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Spécification technique de besoin électronique

Objectif de la spécification technique de besoin électronique

Il s’agit dans cet article de fournir quelques conseils pratiques pour la rédaction d’une spécification technique de besoin d’une carte électronique IPC classe 1 niveau A.
Les recommandations et les exemples s’appuient sur les normes internationales IPC et sur la NF-C-93713.

Avant toute conception d’une carte électronique, il est important de rédiger une spécification technique de besoin pour fixer clairement les objectifs, les contraintes et les besoins fonctionnels auprès des ingénieurs, prestataires, bureau d’études externes chargés du développement de la carte.

Pour rappel sur la norme IPC :
IPC Classe 1 : Produits Electroniques Généraux
Inclut les produits grand public et quelques ordinateurs et périphériques informatiques dédiés à des applications ou les imperfections cosmétiques ne sont pas importantes et ou l’exigence principale est le fonctionnement du circuit imprimé complet.
Niveau de complexité A : Complexité de Conception Générique

Quand, Qui, Comment la rédiger

La rédaction de la STB électronique peut démarrer quand les fonctions attendues de la carte électronique sont connues, validées et réparties entre le matériel et le logiciel.
En général, c’est le chef de projet qui initialise et rédige le document avec le support métier des concepteurs électronique et logiciel.
Dans certaines organisations, ce sont directement les concepteurs qui rédigent et le chef de projet valide et approuve le document.

Contenu de la spécification technique de besoin électronique

Voici ci-dessous une liste exhaustive des paragraphes que doit contenir une spécification technique de besoin (STB) de carte électronique :

BUT ET OBJECTIF

Ce paragraphe a pour but de donner au concepteur le cadre général dans lequel s’inscrit le produit. Il a un caractère informatif et doit être bref.

Dénomination du produit

Indiquer le libellé précis de la carte électronique sur laquelle s’applique la STB

Présentation du produit

Préciser la désignation et le rôle du produit de niveau supérieur et donner un aperçu de son profil de vie.
Préciser les produits environnants :

  • Avec lesquels le produit spécifié est en interface et qui peuvent avoir une influence sur les caractéristiques fonctionnelles du produit spécifié.
  • Préciser le(s) rôle(s) du produit (à quelles fonctions contribue-t-il ?) dans l’ensemble de niveau supérieur.
  • Présenter de façon succincte et générale la composition physique et fonctionnelle du produit

DOCUMENTS ET TERMINOLOGIE

Documents applicables

Lister les documents à appliquer (ce sont des documents à caractère d’imposition). Pour ces documents, préciser le numéro d’édition ou à défaut la date.
Identifier tous ces documents cités par un repère (exemple : [DA1] …, ) afin d’éviter de faire apparaître des références de document dans le texte.

Repère

Références

Désignation

[DA1]

IPC-A-610-E

Acceptabilité des assemblages électroniques

[DA2]

IPC-2221-B

Norme générique de conception du circuit imprimé

[DA3]

NF-C-93713

Cartes imprimées – spécifications générales

 

Documents de référence

Les documents de référence sont des documents à caractère informatif. Pour ces documents, préciser le numéro d’édition ou à défaut la date.
Identifier tous ces documents cités par un repère (exemple : [DR1] …, ) afin d’éviter de faire apparaître des références de document dans le texte.

Repère

Références

Désignation

[DR1]

 

 

[DR2]

 

 

[DR3]

 

 

 

 Terminologie et sigles utilisés

Donner la définition par ordre alphabétique ou alphanumérique de tous les termes spécifiques, sigles, signaux ou acronymes utilisés dans le document, comme par exemple :

Termes

Définitions

ADU

A définir ultérieurement

ACU

A confirmer ultérieurement

BGA

Ball Grid Array

CAN

Controller Area Network

CAO

Conception Assistée par Ordinateur

CEM

Compatibilité Electromagnétique

PLCC

Plastic Leaded Chip Carrier

CMS

Composant Monté en Surface

CPU

Central Processing Unit

DEEE

Déchets d’équipements électriques et électroniques

FR4

Flame resistant 4 (Epoxy)

 

Convention des exigences

Décrire la logique de numérotation des exigences et des contraintes utilisée dans cette spécification de besoin.
Les exigences sont exprimées en terme de besoin et en aucun cas en terme de solution.
Un critère de valeur (performance) avec une tolérance doit être associé à chaque exigence.
Les exigences doivent être précises et ne pas laisser place à l’interprétation. Une exigence par phrase, verbes d’action au présent, phrases simples, termes indéfinis proscrits (en général, si possible, adapté, etc..).

