lire une bom et peupler son pcb

Dans cet article je vais te présenter comment lire une nomenclature produit (BOM), identifier tous les composants de ton kit et bien les placer sur ta carte électronique (PCB), rien que ça !

Avant d’entrer dans les détails, on va faire quelques rappels sur le PCB, comment lire une BOM, et quel est le matériel nécessaire pour bien travailler. Si tu es un habitué, tu peux directement aller au tuto en cliquant ici.

les préparatifs

le matériel recommandé

Voici une liste du matériel nécessaire pour réaliser ce tuto. Tu n’es pas obligé d’avoir tous ces outils mais ça rend la mission beaucoup plus agréable :

mes favoris

• Un multimètre, c’est un outil qui permet de mesurer tout un tas de choses en électronique. Résistance, tension, courant, capacité… On en trouve des centaines à tous les prix. La bonne nouvelle c’est qu’à partir de 15€ tu peux déjà trouver quelque chose de correct. Voici donc notre petite sélection : celui-ci est en promo à 15€ et celui-ci à 32€. A toi de voir ensuite selon ton utilisation, si c’est occasionnel ou plutôt fréquent. Tu peux te passer du multimètre en apprenant le code couleur des résistances !
• Un support de PCB, là c’est du luxe mais j’adore ça ! Tu bloques ta carte entre les 2 mâchoires puis ça devient super facile d’implanter les composants dessus. Tu peux également t’en passer en travaillant avec la carte sur la table, c’est juste moins confortable.
• Une armoire avec des tiroirs à composants. Cela te permet de ranger tes composants en les triant par valeurs. L’idée est de commander
  chez nos fournisseurs 100 pièces de chaque résistances puis de les ranger et de ne plus jamais avoir à les trier ! Si tu es parti pour faire quelques pédales c’est économique et tu gagneras beaucoup de temps.

les classiques

• Une pince à bec rond, c’est un outil très pratique qu’on utilise quotidiennement. Il permet de plier les pattes de composants proprement et de tirer des câbles logés au fond du boitier. Et bien évidemment de tenir un peu tout et n’importe quoi. Sur cette étape du kit ce n’est pas indispensable, mais ça le sera dans les tutos suivants. Alors, autant en profiter !
• La troisième main te permettra de faire les câblages de switchs et de potards dans le prochain tuto. Tu peux aussi te servi de ces pinces pour tenir ta carte et implanter tes composants.

documents et pièces à récupérer avant de commencer

• Pour lire ta BOM eh bien… il faut la bonne BOM sous les yeux !
• Le schéma électronique de ton kit (si tu veux en apprendre plus et non pas seulement assembler)
• Le kit en question avec tous les composants et le PCB.

les infos techniques

Un rappel de quelques notions électroniques intéressantes. Tu peux t’en passer et aller directement à l’assemblage.

le pcb (printed circuit board)

Le PCB, c’est la carte électronique qui contient toutes les liaisons permettant de donner vie à notre schéma !

comment fait-on un pcb

La plupart des PCBs sont fabriqués en Asie, il suffit de demander les bonnes spécifications pour être bien servis ! Pour tes proto je te conseille de faire un tour chez PCB Way. Ils font du bon boulot et la qualité suffit largement quand tu dois faire 2-3 cartes de temps en temps. Par contre pour avoir un rendu comme celui sur nos cartes, il faut investir un peu plus !

Nos PCBs sont composés d’une plaque de FR4 (une sorte de fibre plastique). De chaque côté, le fabricant pose une plaque de cuivre. Il va ensuite faire ressortir dans le cuivre uniquement nos tracés qu’on donne en logiciel. Une fraiseuse vient ensuite percer et un traitement de surface métallise les trous. Ils recouvrent enfin d’une fine couche d’or qui protège le tout de la corrosion. Puis, il sérigraphie des instructions en blanc afin d’indiquer l’emplacement des composants, le numéro de série de la carte, etc…

comment faire ton propre pcb

Tu l’auras compris, pour faire un PCB il faut absolument un bon dessin technique. C’est qu’on appelle un typon. On l’obtient depuis un logiciel de CAO.
Notre équipe travaille sur Eagle PCB, l’interface est très conviviale et il y a déjà plein de librairies.
Ainsi, quand on découvre au labo de nouveaux sons; on va sur ce logiciel, on dessine le schéma électronique puis on trace le PCB.

