Conception de cartes Electroniques Module ES106, SPE3 mars. 2005 Jean-Yves CADOREL (PAST)

Conception d’un minuteur pour camions frigorifiques Contraintes mécaniques et thermiques (encombrement, résistance au choc, gamme température, humidité…) Respect des performances (choix convertisseurs, amplis, µcontrôleur, DSP, FPGA…) Respect des coûts de fabrication (Le choix composant idéal peut être beaucoup trop cher!!!, attention aux quantités…) Technologies mises en œuvre (Types de composants, type de circuits imprimés…) Normes à respecter (CEM, basse tension, ATEX, Radio…) Coût : Il faut prendre en compte dans le design le nombre d’équipement qui devront être produits et le prix marché que l’on se fixe … stratégie sur les composants, la connectique, le circuit imprimé… Quantité : Exemple FPGA Virtex 4 30$/100 000 130$ pour 5000 pièces… JY CADOREL 2005

Etude et développement depuis la STB jusqu’au produit industriel VALIDER la STB et le CdC*)!!! Déterminer les contraintes dimensionnant le système (Consommation, autonomie, poids, performance, tenue en température…) Diviser le système en sous blocs indépendants (boîtier, alimentation, affichage, module d’acquisition…) *) STB: Spécification Technique de Besoin CdC: Cahier des Charges Il faut que les spécifications de l’équipement à réaliser soient clairement définies. Par exemple la plage de température (gamme automobile -40° +125°C) Il faut comprendre la fonction à réaliser, ne pas ajouter des options pas demandés (le prix augmente et on peut s’éloigner de la fonction à réaliser) C. ALAYRAC, Conception de cartes JY CADOREL 2005

Commutation puissance Conception d’un minuteur pour camions frigorifiques Synoptique fonctionnel Commutation puissance Alimentation temporisation Coût : Il faut prendre en compte dans le design le nombre d’équipement qui devront être produits et le prix marché que l’on se fixe … stratégie sur les composants, la connectique, le circuit imprimé… Quantité : Exemple FPGA Virtex 4 30$/100 000 130$ pour 5000 pièces… Commande organe de puissance IHM JY CADOREL 2005

Conception d’un minuteur pour camions frigorifiques Cahier des charges minimal Alimentation sur batterie 12V à 48V, Sur activation d’un entrée de type Tout Ou Rien, commuter la puissance pendant une durée de 30 à 90 secondes (réglable en usine) Puissance commutée à la charge : 30W à 50W suivant tension batterie. Prix de revient(carte équipée et testée) de 7€ unitaire par quantités de 100. Autres : SDU………………………………. Coût : Il faut prendre en compte dans le design le nombre d’équipement qui devront être produits et le prix marché que l’on se fixe … stratégie sur les composants, la connectique, le circuit imprimé… Quantité : Exemple FPGA Virtex 4 30$/100 000 130$ pour 5000 pièces… JY CADOREL 2005

Conception d’un minuteur pour camions frigorifiques Quelles solutions pour réaliser la fonction de temporisation ? Temporisation ?? Coût : Il faut prendre en compte dans le design le nombre d’équipement qui devront être produits et le prix marché que l’on se fixe … stratégie sur les composants, la connectique, le circuit imprimé… Quantité : Exemple FPGA Virtex 4 30$/100 000 130$ pour 5000 pièces… Sur activation d’un entrée de type Tout Ou Rien, commuter la puissance pendant une durée de 30 à 90 secondes (réglable en usine) JY CADOREL 2005

Conception d’un minuteur pour camions frigorifiques 2 types de solutions : temporisation analogique ou numérique. Temporisation ?? Coût : Il faut prendre en compte dans le design le nombre d’équipement qui devront être produits et le prix marché que l’on se fixe … stratégie sur les composants, la connectique, le circuit imprimé… Quantité : Exemple FPGA Virtex 4 30$/100 000 130$ pour 5000 pièces… JY CADOREL 2005

Conception d’un minuteur pour camions frigorifiques Exemple de temporisation analogique : le 555 ( Timer apparu en 1971) l'équivalent de 20 transistors, 15 résistances, et 2 diodes. multivibrateur monostable Coût : Il faut prendre en compte dans le design le nombre d’équipement qui devront être produits et le prix marché que l’on se fixe … stratégie sur les composants, la connectique, le circuit imprimé… Quantité : Exemple FPGA Virtex 4 30$/100 000 130$ pour 5000 pièces… R Potentiomètre 470 K + bouton R1 Résistance 10 K R2 Résistance 22 K C Condensateur chimique 100 uF C1 10 nF D1 Diode 1N4007 T1 Transistor 2N2222 IC1 NE 555 + support DIP 8 broches BP Bouton poussoir N.O. Relais Relais bobine 6 à 12 Vcc selon alimentation t= 1.1x RC. JY CADOREL 2005

Conception d’un minuteur pour camions frigorifiques Exemple de temporisation numérique : PIC10F JY CADOREL 2005

Conception d’un minuteur pour camions frigorifiques Quels critères pour faire le choix ? Le prix L’encombrement La fiabilité La pérennité Les contraintes de mises en œuvre etc.. JY CADOREL 2005

