Conception de PCB par GPT-6 Astra dans KiCad: du brief au projet natif vérifié

Un PCB généré par GPT-6 Astra peut sembler simple au premier regard, mais la création d'un projet KiCad natif et propre exige davantage qu'une carte routée. Le schéma, les bibliothèques, les empreintes et les liens entre les composants doivent tous être cohérents.

Dans ce projet, GPT-6 Astra a conçu et vérifié dans KiCad un amplificateur stéréo TPA3116D2, en privilégiant un projet natif cohérent plutôt qu'un PCB simplement correct en apparence.

Dans ce guide, vous découvrirez:

• Ce qu'OpenAI déclare réellement à propos de GPT-6 Astra et de KiCad
• Comment la carte est passée d'un brief de quatre lignes à un PCB à deux couches entièrement routé
• Comment 46 problèmes de concordance avec le schéma ont été corrigés sans ajouter d'exclusions
• Ce que signifient réellement zéro violation ERC et DRC, ainsi que leurs limites

Workflow en 10 étapes: conception d'un PCB avec GPT-6 Astra dans KiCad

Le workflow comprend dix étapes. Consultez cette vue d'ensemble avant d'entrer dans les détails.

Avant de commencer

• Un environnement d'agent de bureau disposant d'un accès aux fichiers et du contrôle des applications, car une interface limitée au chat ne peut pas piloter directement KiCad
• KiCad 10.0 ou une version ultérieure, ainsi qu'un autorouteur local si vous prévoyez d'en utiliser un
• Un dossier de projet unique contenant la fiche technique et les éventuelles conceptions de référence

Les dix étapes résumées

1. Regroupez la fiche technique et les fichiers de référence dans un seul dossier de projet, puis accordez-y l'accès à GPT-6 Astra
2. Fournissez le brief complet dans un seul message: tension d'alimentation, nombre de canaux, impédance de charge, technologie des composants et dimensions maximales
3. Vérifiez la conception de référence par rapport à la version actuelle de la fiche technique au lieu de la copier directement
4. Faites construire le schéma avec des objets KiCad natifs, répartis entre une feuille principale et une deuxième feuille
5. Vérifiez chaque empreinte avant le placement, notamment la broche 1, la numérotation des pastilles, la polarité, l'orientation et, le cas échéant, la disponibilité à la commande
6. Configurez les règles de conception selon les valeurs qui seront utilisées pour la commande, puis placez les composants dans le contour fixe de la carte
7. Définissez et verrouillez en premier les connexions critiques d'alimentation, de bootstrap et de commutation
8. Laissez l'autorouteur terminer les réseaux à faible courant, puis remplissez de nouveau les zones et vérifiez que les connexions en cuivre verrouillées ont été conservées
9. Intégrez les bibliothèques requises au projet et vérifiez que chaque composant du schéma est lié à la bonne empreinte PCB
10. Exécutez conjointement l'ERC, la DRC, le contrôle des éléments non connectés et la vérification de concordance, puis exportez les Gerbers, les fichiers de perçage, la BOM et le fichier de placement

Ce qu'OpenAI a réellement montré de GPT-6 Astra dans KiCad

OpenAI a publié une vidéo condensée montrant le modèle en train d'effectuer le routage d'un PCB dans KiCad. La page ne fournit cependant pas davantage de détails, ce qui rend sa formulation exacte importante.

La légende définit précisément sa portée. Elle indique: "Il s'agit d'une lecture condensée de 15 secondes montrant GPT-6 Astra réalisant le routage d'un circuit imprimé (PCB) dans KiCad, en transformant un schéma électronique en un PCB fabricable grâce au placement des composants et au routage des connexions en cuivre."

La capacité d'utilisation de l'ordinateur n'est pas une intégration KiCad

L'utilisation de l'ordinateur signifie que le modèle interprète l'écran et effectue des actions à la souris et au clavier. Il agit donc comme un utilisateur de KiCad, car il ne possède ni moteur de routage ni vérificateur de règles de conception propres.

Lorsque des connexions en cuivre semblent être routées, ce sont les outils de KiCad qui effectuent le travail géométrique. Aucun code KiCad n'a été échangé. La démonstration ne permet donc pas de conclure à l'existence d'une relation entre OpenAI et KiCad.