Par exemple :

NOM_CARTE_STB_EXI 0001 – Titre de l’exigence

Texte de l’exigence :
Version Produit :
Méthode de justification : Théorique, Simulation, Essais, Plan, Expérience, autre
Fin de l’exigence

EXIGENCES ELECTRIQUES

Alimentation

Il s’agit de spécifier les exigences d’alimentation de la carte électronique afin de répondre au besoin fonctionnel, aux normes et aux directives CE, à la sécurité générale des produits et à la CEM.

Caractéristiques d’alimentation
  • Spécifier les caractéristiques des alimentations de la carte électronique
    • Type de tension : continue, alternative, batterie, pile etc..
    • Consommation électrique
    • Plage mini et maxi pour lesquelles la carte doit fonctionner
    • Courant mini et maxi pour les différents modes de fonctionnement
    • Surtensions transitoires mini et maxi que la carte doit supporter
Protections d’alimentation
  • Spécifier les protections à prévoir pour l’alimentation
    • Inversion de polarité
    • Surtensions
    • Microcoupures
    • Fusible
Gestion du reset

Cette exigence est à spécifier dans le cas d’une carte électronique contenant un microprocesseur, microcontrôleur ou circuit nécessitant une phase de reset.

  • Spécifier les plages de valeurs d’alimentation au primaire ou au secondaire devant activer un reset du microcontrôleur.
  • Spécifier si la carte doit comporter une entrée de reset externe ou par bouton poussoir.
  • Spécifier les configurations possibles de l’entrée reset du microcontrôleur en fonction des modes d’utilisation :
    • Production
    • Test
    • Programmation
    • Debug
  • Spécifier si l’entrée reset doit être pilotée par un circuit superviseur
Gestion du watchdog

Le watchdog peut être géré en interne du microcontrôleur ou par un circuit externe pour plus de sécurité.

  • Spécifier si la carte doit posséder une gestion du watchdog externe et qu’elle sera la sortie utilisée et la fréquence de rafraîchissement.

Interfaces électriques internes

Il s’agit de spécifier toutes les interfaces électriques internes de la carte électronique afin de répondre au besoin fonctionnel.

Entrées
  • Spécifier les caractéristiques de toutes les entrées internes de la carte électronique
    • Type d’entrée TOR, Analogique, 4-20 mA, etc ..
    • Les niveaux de tension acceptables
    • Les plages de fréquence
Sorties
  • Spécifier les caractéristiques de toutes les sorties internes de la carte électronique
    • Type de sortie TOR NPN, PNP, Analogique, 4-20 mA, etc ..
    • Les niveaux de tension
    • Les plages de fréquence
Bus de communication
  • Spécifier les caractéristiques de tous les bus de communication internes
  • Spécifier les niveaux électriques requis par des diagrammes temporels ou des temps de montée, oscillation admissible etc ..

S’il s’agit de protocoles connus par exemple I2C, SPI, RS232, 422, 485, CAN, Ethernet faire référence à la spécification constructeur ou à la norme en précisant les limites requises.

Interfaces électriques externes

Il s’agit de spécifier toutes les interfaces électriques de la carte électronique avec le monde extérieur afin de répondre au besoin fonctionnel.

Entrées
  • Spécifier les caractéristiques de toutes les entrées externes de la carte électronique
    • Type d’entrée TOR, Analogique, 4-20 mA, etc ..
    • Les niveaux de tension acceptables
    • Les plages de fréquence
Sorties
  • Spécifier les caractéristiques de toutes les sorties de la carte électronique
    • Type de sortie TOR NPN, PNP, Analogique, 4-20 mA, etc ..
    • Les niveaux de tension
    • Les plages de fréquence
Bus de communication
  • Spécifier les caractéristiques de tous les bus de communication externes
  • Spécifier les niveaux électriques requis par des diagrammes temporels ou des temps de montée, oscillation admissible etc ..

S’il s’agit de protocoles connus par exemple I2C, SPI, RS232, 422, 485, CAN, Ethernet faire référence à la spécification constructeur ou à la norme en précisant les limites requises.