En effet, le schéma est une forme très visuelle et très simple à comprendre. Ça parle à tout le monde très rapidement et c’est un passage obligatoire avant de faire un PCB. On peut également reproduire ce schéma sur un autre logiciel et vérifier à la simulation son bon fonctionnement.

la bom (bill of materials)

Une fois qu’on a reçu les PCBs, il ne nous reste plus qu’à exporter la BOM depuis le logiciel. C’est en fait une liste de tous les composants qui doivent être présents sur la carte. Ça nous permet donc de savoir qui choisir, qu’est-ce que c’est et où le souder !

Je vais t’expliquer comment ça se lit :

• Le titre. Il te faut absolument la bonne BOM pour le bon PCB ! La version est marquée sur ta carte, vérifie que tout concorde avant de commencer.
• La colonne « Quantité », c’est plutôt évident, c’est le nombre de fois que ce composant sera sur ta carte. Ca te permet de gagner du temps et de les prendre tous d’un coup. Ensuite, y’a plus qu’à placer aux différents endroits.
• La colonne « Valeur », c’est pour savoir qui tu dois prendre parmi tes composants vu qu’on va les trier par valeur.
• La colonne « Noms ». Une fois que tu as ton composant dans la main, il faut regarder l’empreinte sur les cartes pour savoir où le positionner. Voir la suite du tuto pour en savoir plus.
• La colonne « Package », c’est une information technique pour savoir quelle gamme de composants choisir. C’est pratique quand tu as l’habitude de faire des projets et que tu veux commander toi même tes composants.
• Parce qu’on est sympa on a séparé la BOM en plusieurs sections. La première section est « RESISTANCES », ensuite « CONDENSATEURS », etc… Comme ça c’est clair, tu t’y retrouves et les sections sont mises dans un ordre assez logique. Du coup tu verras dans la suite de l’article qu’il y a tout un tas de types de composants et tu apprécieras cette attention du détail 😉

assemblage des composants électroniques

Dans cette partie de l’article tu vas découvrir comment assembler chacun des composants sur ta carte ! J’en profiterai également pour t’expliquer, d’où ils viennent, comment les reconnaître et pourquoi on les utilise.

les résistances

méthode du code couleur

Les résistances sont présentes dans toutes les pédales d’effet. Elles permettent de freiner le courant (d’où le nom résistance). Puis, quand on maîtrise un peu l’électronique, elles permettent de créer plein d’autres choses !

Pour reconnaitre la valeur d’une résistance, qui se mesure en Ohms (symbole Ω), les fabricants se sont mis d’accord sur un code couleur. Ce sont les anneaux de couleurs qui sont autour de la resistance qui permettent de lire la valeur.

Pour info, on allège les écritures avec un peu de maths :

• k = kilo = 10^3 = 1 000
• M = méga = 10^6 = 1 000 000

Pour te donner un ordre de grandeur, entre 1Ω et 1kΩ, on considère que ce sont des petites valeurs. Entre 100kΩ et 2.2MΩ c’est carrément grand ! Mais tout dépend de ce que tu es en train de concevoir.

méthode du multimètre

Tu n’as pas envie de te prendre la tête ? On allume le multimètre et avec les 2 probes on vient lire la valeur en mode Ohmmètre !

okay, mais pourquoi on mesure tout ça ?

Quand tu reçois ton kit, tu vas avoir un sachet avec plusieurs résistances mélangées. Il va bien falloir que tu saches à un moment où est la 10kΩ qui va sur R4 !

Du coup 2 options s’offrent à toi :

• A chaque fois que tu tombes sur une résistance, tu la mesure puis tu la place où il faut sur la carte. Pas très compliqué ! Mais c’est une étape en plus. Pour mes premières cartes j’ai fait comme ça, mais heureusement, plus maintenant !
• Sinon, tu peux prendre une armoire à composants et y ranger tout plein de resistances, de valeurs différentes. En les achetant par 100 ça devient abordable et c’est trié. Ensuite, tu n’as plus qu’à tirer le tiroir et toutes les placer d’un coup ! Cette quantité te semble impressionnante mais ça s’écoule très vite dès que tu fais moins d’une dizaine de pédales.

Comment bien les placer sur ta carte

pourquoi ce type de résistance et pas un autre ?

Il existe des dizaines de fabricants différents et plusieurs technologies ! Pendant que certains préfèrent les résistances à couche en carbone pour leur côté vintage, elles restent peu précises et bruyantes, on a donc fait confiance à la marque Xicon.
Leurs résistances à couche métalliques offrent une valeur assez précise, à 1% d’erreur. Et, une sensibilité thermique de 50ppm ce qui est vraiment ridicule. On a choisi la gamme avec une puissance admissible de 1/4W, ce qui est amplement suffisant pour des pédales.

