Dans le développement durable de la conception et de la fabrication de circuits intégrés (IC), l’importance de certains problèmes tels que le retard de transmission du signal et le bruit joue un rôle dans l’influence de l’intégrité des signaux. Par conséquent, une attention suffisante doit être accordée à ces problèmes dans le processus deConception de PCBet le flux de processus des produits électroniques doivent être supervisés, tels que les étapes de pré-série et de fabrication. En outre, la conception des PCB doit être améliorée afin de résoudre ces problèmes majeurs dans le cadre du module de conception traditionnel et de réaliser une application raisonnable de la technologie CEM (Compatibilité ÉlectroMagnétique). Cet article traite principalement des stratégies d’application de la technologie CEM dans la conception de PCB pour les dispositifs électroniques.
Vue d’ensemble et problèmes EMC
La CEM désigne un type de capacité grâce auquel les dispositifs ou systèmes peuvent fonctionner normalement sans être perturbés par des interférences électromagnétiques et sans provoquer de perturbations électromagnétiques dans aucune partie de l’environnement de circuit.
Lors de la conceptionPCBDans les dispositifs électroniques, le problème des interférences de signaux apparaît généralement en raison de la diversité des sources de perturbations. Par conséquent, lors de la transmission des signaux, la technologie CEM, dotée de fonctions d’isolation, de filtrage, de blindage et de mise à la terre, contribue à améliorer le niveau global de conception du PCB.
Dans le processus d’application de la technologie CEM, afin d’augmenter l’effet global de l’application, la qualité des composants doit être testée. Plus précisément, dans le processus de construction du système CEM, les composants concernés par la technologie CEM doivent être testés en termes de capacité de tenue en tension et de capacité au moyen d’approches expérimentales. Parallèlement, au cours du processus de contrôle expérimental, il convient de prêter attention à l’exhaustivité des problèmes saillants et à un traitement approprié dans le processus d’application des composants.
Dans la conception de circuits imprimés (PCB), les principaux problèmes de CEM comprennent les interférences conduites, les interférences de diaphonie et les interférences rayonnées.
• Interférence de conduction
Les interférences de conduction influencent d’autres circuits par découplage des conducteurs et découplage de l’impédance en mode commun. Par exemple, le bruit pénètre dans un système par le circuit d’alimentation, dont les circuits auxiliaires seront influencés par ce bruit.
La figure 1 montre le découplage du bruit par l’impédance en mode commun. Le circuit 1 et le circuit 2 reçoivent tous deux la tension d’alimentation et la boucle de masse par le même conducteur. Si la tension de l’un des deux circuits doit soudainement être augmentée, l’autre circuit diminuera en raison de l’alimentation commune et de l’impédance entre les deux boucles.
• Interférences de diaphonie
Interférences de diaphoniefait référence à l’interférence d’une ligne de signal sur une ligne de signal adjacente, qui se produit généralement sur le circuit et le conducteur adjacents et se caractérise par une capacité mutuelle et une impédance mutuelle entre le circuit et le conducteur. Par exemple, une ligne en bande (stripline) sur un PCB transporte un signal de faible niveau et, lorsque des fils parallèles dépassent 10 cm de longueur, la diaphonie apparaît. Comme la diaphonie peut être provoquée par le champ électrique via la capacité mutuelle, et par le champ magnétique via l’impédance mutuelle, le tout premier problème consiste à déterminer quel découplage joue le rôle principal : le découplage du champ électrique (capacité mutuelle) ou celui du champ magnétique (impédance mutuelle). Le produit de l’impédance de la source et de l’impédance du récepteur peut être considéré comme une référence, ce qui dépend de la configuration entre les circuits et de la fréquence.
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Produit
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Désaccouplement principal
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| <3002 |
Champ magnétique |
| >10002 |
Domaine de l'électricité |
| >3002, <10002 |
Champ magnétique ou électrique |
• Interférence de rayonnement
Les interférences de rayonnement désignent les interférences provoquées par le rayonnement émis par une onde électromagnétique libre. Les interférences de rayonnement dans un PCB désignent les interférences de rayonnement en mode commun entre les câbles et les pistes internes. Lorsque l’onde électromagnétique éclaire des lignes de transmission, un problème de découplage apparaît depuis le champ électrique vers les lignes, avec de petites sources de tension réparties, classées en CM (mode commun) et DM (mode différentiel). Le courant CM désigne le courant provenant de deux conducteurs qui ont une amplitude presque équivalente et une position de phase équivalente, tandis que le courant DM désigne le courant provenant de deux conducteurs qui ont une amplitude équivalente mais des positions de phase opposées.
