Électronique - Définition

Base théorique

Méthodes mathématiques

Il existe un certain nombre d'outils pour la modélisation des propriétés électroniques d'un circuit. On peut citer les principes fondamentaux de l'électricité et de l'électromagnétisme (loi d'Ohm, théorème de Gauss, loi de Lenz-Faraday), les modèles de fonctionnement des matériaux semi-conducteurs (jonction P-N, effet transistor, effet d'avalanche), les outils mathématiques et statistiques (nombre complexe, transformée de Fourier, transformée en ondelettes, loi de Gauss). Les études liées aux signaux de hautes fréquences font appel aux méthodes associées à l'analyse de la propagation des ondes (équations de Maxwell, ...). La mise en œuvre de signaux rapides au sein d'une carte électronique nécessite des analyses et l'utilisation de logiciels de simulation spécifiques. L'étude des composants électroniques au niveau atomique intègre les résultats et méthodes associées à la physique quantique.

La simulation de circuits électroniques, parfois complexes et coûteux, est un procédé très répandu et d'un niveau très avancé. Certains logiciels informatiques peuvent intégrer de nombreux paramètres, comme la température ou les champs électromagnétiques.

Bruit, Compatibilité électromagnétique, Dissipation thermique, Influence des rayonnements cosmiques

Comme tout système, un circuit électronique interagit avec son environnement immédiat, il peut ainsi soit générer des nuisances, soit voir son fonctionnement perturbé par un environnement bruyant. Ces interactions, lorsqu'elles sont estimées nuisibles à la fonction recherchée, doivent être minimisées. L'électronicien doit composer avec des paramètres qui évoluent souvent négativement au fil des avancées technologiques : la miniaturisation et l'intégration des composants et des systèmes (qui les rend souvent plus sensibles aux perturbations), l'augmentation des fréquences de fonctionnement, la généralisation des systèmes radioélectriques (qui ont pour effet d'augmenter globalement le niveau des champs perturbateurs).

La nécessité de maintenir la température des composants à des valeurs compatibles de la plage d'utilisation pour laquelle ils ont été conçus rend le problème du traitement de leur dissipation thermique un point incontournable et parfois délicat (cas notamment des composants de type processeurs, pour lesquels les dispositifs thermiques associés font l'objet d'études spécifiques).

La taille des cellules élémentaires des composants électroniques les rend également parfois sensibles aux particules du rayonnement cosmique. L'étude de cette sensibilité et des moyens à mettre en œuvre afin de garantir le bon fonctionnement du système complet, notamment dans le cas de fonctions estimées critiques, est intégrée dans les activités du concepteur électronicien.

Méthodes de conception

L'électronique moderne est basée exclusivement sur un certain nombre d'outils logiciels de conception : on parle de Conception Assistée par Ordinateur. Il inclut la saisie de schémas, le placement/routage, la modélisation. La conception de circuits intégrés complexes comprend des étapes intermédiaires, telles que la synthèse logique ou l'analyse des délais. Les composants électroniques programmables (microprocesseur, FPGA, DSP) déplacent davantage encore la conception dans le domaine informatique : ils apportent la flexibilité et la baisse des coûts.

Méthodes de fabrication

La fabrication de circuits électroniques s'est extrêmement diversifiée depuis les années 1980. Alors que la fabrication de prototypes peut toujours se faire de manière artisanale, la production de grande à très grande série dans des usines de plus en plus complexes et coûteuses, permet d'obtenir une technologie toujours plus performante à des prix raisonnables. Alors que l'industrie de la micro-électronique demande des investissements de plus en plus importants pour suivre les évolutions techniques, les industries de technique standard sur circuit imprimé cherchent à améliorer leur rendement (robots de fabrication/assemblage/test, GPAO, délocalisations).

Méthodes de test

Le test d'un circuit électronique est une étape importante, car il s'agit souvent de systèmes complexes dont on ne peut garantir la fiabilité et les performances, même après de nombreuses simulations. On distingue les tests unitaires, pour la mise au point de prototypes, et les tests en série, plus ou moins automatisés, destinés à repérer les défauts de fabrication et/ou d'assemblage. De nombreux outils existent pour faciliter cette étape importante : appareillage de mesure (multimètre, oscilloscope, analyseur de fréquence, etc.), standards pour la mesure automatisée (JTAG, GPIB), systèmes automatisés (planche à clous, testeur à sonde mobile, banc de test spécifique).