Avec cette gamme je suis sûr de ne pas impacter la qualité de mon design électronique ! C’est pourquoi on leur fait confiance sur toute notre production de pédales Anasounds depuis des années.

les condensateurs

principe de fonctionnement

physique du condensateur

Un condensateur est composé de 2 électrodes métalliques séparées par un isolant. Quand on vient appliquer une tension à ses bornes, les 2 électrodes vont se charger positivement d’un côté et négativement de l’autre. Lorsqu’on relâche cette tension, les 2 pôles vont libérer cette énergie dans le circuit. Selon leur capacité l’énergie se libérera plus ou moins vite.
On engendre donc un courant dans le circuit qui dépend de la formule i(t) = C * d u(t)/dt.

i étant le courant qu’il va injecter dans le circuit. C la capacité du condo. u la tension appliquée aux bornes du condo.

les différents condensateurs

C’est autour de l’isolant que les fabricants de condensateurs ont commencé à focaliser leurs recherches. On n’utilise pas un condo unique pour tout faire ! On a alors sélectionné trois familles d’isolants pour plusieurs utilisations, les céramiques, films et électrolytiques.

Certains condensateurs sont donc polarisés, c’est à dire qu’il y a un sens pour mettre le « + » et un autre pour le « -« . Pendant que d’autres peuvent être branchés sans soucis dans un sens ou dans l’autre.

Un dernier point important à noter sur les condensateurs, ils sont tous fabriqués pour une tension de charge précise ! C’est à dire qu’on te fournis des capa qui vont entre 25V et 50V selon leur famille. C’est largement suffisant pour des pédales d’effet. Par contre n’essaie même pas de brancher un condo comme ça sur l’étage d’alimentation d’un ampli. Il va tout simplement t’exploser à la figure ! J’ai déjà vu…
C’est aussi un truc souvent vendu dans le « vintage », les capa qui tournent à 250V pour un signal de guitare… Au contraire comme on est sur des tensions entre 20mV et 18V bon courage pour exploiter convenablement la bestiole. La capa va juste s’abîmer beaucoup plus vite.

nos différentes gammes de condensateurs

Type	Céramique	Film	Electrolytique
Fournisseur	AVX, USA	Kemet, USA	Nichicon Japon
Gamme, type	Z5U	Polyester, R82	UFW
Plage de valeurs utilisées	1pF – 470pF	1nF – 1uF	1uF – 470uF
Avantages	Filtrer les hautes fréquences grâce à leurs petites valeurs. Faible résistance série.	Filtrer une large bande de fréquences avec une très haute qualité audio (peu de distorsion). Très faible résistance série.	Filtrer les très basses fréquences comme le 50Hz, stocker et libérer du courant pour les circuits d’alim.
Inconvénients	Sensibilité piezoélectrique	Plus coûteux que le céramique et encore plus en composants miniaturisés (CMS)	Durée de vie réduite, il faut donc investir dans des bonnes marques pour éviter de les voir couler !
Polarisé	Non	Non	Oui

p = pico = 10^(-12) = 0.000 000 000 001
n = nano = 10^(-9) = 0.000 000 001
µ = micro = 10^(-6) = 0.000 001
m = milli = 10^(-3) = 0.001

F = Farads, unité représentant la capacité C d’un condensateur

céramiques

Les condensateurs céramiques ne sont pas polarisés ! On peut donc les souder dans le sens qu’on veut. Leur valeur est toujours en pF.

Pour la valeur, on lit 3 chiffres. Les 2 premiers indiquent la valeur du condensateur. Le 3ème indique la puissance de 10.
C’est à dire que si tu lis :

• 471, c’est 47 x 10^1 = 47 x 10 = 470pF.
• 101, c’est 10 x 10^1 = 10 x 10 = 100pF.
• 470, c’est 47 x 10^0 = 47 x 1 = 47pF.
• Etc…

Une fois que tu connais la valeur de ta capa, il suffit de la placer.
Comme d’habitude, tu lis ta BOM, tu identifies la valeur et tu découvres son nom sur le PCB. Tu places puis tu plies les pattes vers l’extérieur.
Maintenant, y’a plus qu’à souder !

films

lire la valeur d’une capa film

Les condensateurs films ne sont pas non plus polarisés ! On peut donc les brancher dans le sens qu’on veut.
La valeur indiquée sur la capa est soit en µF soit en nF.
Du coup, on marque tout en nF sur la BOM sauf le cas du 1µF. Ca évite de noter 1000nF, ce qui est un peu une hérésie en maths !
Je vais donc ponctionner un peu de ton jus de cerveau sur cette lecture.
Une fois que tu sauras en lire un, tu seras tranquille pour toute une vie !