Ce que la vidéo de 15 secondes ne montre pas

La légende commence à partir d'un schéma existant. Plusieurs étapes d'une véritable conception de carte restent donc hors champ:

• Saisie du schéma: la sélection des symboles, les types de broches et la définition des réseaux ont été effectués avant le début de la vidéo
• Sélection des composants: la vidéo ne montre pas le choix des boîtiers, des tensions nominales ou des fournisseurs
• Résolution des règles: une carte placée doit encore réussir une vérification des règles de conception, mais la vidéo se termine avant cette étape
• Structure du projet: les bibliothèques, les liens entre le schéma et le PCB ainsi que la portabilité restent invisibles dans une vue du cuivre
• Fabrication: l'exportation des Gerbers, la génération des fichiers de perçage, les données de placement et l'examen par l'usine ne sont pas présentés

Ce que GPT-6 Astra a réalisé dans le projet PCB KiCad

J'ai commencé un nouveau projet de PCB d'amplificateur stéréo TPA3116D2 à partir d'un brief de conception électrique et de fichiers de référence fournis. L'objectif était de créer une carte compacte utilisant une alimentation unique de 12 V, une entrée ligne stéréo, deux sorties pour haut-parleurs de 4 ohms et uniquement des composants SMD.

GPT-6 Astra a réalisé le travail de conception à partir de ce brief et a effectué toutes les étapes suivantes:

• Développement du circuit: Astra a extrait le circuit de la fiche technique et des références, puis vérifié les valeurs, les boîtiers et l'affectation des broches avant leur connexion
• Vérification des empreintes: il a comparé la numérotation des pastilles, la polarité, la rotation et les dimensions des surfaces de contact aux plans du fabricant
• Placement: il a disposé les entrées, l'amplificateur, le découplage de l'alimentation et les filtres de sortie dans un contour à deux couches de 44 x 34 mm
• Routage: il a d'abord défini et protégé les connexions critiques d'alimentation, de bootstrap et de commutation, puis exécuté Freerouting localement afin de terminer les autres réseaux à faible courant
• Projet natif et livraison: il a créé les deux feuilles de schéma liées, intégré les bibliothèques, exécuté les contrôles et exporté les fichiers de fabrication

KiCad contenait le PCB routé et les zones de masse pouvant être remplies de nouveau, tandis que le projet natif final comprenait deux feuilles de schéma liées. Une livraison exploitable exigeait davantage qu'une carte s'ouvrant correctement. Le schéma, le PCB, les bibliothèques et les liens du projet devaient tous rester cohérents.

La carte comporte 45 instances d'empreintes et 120 pastilles SMD, mais seulement 40 composants montés. J1 à J4 et TP1 sont des pastilles pour fils et points de test. Ils sont donc exclus de la BOM et du fichier de placement.

Les prompts utilisés pour le projet

Six prompts enregistrés ont permis de mener l'ensemble du projet. Les exigences définissaient les objectifs électriques et physiques, tandis que les demandes suivantes poursuivaient le travail et précisaient les livrables finaux.

Les décisions détaillées concernant le circuit, les corrections du routage et les vérifications ont été effectuées entre ces prompts.

Création du schéma natif dans KiCad 10.0.4

Le circuit de référence provenait de la fiche technique du composant. GPT-6 Astra a extrait le circuit requis de cette référence et l'a reconstruit sous forme de schéma KiCad natif avec de véritables symboles, broches, fils et étiquettes de réseau, plutôt que sous forme d'image intégrée.

Comme le schéma restait entièrement modifiable, KiCad pouvait exécuter les contrôles électriques et le comparer au PCB. La fiche technique a servi de référence indépendante tout au long du projet, car un schéma peut sembler correct tout en contenant une connexion incorrecte ou manquante.

Feuille principale: entrée, alimentation et commande

La feuille racine contient l'amplificateur, son découplage d'alimentation et ses résistances de configuration. Quatre condensateurs X7R de 2,2 uF assurent le couplage en courant alternatif des deux entrées de signal et de leurs références de masse. C2 et C4 reviennent vers la masse d'entrée à proximité de J2.