Multi source depuis 30 ans … Conception d’un minuteur pour camions frigorifiques NE 555 PIC 10F Le prix 0.18$ 0.55$ gamme T°C -40C to +85C L’encombrement 8L SOIC NARROW SOT-23 6 broches La fiabilité ??? La pérennité Multi source depuis 30 ans … Mono source La mise en oeuvre ajustement des valeurs de composants en fonction de la précision souhaitée (laser…) Nécessité de programmer le composant (in situ) JY CADOREL 2005

Avantage NE 555 ? Il faut tenir compte de tous les composants nécessaire à la temporisation ! Aucun pour le PIC (oscillateur interne) Un circuit RC pour le NE555 JY CADOREL 2005

NE555: sélection R et C R ~ 10 – 47 MW C ~ 47 – 100 µF Pour 10 à 100s on est à la limite du raisonnable avec 1 seul 555. R ~ 10 – 47 MW C ~ 47 – 100 µF JY CADOREL 2005

Les Différents types de résistances (Rappels) JY CADOREL 2005

Résistance fixe à couche métallique Résistance fixe à couche carbone Résistances pour montage en surface Les résistances CMS représentent + de 70% des unités vendues JY CADOREL 2005

Les choix logiques Quels critères pour faire le choix ? Résistances standard: CMS (en métal vitrifié) Puissance : CMS jusqu’à 3W, à piquer au delà. Précision : CMS (film métal ) 0.1% 25ppm/°C, et résistance bobinée à piquer pour la puissance Mise au même potentiel : éviter les résistances CMS (tension de claquage dans l ’air 1KV/mm). JY CADOREL 2005

Paramètres constructeurs : exemple fin de gamme 10M à … Prix farnell pour résistances 0805~0.04$ Pour celles-ci le prix unitaire (par 100 chez farnell) ~0.4$ !! JY CADOREL 2005

Choix des condensateurs => céramiques ou tantales ( cf recueils de fiabilité) CONDENSATEUR céramique 47UF 6.3V CMS 47UF 6.3V; Capacité:47µF; Conforme RoHS: Tension CC:6.3V dc; ; Diélectrique:X5R; T CONDENSATEUR tantale prix : 0.4$ en 4v le double en 10V… Capacité:47µF; Conforme RoHS Tension CC:4V; 0.8$ JY CADOREL 2005

Conception d’un minuteur pour camions frigorifiques NE 555 PIC 10F CI 0.18$ 0.55$ R 0.4$ C 0.8$ Total ~1.4$ JY CADOREL 2005

Etage de commande de la puissance. bipolaire sot23 MMUN2213LT1 Conforme RoHS Transistor type:Small Signal Digital; Polarité transistor:NPN Tension, Vceo:50V Ptot:0.2W Courant, Ic (hfe):5mA Ic maxi permanent a:100mA; prix : 0;05$ Mosfet : BSS138N -> 0.1$ Conforme RoHS Polarité transistor:Canal N Tension Vds maxi:60V; Courant, Id cont.:0.23A; Courant, Idm impul.:0.92A; Power, Pd:0.36W; Résistance, Rds on:3.5Ohm; JY CADOREL 2005

COMMUTATION PUISSANCE: Les RELAIS 0,72 € RELAIS CI SPCO 6VCC; Conforme RoHS:AC; Configuration contact:1RT; Tension, bobine CC, nom:6V; Courant, Commutation maxi:10A; Tension, contact c.c. maxi:100V; Courant, contact, DC maxi:10A; Puissance, bobine DC:360mW; Résistance, bobine:100Ohm; Température de fonctionnement mini:-40°C JY CADOREL 2005

COMMUTATION PUISSANCE: Transistors BIPOLAIRES et MOSFETS ~1$ Conforme RoHS:NON; Tension Vds maxi:60V; Courant, Id cont.:1.2A; courant, Idm impul.:4.8A; Power, Pd:0.8W; Rds on:0.3Ohm; boîtier: SOT-223; BIPOLAIRE Conforme RoHS:NON Tension, Vceo:60V; Ptot:3W; hfe, mini:100; Vcbo:150V; Courant, Ic (hfe):2A; JY CADOREL 2005

Et la fiabilité ? La connectique ? Le temps de pose ? Les normes ( RoHS ?) Et la fiabilité ? JY CADOREL 2005

0,5$ 0,25$ Description : BORNIER CI 3P; Conforme RoHS:NON; Nombre de pôles:3; Nombre de voies:3; Tension CA:250V; Courant:13A; Taille de fil, mm2 maxi:1.5mm²; Pas:5mm; Approbation:UL, CSA, SEV; Couleur:Gris Clair; Diamètre, broche:0.9mm; Diamètre, trou du circuit imprimé:1.3mm; 0,25$ Description : CONTACT MALE PQ25; Conforme RoHS:AC; Taille de fil, mm2 mini:0.2mm²; Taille de fil, mm2 maxi:0.51mm²; Numéro AWG mini:24AWG; Numéro AWG maxi:20AWG; Courant, DC maxi:5A; Diamètre, câble, mini:0.5mm; Diamètre, câble, maxi:0.8mm; Approbation:UL94V-0; Inflammabilité:UL94V-0; Matière, contact:Cuivre au cadmium; Revêtement, contact:Nickel plaqué or JY CADOREL 2005