• .1, ça veut dire 0.1µF = 0.1 x 1000 n = 100nF
• 1u, ça veut bien dire 1µF donc là y’a rien à changer
• .47 c’est donc 0.47µF = 0.47 x 1000n = 470nF
• 47n c’est bien 47nF, y’a pas de piège !
• 10n c’est aussi 10nF, ouf !
• Etc…

placer une capa film sur un PCB

Pour le placer, comme on l’a dit ce n’est pas polarisé donc tu le mets comme tu veux. Ensuite, tu enfonces et écartes les pattes vers l’extérieur et y’a plus qu’à souder.

On utilise cette fabuleuse gamme de condo car ils ne produisent pas de distorsion harmonique ! C’est malheureusement le cas de pas mal de capa céramique. C’est pourquoi il faut privilégier les films au maximum pour le filtrage.
Quand il faut dépasser le µF on sera néanmoins obligé de passer sur des électrolytiques. C’est là tout le challenge de nos développeurs de rester entre 1nF et 1µF sur le filtrage.

electrolytiques

lire la valeur d’un condo électrolytique

Ce sont donc les seuls condensateurs polarisés qu’on utilise !
Une fois qu’on aura lu la valeur il faudra découvrir où sont les bornes + et – pour pouvoir les placer !

Pour la valeur du condo cette fois c’est ultra simple ! Ils ont plein de place et ont donc fait l’effort de tout noter dessus ! En plus, toutes nos capa électrolytiques ont des valeurs en µF donc pas de doute là dessus.
Si tu lis 47 ou 47µF, c’est tout simplement bien 47µF !
Attention à ne pas confondre la valeur du condo avec sa tension de fonctionnement ! Souvent 25V, 50V et 100V.

placer un condensateur électrolytique

Pour trouver la borne « – » du condo il y a 2 méthodes :

• On repère la patte la plus courte quand le composant est neuf ou jamais pré découpé !
• On regarde sur le côté du composant, il y a des « – » qui sont dessinés dessus !

Ensuite sur la carte on indique toujours le « + » à l’intérieur ou à l’extérieur du cercle de la capa. Il ne te reste plus qu’à mettre le – de l’autre côté et c’est fini.

On a choisi Nichicon car ils ont une gamme dédiée à l’audio offrant de bonnes performances ! Un ESR très bas, c’est la résistance série d’un condensateur et c’est jamais bon ce genre de choses !
Puis elles proposent également un fonctionnement annoncé d’au moins 2000 heures en charge.
Ces caractéristiques sont au dessus de la norme et le prix à l’unité reste cohérent pour des pédales d’effet.

les semi-conducteurs

théorie et évolution

La famille des semi-conducteurs fait partie des composants actifs !
Les résistances et condensateurs sont des composants passifs qui attendent un signal et de l’énergie pour interagir avec le son.
Les composants actifs eux sont alimentés et peuvent générer par eux même des signaux ou les amplifier.

Au début du XXème siècle apparaissent les premières diodes. Puis, après la 2nd guerre mondiale les diodes au silicium et au germanium arrivent sur le marché ! En assemblant 2 jonctions PN (des diodes), on découvre le transistor en 1947. C’est une véritable révolution, car le transistor permet d’amplifier un signal comme les lampes à l’époque ! (apparition des lampes en 1919). Les premières radio à transistors apparaissent alors en 1954. Vient par la suite en 1958 les circuits intégrés avec les premiers AOP ! C’est un ensemble de transistors déjà câblés et intégrés dans une puce pour réaliser tout un tas de fonctions !

Cette évolution a donc laissé la porte ouverte à la création des micro contrôleurs et microprocesseurs qui intègrent encore plus de transistors, par milliards, qui sont de plus en plus petits et performants…
C’est ce milieu qui m’a toujours bercé. Quand je travaillais pour NXP Semiconducteurs, on développait des circuits intégrés appliqués à l’audio.

diodes

reconnaître ses diodes

Pour connaitre la valeur d’une diode, il faut lire caractère par caractère tout autour du composant !
Cette valeur commence dans 80% des cas par « 1N ». Il n’y a que sur certaines diodes comme les 1N34A où le nom n’est pas marqué. Du coup, il faut les reconnaitre avec l’habitude…

placer une diode sur un pcb

Une fois qu’on a la valeur, il faut faire attention, la diode a un sens et il est très important ! La bague qui est dessinée sur la diode représente la cathode, le « -« , elle est également dessinée sur le PCB. Il faut donc la mettre dans le même sens que sur la carte.