Le découplage de l'alimentation est volontairement réparti sur trois plages:

• Capacité de réserve. Deux condensateurs à faible ESR de 100 uF et 25 V maintiennent une réserve de charge locale à proximité du composant
• Moyennes fréquences. Chaque paire PVCC possède son propre condensateur de 100 nF au niveau des broches d'alimentation
• Hautes fréquences. Chaque paire PVCC possède également un condensateur de 1 nF. La broche AVCC 17 dispose d'un condensateur distinct de 100 nF, car elle alimente la section analogique

Trois résistances et une pastille définissent la configuration. R2, d'une valeur de 5,6 k, sélectionne le gain de 20 dB, tandis que R1 et R3, de 100 k, assurent respectivement le pull-up des signaux SDZ et FAULTZ liés et le maintien de MUTE.

Figure: feuille racine du schéma KiCad exportée depuis le projet natif, comprenant l'entrée stéréo, U1, le découplage de l'alimentation et le réseau de commande.

Deuxième feuille: bootstraps, filtres de sortie et pastilles des haut-parleurs

Une deuxième feuille nommée `Output_Filters.kicad_sch` contient les réseaux répétitifs. Cette séparation permet de conserver la lisibilité des deux pages à la largeur de publication.

Chaque branche de sortie utilise une inductance de 10 uH, suivie d'un condensateur de 680 nF et d'un condensateur de dérivation de 1 nF. Une branche série composée d'une résistance de 3,3 ohms et d'un condensateur de 10 nF revient à la masse afin d'amortir le filtre et d'éviter les oscillations.

Figure: feuille enfant Output_Filters exportée depuis le projet natif, regroupant les condensateurs de bootstrap, les quatre branches de filtre LC et les pastilles des haut-parleurs.

Les quatre condensateurs de bootstrap de 220 nF se trouvent également sur cette feuille. Il est utile de préciser leurs paires de broches, car une association incorrecte peut échapper à un examen visuel.

Le canal gauche relie BSPL 24 à OUTPL 23 et BSNL 20 à OUTNL 21. Le canal droit relie BSPR 30 à OUTPR 29 et BSNR 26 à OUTNR 27. L'inversion d'une paire dans un canal constitue une erreur électrique et non un simple défaut esthétique.

Résolution de 46 problèmes de concordance du schéma sans ajouter d'exclusions

Le premier contrôle de concordance de KiCad a détecté 46 problèmes, principalement des champs Manufacturer et Rating manquants, ainsi que la broche SYNC volontairement non connectée.

Il ne s'agissait pas d'erreurs de routage ou de dégagement. La géométrie du PCB pouvait rester valide alors que le schéma et les données des composants n'étaient pas entièrement cohérents. Les 46 problèmes ont été corrigés dans les données sources. Aucune nouvelle exclusion n'a été ajoutée uniquement pour faire réussir le contrôle.

Gestion des empreintes, des bibliothèques et des liens entre composants dans KiCad

Un projet natif n'est portable que si ses symboles et ses empreintes l'accompagnent. Astra a donc intégré les définitions requises au dossier du projet au lieu de les charger depuis une bibliothèque personnelle.

1. Bibliothèques locales et tables de bibliothèques du projet

Trois fichiers prennent en charge les bibliothèques du projet. Ils sont tous résolus dans le dossier du projet, de sorte que la livraison ne dépend pas de la machine utilisée pour sa création.

• `TPA3116_Native.kicad_sym` contient les symboles du projet avec les types électriques des broches explicitement définis, notamment les entrées d'alimentation des broches GND, AVCC et PVCC
• `TPA3116_SMD.pretty` contient 45 empreintes, soit une par instance d'empreinte utilisée sur la carte
• `sym-lib-table` et `fp-lib-table` résolvent les deux bibliothèques au moyen de `${KIPRJMOD}`, ce qui permet de conserver des chemins relatifs au projet

La déclaration des types de broches fournit au contrôle électrique des éléments vérifiables. Un contrôle ERC réussi a peu de valeur lorsque toutes les broches sont définies comme passives. Il en a davantage lorsque les broches d'alimentation sont déclarées comme entrées de puissance.

2. Liens des composants et chemins des modèles 3D

Deux autres types de liens relient le schéma au PCB, même s'ils ne sont pas visibles dans la vue du cuivre:

• Les chemins UUID du schéma relient chaque symbole à son empreinte exacte
• 40 liens de modèles 3D relatifs au projet maintiennent les modèles des composants associés au dossier du projet

Ces liens sont importants lors de la modification de la conception. Lorsqu'ils restent intacts, les mises à jour du schéma modifient le bon composant sur le PCB. Un lien rompu peut au contraire amener l'outil à considérer ce composant comme un remplacement.

