan de masse, pas du tout pratique pour percer.

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Avant de tracer le cadre, il faut donc jouer avec les options du "polygon"

JPEG - 5.8 ko

On va ainsi pouvoir demander à détourer les pistes :

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Ou remplir tous les espaces vides avec un plan, qu’il y ait la masse ou pas. Celà permet d’enlever moins de cuivre, mais n’oubliez pas de garder des emplacements pour les vis de fixation ou pour poser vos doigts.

JPEG - 24.8 ko

Vos commentaires

  • Le 28 janvier 2008 à 01:57, par Eric P. En réponse à : Plan de masse

    En fait cette technique ne se réduit pas à faire des plans de masse. On peut faire des plans de n’importe quoi : il suffit de donner au polygone le nom du signal concerné.

    C’est pratique notamment quand on utilise des régulateurs CMS en boitier SOT23 ou du même genre pour lesquels la patte métallique n’est pas la masse mais la sortie très souvent. Comme cette patte fait également office de dissipateur thermique, il est de bon ton de l’associer à une plage de cuivre correctement dimensionnée. On peut le faire en superposant des polygones quelconques (ie sans nom particulier) mais on perd alors les perforations pour d’éventuels pads qu’on aurait inclus dans ces plans (composants traversants dans le voisinage par exemple).

    En utilisant la technique des plans de masse, Vcc, 3V3,.... on rétablit les choses. De plus, l’isolation avec les autres signaux est automatiquement mise à jour, quand on modifie le routage des autres pistes après coup.

    J’ai récemment eu à faire un PCB avec deux tensions (5V et 3V3) et ai ainsi pu avoir trois plans couvrant presque toute la surface (masse, 5V, 3V3), avec tous les avantages que ça apporte, aussi bien au niveau de la gravure que de la protection contre les interférences.

    Répondre à ce message

  • Le 5 décembre 2005 à 22:40, par fabarbuck En réponse à : Plan de masse

    Juste un commentaire rapide : très sympa, j’ai meme appris des choses :)
    Il ne vous reste plus qu’à faire un tuto Eagle, maintenant ;)
    Bonne continuation !

    Répondre à ce message

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