Interfaces homme / machine

Il s’agit de spécifier toutes les interfaces de la carte électronique qui inter-opère avec l’utilisateur afin de répondre au besoin fonctionnel.

Organes de commande
  • Spécifier le besoin en organes de commande
    • Boutons poussoirs
    • Interrupteurs
    • Interface tactile
Visualisation
  • Spécifier le besoin en voyant
  • Spécifier le besoin en écran LCD graphique, alphanumérique, LED etc..

Capteurs

Capteurs
  • Spécifier le besoin en capteurs
    • Accéléromètre, gyroscope, température, pression
    • Les interfaces avec l’électronique (SPI, I2C, UART, Analogique)

Réserves

Réserves
  • Spécifier les besoins en réserve sur l’alimentation, les entrées, les sorties, la connectique etc ..

Contraintes temporelles

Il s’agit de spécifier toutes les contraintes temporelles de la carte électronique pour un fonctionnement optimal.

Horloge principal
  • Spécifier les performances attendues de la CPU en MIPS
  • Spécifier si nécessaire la fréquence et la précision de l’horloge principale pour obtenir les fréquences des timers nécessaires au firmware.
Horloge auxiliaire
  • Spécifier le besoin en fréquence et précision de l’horloge secondaire. Par exemple pour la RTCC
Interruptions
  • Spécifier le besoin des entrées à traiter par interruptions
  • Spécifier le besoin des entrées à traiter par changement d’état

Testabilité, réparabilité

Test et validation fonctionnelle
  • Spécifier les points de test clés du schéma qu’il faut rendre accessibles (plage, ou plot de test) sur le circuit imprimé
  • Spécifier si besoin un connecteur dédié au test pour permettre l’automatisation des tests au banc
  • Spécifier le besoin en test JTAG
  • Spécifier le besoin en test à sonde mobile
Réparabilité

Spécifier les exigences pour la réparabilité de la carte électronique

Fiabilité

  • Spécifier les exigences de fiabilité pour la carte électronique en terme de MTBF objectif
Durée de vie
  • Spécifier la durée de vie de la carte électronique

La liste des exigences est encore longue, pour être bref, voici un condensé des exigences à spécifier :

EXIGENCES MECANIQUES

Interfaces mécaniques

il s’agit dans cette rubrique de spécifier les interfaces du circuit imprimé et des composants de la carte électronique avec le produit et le monde extérieur.

EXIGENCES ENVIRONNEMENTALES

Compatibilité électromagnétique

Il s’agit ici de spécifier toutes les contraintes liées à la CEM.

Climatiques

Il s’agit de spécifier les gammes de températures de stockage et de fonctionnement de la carte électronique.

Vibrations, chocs

Il s’agit de spécifier les gammes de vibration et de choc que la carte électronique peut subir.

Marquage CE

Il s’agit de spécifier les directives CE et les normes ROHS pour la conformité de la carte électronique. 

EXIGENCES INDUSTRIELLES

Les exigences industrielles sont à prendre en compte dès le début de la conception de la carte électronique.

Quantités, coûts de production

Technologies

Approvisionnement

Méthodes, fabrication

 

EXIGENCE D’ETUDE ET SOLUTIONS IMPOSEES

Définir les contraintes qui ont pour conséquence de limiter la liberté de conception et de fabrication.

EXIGENCES POUR LE CIRCUIT IMPRIME

Exposer dans ce paragraphe toutes les exigences et contraintes pour le circuit imprimé.

MATRICE DE TRACABILITE DES EXIGENCES

La matrice de traçabilité des exigences à pour but de tracer, justifier et vérifier la couverture des exigences de la spécification technique de besoin matériel par rapport aux exigences du cahier des charges fonctionnel du produit.

CONCLUSIONS

Comme vous pouvez le constater, la rédaction d’une spécification technique de besoin électronique est complexe et nécessite un niveau d’expertise important dans les métiers de l’électronique, du logiciel et de la mécanique.
Malgré cela, il semble évident que ce document doit être rédigé avant d’entreprendre tout développement électronique afin d’obtenir rapidement un produit industriel répondant à toutes les attentes en terme de qualité, de fonctionnalité, de pérennité et de fiabilité.

CEI-PROJETS maîtrise parfaitement la rédaction de ce type de document donc n’hésitez pas à nous contacter pour de plus amples informations.