Stratégies d’application CEM dans la conception de circuits imprimés pour dispositifs électroniques
• Protection ESD (décharge électrostatique)
Lors de la conception de circuits imprimés pour des dispositifs électroniques, les décharges électrostatiques (ESD) influent sur la stabilité du courant circulant, par conduction directe ou par découplage inductif, ce qui rend nécessaire la protection ESD afin de répondre aux exigences du développement de la production électronique. Les concepteurs de circuits imprimés de dispositifs électroniques doivent veiller à ce que la technologie CEM soit intégrée dans le processus de conception des PCB de ces dispositifs. Autrement dit, lors du développement de nouveaux produits électroniques, des trous métallisés doivent être positionnés sur le PCB et, dans le processus de conception de ces trous métallisés, le circuit externe sur la coque métallique doit être relié au circuit interne et des vis de fixation doivent être montées au niveau de cette connexion. L’objectif ultime est d’établir un excellent environnement équipotentiel interne‑externe afin d’éviter l’apparition de décharges électrostatiques susceptibles de provoquer une défaillance du circuit. Par exemple, certains types de dispositifs électroniques mettent l’accent sur l’application de la technologie CEM et six trous métallisés doivent être disposés afin d’assurer une excellente connexion entre le circuit interne et le boîtier LCD, de sorte que la conception globale du PCB soit considérablement améliorée. En outre, ce type de dispositifs électroniques dispose des composants de protection ESD au niveau des points d’entrée et de sortie des signaux, et une bague antistatique y est montée afin d’éviter l’apparition de décharges électrostatiques susceptibles de réduire la stabilité du fonctionnement du circuit.
• Configuration du condensateur de découplage
Dans le processus de conception de circuits imprimés pour les dispositifs électroniques, le système d’alimentation joue un rôle important dans l’influence sur l’intégrité du signal, de sorte que l’application de la théorie CEM doit être mise en avant. Lors du processus de configuration des condensateurs de découplage, le fonctionnement du circuit peut être simulé, ce qui permet de maîtriser le phénomène d’interférence de bruit afin que le problème de bruit puisse être efficacement contrôlé. Parallèlement, dans le processus de configuration des condensateurs de découplage, il est demandé aux techniciens d’inspecter strictement la borne d’entrée de la capacité du filtre d’alimentation, qui doit être maintenue dans la plage de 10 à 100 F afin de satisfaire aux conditions de la technologie CEM. En outre, la fréquence du système doit être maintenue en dessous de 15 MHz afin d’augmenter le niveau d’application des dispositifs électroniques, et la configuration des condensateurs de découplage doit être positionnée à l’emplacement du circuit intégré.
• Conception thermique
Conception thermiqueest l’un des éléments les plus importants qui influencent les performances des dispositifs électroniques. Sous l’influence du rayonnement thermique et de la ventilation, la distance entre les composants et la source de chaleur doit être maintenue dans la plage standard, et le niveau de chaleur des composants doit être contrôlé régulièrement au cours du processus d’assemblage des composants, tels que les condensateurs. De plus, lors de l’assemblage de composants à haute puissance, veillez à placer ces composants sur le dessus des circuits imprimés (PCB) afin de pouvoir réaliser la meilleure conception thermique possible et d’augmenter le niveau global de conception du PCB.
• Conception de la longueur et de la largeur de la ligne
Dans le processus de conception CEM des circuits imprimés de dispositifs électroniques, la largeur et la longueur des pistes ont une relation directe avec l’efficacité de transmission du signal. Les concepteurs de PCB doivent particulièrement examiner avec attention l’effet de retard de transmission, sur la base duquel on peut parvenir à la meilleure conception de circuit. L’effet d’inductance des pistes imprimées entraîne des interférences et la longueur de ces pistes est proportionnelle à l’effet d’interférence ; par conséquent, les pistes doivent être maintenues courtes et larges afin de répondre aux exigences de développement des nouveaux dispositifs électroniques. Par exemple, lors du développement de certains types de dispositifs électroniques, la conception de la longueur et de la largeur des pistes est pleinement prise en compte, de sorte que la broche 9 XIN de l’EM78860 est placée à la position de l’oscillateur et que la piste à l’emplacement du DL16521 est maintenue courte, ce qui améliore globalement le niveau de conception CEM. Il est donc extrêmement nécessaire de mettre l’accent sur la scientificité et la rationalisation de la longueur et de la largeur des pistes afin de répondre pleinement aux exigences de développement des nouveaux dispositifs électroniques.
Avec le développement rapide des dispositifs électroniques, la conception de circuits imprimés (PCB) suscite une attention croissante quant à l’efficacité et à la stabilité élevées des PCB, ce qui met en avant le rôle de la technologie CEM. Les problèmes majeurs concernant la technologie CEM doivent être traités sous les angles de la conception de la longueur et de la largeur des pistes, de la configuration des condensateurs de découplage et de la protection ESD, afin d’atteindre le meilleur effet de conception, sur la base duquel le développement substantiel de la conception des dispositifs électroniques sera favorisé.