Dans les pédales, on retrouve souvent des diodes pour les fonctions suivantes :

• Clipping ! Les diodes écrêtent le signal ce qui permet de créer cette saturation qu’on apprécie tant. Voir l’article concernant ce sujet.
• Protection d’alimentation, le courant ne passe que dans un sens dans une diode, de l’anode à la cathode. Ainsi, le courant rentre du côté où il n’y a pas de bague puis sort côté bague. En utilisant intelligemment les diodes on peut bloquer une erreur de branchement d’alim à l’envers. Il faut seulement faire attention de ne pas griller la diode si la tension inverse est trop importante. Donc STP quand il est marqué sur une pédale 9V DC, ne branche pas du 18V si le constructeur ne le permet pas, sinon ça va faire de la fumée !

transistors

reconnaitre ses transistors

Alors sur les transistors il y a un peu plus de place pour marquer des choses !
On a une surface plane avec la valeur écrite dessus (ça commence souvent par 2N ou BC) et une surface bombée qui sert de repère. Ces courbes sont dessinées à l’identique sur le PCB pour bien se repérer lors du placement.

Le transistor est composé de 3 électrodes, selon le transistor elles ont un rôle différent et un branchement différent. (Si tu veux en savoir plus, tape sur ton moteur de recherche « LA REF DE TON TRANSISTOR » puis « PINOUT »). Mais dans notre cas, y’a pas besoin !

placer un transistor sur un pcb

enfonce le transistor, plie les pattes et soude, c’est encore une fois tout ce qu’il faut faire !
Dans nos circuits on utilise souvent les transistors pour amplifier un signal ou pour adapter les impédances. Regarde le buffer de cet article. Et on t’en parlera un peu plus dans d’autres articles par la suite.

circuits intégrés (aop et autres)

On peut lire directement la valeur sur le dessus de la puce. NE555, TL072 etc… Il faut d’abord souder le support puis on mettra la puce par dessus.

Attention, les circuits intégrés ont un sens ! Chaque patte est importante et fait des choses rigoureusement différentes ! Il faut donc s’appuyer sur le détrompeur pour placer la puce. Soit un point, soit une bande sur les puces puis une encoche sur le support et le PCB.

Les AOPs sont des super amplificateurs avec lesquels on peut faire plein de choses ! Comme des filtres de qualité, donner du gain pour l’étage de saturation, etc…
C’est un composant qui est indispensable à tous nos designs ! On rentrera également plus en détail là dessus par la suite.

les trimpots

identifier ses trimpots

Ce sont tout simplement des mini potentiomètres qu’on retrouve sur PCB ! Ils nous permettent de proposer des réglages fins ou de rajouter des réglages si on n’a plus de place en façade.

Sur la photo, le trimpot de gauche est vu du dessus. On remarque une empreinte pour tournevis avec 2 demi-ronds. Ça nous indique la direction du curseur. Ce trimpot est donc réglé à la moitié de sa course.

Celui de droite nous donne l’information de la valeur. C’est un peu comme avec les capa céramique, P103 pour 103. 103 étant 10 x 10^3 soit 10kOhms.
Et oui les trimpots se mesurent en Ohms comme les résistances car ce sont tout simplement des résistances variables !

placer un trimpot sur un pcb

Une fois placé, comme d’hab on plie les pattes vers l’extérieur, on retourne et on soude !

Valeurs courantes :

103 = 10kOhms
203 = 20kOhms
503 = 50k Ohms
104 = 100kOhms
105 = 1MOhms

le bornier à vis

On va en voir souvent sur FX teacher ! Les borniers sont d’un côté soudé sur le PCB grâce à leurs pattes. De l’autre, on cale les pattes du composant qu’on veut connecter dans les orifice puis, on visse pour le connecter au circuit !

C’est un outil de prototypage et de découverte sonore qu’on apprécie beaucoup !

Attention bien évidemment de le placer dans le bon sens. C’est à dire qu’on puisse y accéder pour rentrer les pattes de composant.
On a laissé un peu d’espace devant pour pouvoir facilement les manipuler puis, de laisser respirer le composant.

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