3. Test de la portabilité du projet KiCad dans un répertoire distinct

Astra a testé la portabilité au lieu de la supposer. Il a copié les fichiers natifs, les deux bibliothèques locales et tous les fichiers de modèles dans un répertoire distinct, puis y a exécuté de nouveau les contrôles ERC et DRC avec la vérification de concordance du schéma.

Cette copie a produit zéro violation, zéro élément non connecté et zéro problème de concordance. Aucun chemin absolu ni aucune bibliothèque manquante n'ont été détectés. La livraison ne dépend donc pas de la machine utilisée pour la créer.

Ce que prouvent réellement les vérifications KiCad de GPT-6 Astra

Une vérification portait sur la concordance électrique entre le schéma et la carte, tandis que l'autre déterminait si le routage réutilisé avait été conservé sans modification.

La vérification indépendante était la plus importante. Deux fichiers peuvent être cohérents tout en partageant la même erreur. Les 120 connexions entre broches et pastilles ont donc également été comparées à la spécification d'origine enregistrée.

Signification des règles DRC et ERC ignorées dans KiCad

Un résultat sans violation s'applique uniquement aux contrôles activés.

• La DRC ignorait cinq catégories: courtyards manquants, extrémités de vias décentrées, géométrie des profils d'ajustement, incompatibilité avec les filtres d'empreintes et incompatibilité des types de composants
• L'ERC ignorait quatre catégories: étiquettes globales uniques, jonctions à quatre branches, problèmes de modèles SPICE et filtres d'empreintes

Un contrôle désactivé ne peut signaler aucune erreur. Ces neuf catégories ignorées font donc partie intégrante du résultat et ne constituent pas de simples notes secondaires.

Pourquoi les contrôles ont été exécutés en ligne de commande

Astra a exécuté les vérifications et l'exportation CAO à l'aide des outils en ligne de commande de KiCad, car sa première demande d'ouverture de l'application a expiré. L'éditeur de PCB a ensuite ouvert la carte terminée et sa zone d'état a affiché les mêmes valeurs que les rapports enregistrés.

Figure: capture d'écran réelle de l'éditeur de PCB KiCad, dont la zone d'état indique 120 pastilles, 51 vias, 253 segments de piste et 0 connexion non routée.

Placement du PCB, zones de cuivre et DRC dans KiCad

Ce projet KiCad conserve deux zones de masse modifiables, une sur chaque couche de cuivre, afin qu'elles puissent être remplies de nouveau après les modifications du routage.

Dans la version EasyEDA, le même cuivre a été converti en 28 régions remplies fixes en raison de la méthode de conversion utilisée. Cela ne signifie pas qu'EasyEDA ne prend pas en charge les zones de cuivre natives. Cette importation a également signalé 50 problèmes d'association avant leur correction.

Ce qui se passe après le déplacement d'un composant dans KiCad

Trois opérations de modification se comportent différemment lorsque les zones peuvent être remplies de nouveau au lieu d'être fixes. Chacune doit toujours être suivie de nouveaux contrôles:

• Déplacement d'un composant: une zone pouvant être remplie de nouveau régénère son dégagement lors du prochain remplissage, tandis qu'une région fixe conserve l'ancienne ouverture jusqu'à sa reconstruction manuelle
• Modification du schéma: la commande Mettre à jour le PCB depuis le schéma, généralement accessible avec F8, applique la modification aux composants liés. La liste des modifications doit être vérifiée avant leur application
• Validation de la révision: le nouveau remplissage du cuivre ne répare ni une piste rompue ni un chemin de retour allongé. L'ERC, la DRC et la vérification de concordance doivent donc être exécutés de nouveau

Figure: tracé du cuivre avant de KiCad exporté depuis la carte native, montrant les connexions routées sur la couche avant et les ouvertures de dégagement des zones.

Utilisez une copie pour les modifications ultérieures et conservez la version vérifiée comme référence. Le manuel de KiCad 10 décrit les outils de remplissage, de mise à jour et de hiérarchie.

Exportation des fichiers Gerber et des données d'assemblage depuis KiCad

Astra a exporté de nouvelles données de fabrication depuis la carte native vérifiée. Les fichiers graphiques correspondent donc à la conception ayant réussi les contrôles et non à un état intermédiaire.

Contenu de l'exportation de fabrication KiCad

• Neuf couches graphiques: cuivre, masque de soudure et sérigraphie des deux côtés, pâte supérieure et inférieure et contour de la carte, avec soustraction du masque de soudure de la sérigraphie
• Deux fichiers de perçage Excellon: les trous métallisés et non métallisés sont enregistrés séparément, en millimètres, à partir de l'origine des fichiers de perçage
• Un rapport de perçage indique 51 trous métallisés de 0,30 mm et 0 trou non métallisé. Tous les trous sont donc ici des vias d'interconnexion
• Données de placement et BOM: le fichier de placement répertorie les 40 composants SMD montés sur la face supérieure, tandis que la BOM native ajoute les champs du fabricant, de la référence fabricant et de la valeur nominale

Les coordonnées du fichier de placement sont exprimées en millimètres, avec X orienté vers la droite et Y vers le haut. Le coin supérieur gauche de la carte correspond à l'origine. Les valeurs Y sont donc négatives et la convention de rotation doit être confirmée avec l'assembleur.

Figure: tracé de la couche de fabrication KiCad exporté pour l'assemblage, indiquant chaque référence et la zone réservée au dissipateur thermique supérieur.

Pourquoi une DRC KiCad sans erreur ne constitue pas un contrôle de fabricabilité

La DRC vérifie les règles définies dans la conception. Une revue de fabrication détermine si une usine précise peut fabriquer la carte. Aucun de ces contrôles n'est fiable si les contraintes appropriées ne sont pas définies.

Contrôles de la carte pour la revue de fabrication

1. Empilage et poids du cuivre: les largeurs de piste supposent un FR-4 nominal de 1,6 mm avec un cuivre de 1 oz. Toute modification du poids de cuivre final affecte les hypothèses relatives au courant et aux performances thermiques.
2. Anneau annulaire et perçage: un perçage de 0,30 mm dans une pastille de via de 0,60 mm laisse un anneau annulaire de 0,15 mm. Comparez cette valeur aux capacités PCB publiées.
3. Masque et pâte: l'expansion du masque de soudure est définie à 0,05 mm sur chaque bord de pastille. Les pastilles pour fils et points de test ne comportent volontairement aucune ouverture de pâte.

Contrôles d'assemblage et de qualification

1. Faisabilité de l'assemblage: la marge réduite du courtyard de C11, le dégagement entre les corps des inductances et la zone d'exclusion du dissipateur doivent faire l'objet d'une vérification des capacités d'assemblage.
2. Dispositif thermique: un dissipateur ou un répartiteur thermique supérieur adapté est nécessaire, mais aucun n'est modélisé dans cette version.
3. Qualification électrique: les effets de la tension continue et les courants d'ondulation des condensateurs, la marge de l'alimentation et le soulagement de traction des fils restent à vérifier sur un prototype de révision A.

Une analyse DFM et une vérification complète de la conception constituent les prochaines étapes et ne sont pas encore terminées. Ce projet n'a fait l'objet d'aucun téléchargement DFM, d'aucune revue par une usine, d'aucun devis et d'aucune commande.

Figure: visualisation 3D approximative de KiCad réalisée à partir de modèles simplifiés créés pour le projet, sans dissipateur installé ni contrôle d'ajustement effectué.

Cette carte n'a jamais été fabriquée, assemblée ni mesurée. Sa puissance de sortie, sa température et son comportement électromagnétique restent donc à vérifier. La valeur de 2 x 50 W mise en avant dans la fiche technique du TPA3116D2 ne constitue pas une puissance nominale pour une carte alimentée sous 12 V.

Conclusion

Ce projet KiCad réalisé avec GPT-6 Astra montre qu'un fichier de carte valide et un projet natif propre ne sont pas équivalents. Le véritable travail consistait à garantir la cohérence entre le schéma, les données des composants, les empreintes et le PCB. Les composants sélectionnés, tels que les inductances Coilcraft et les condensateurs Panasonic, doivent également être comparés aux références exactes qui seront commandées.

Les outils d'IA peuvent accélérer la saisie du schéma, le routage et la reconstruction du projet, mais ils ne suppriment pas la nécessité d'une vérification technique.

Que la conception provienne de GPT-6 Astra, de Flux.ai ou d'un autre workflow EDA assisté par IA, les vérifications finales restent sous la responsabilité du concepteur. Avant de passer commande, vérifiez le projet natif, confirmez les composants réels et comparez la conception aux limites de fabrication du fabricant.

FAQ sur GPT-6 Astra et KiCad