En tant que plateforme pour les composants dont les applications peuvent être efficacement mises en œuvre dans les produits électroniques, les PCB (circuits imprimés) jouent un rôle clé en tant que liaison électrique entre les composants et constituent la base des dispositifs ou équipements électroniques. Par conséquent, leurs performances et leur qualité déterminent directement celles des produits électroniques. Avec le développement rapide de la technologie de la microélectronique, de nombreux produits électroniques ont tendance à fonctionner ensemble, de sorte que les interférences entre eux augmentent de plus en plus. De plus, l’augmentation de la densité des PCB fait que la qualité de la conception des PCB joue un rôle crucial dans la détermination du niveau d’interférences et de la résistance aux interférences. En conséquence, en plus de la sélection des composants et de la conception des circuits, une excellente implantation des composants et un bon routage contribuent également à la conception CEM (Compatibilité ÉlectroMagnétique) des PCB lorsque l’on souhaite que le circuit atteigne des performances optimales.
La CEM désigne la capacité d’un appareil ou d’un système à fonctionner normalement dans un environnement électromagnétique tout en évitant de générer des interférences électromagnétiques inacceptables pour les appareils ou systèmes environnants. Les interférences électromagnétiques sont causées par de multiples facteurs, principalement résumés par une fréquence de fonctionnement exceptionnellement élevée ou un agencement ou un routage inadéquat. Dans un contexte de radiofréquences (RF) élevées inévitables, les concepteurs doivent se concentrer sur l’implantation des composants, le routage, la conception de l’alimentation et de la mise à la terre lors de la conception de PCB, afin de prendre en compte la CEM. En outre, pour les PCB comportant un nombre de couches différent, divers éléments de conception doivent être pris en considération afin d’atteindre des performances optimales.
Source d’interférence
• Courant en mode différentiel et courant en mode commun
a. Transmission en mode différentiel et transmission en mode commun
Tout circuit contient un courant en mode commun (CM) et un courant en mode différentiel (DM). Tous deux déterminent l’ampleur de la transmission RF. En réalité, il existe une énorme différence d’extinction entre eux. Lorsqu’une paire de conducteurs ou de pistes et une source de retour de référence sont présentes, l’un ou l’autre type de courant sera possible. De manière générale, les signaux DM transportent les données ou les informations utiles. Le mode commun, en revanche, cause la plupart des problèmes de CEM en tant qu’effet négatif du courant DM. La transmission DM est généralement définie comme une transmission de ligne à ligne, tandis que la transmission CM est généralement définie comme une transmission de ligne à la masse. L’intensité de champ maximale générée par une boucle fermée peut être déterminée par la formule
.Efait référence à l’intensité de champ maximale (μV/m) ;rfait référence à la distance entre la boucle fermée et l’antenne de mesure (m)；ffait référence à la fréquence (MHz) ;Jesfait référence au courant (mA) ; A fait référence à la surface de la boucle (cm²).
D’après la formule ci-dessus, il est clairement indiqué que l’intensité du champ est directement proportionnelle à la surface de la boucle. Pour réduire le niveau de transmission DM (TL), la surface de la boucle doit être réduite, en plus de la réduction du courant de la source.
Le rayonnement en mode commun (CM) résulte d’une chute de tension qui provoque une élévation de la tension de mise à la terre partielle par rapport à la terre de référence. Le câble connecté à un système de mise à la terre influent est considéré comme une antenne, qui constitue un élément du rayonnement CM. La composante de champ lointain peut être décrite par la formule
,Kfait référence au coefficient de transmission ;Jefait référence au courant CM (A) ;lfait référence à la longueur du câble (m) ;ffait référence à la fréquence de transmission (MHz) ;rfait référence à la distance (m).
Cette formule indique clairement que l’intensité du champ est directement proportionnelle à la longueur du câble. La réduction de la transmission en mode commun dépend de la diminution du courant en mode commun et de la réduction de la longueur du câble.
b. Conversion entre CM et DM
Le mode différentiel (DM) et le mode commun (CM) peuvent être convertis l’un en l’autre lorsqu’il existe deux lignes de signal présentant des impédances différentes. L’impédance est principalement déterminée par les conducteurs ou par les condensateurs et inductances en peigne, qui sont liés au routage physique. Pour le routage de la majorité des circuits imprimés, la capacité et l’inductance parasites doivent être strictement maîtrisées et réduites au minimum afin d’éviter la génération de CM et de DM. Par conséquent, les circuits sensibles à l’environnement doivent atteindre un équilibre par une certaine méthode, de sorte que les conducteurs ou la capacité en peigne de chaque conducteur soient équivalents à la capacité parasite.
c. Méthode générale d’arrêt des interférences en mode commun (CM) et en mode différentiel (DM)
La ligne directrice fondamentale pour arrêter les courants en mode commun (CM) et en mode différentiel (DM) ainsi que les interférences RF réside dans la compensation de la capacité de courant ou la minimisation de la capacité de courant. Lorsque le courant circule dans les pistes, des lignes de force magnétiques sont générées, ce qui conduit à l’apparition d’un champ électrique. Ces deux champs sont capables de rayonner de l’énergie RF. Si les lignes de force magnétiques sont compensées ou réduites au minimum, l’énergie RF n’existera plus, ce qui mettra finalement fin aux interférences. Des mesures ou règles spécifiques pouvant être suivies seront abordées dans la dernière partie de cet article.
• Diaphonie
En tant qu’élément crucial de la conception de circuits imprimés (PCB), la diaphonie doit être soigneusement prise en compte à chaque étape de l’ensemble du processus. La diaphonie désigne un couplage électromagnétique indésirable entre pistes, conducteurs, faisceaux de câbles, composants ou autres éléments électroniques susceptibles d’être influencés par des interférences électromagnétiques.
En tant que principale forme de transmission des interférences électromagnétiques (EMI, ElectroMagnetic Interference), la diaphonie tend à provoquer des interférences entre les pistes. La diaphonie peut être classée en couplage capacitif et couplage inductif. Le premier provient généralement du fait qu’une piste est située au‑dessus d’autres pistes ou d’un plan de référence. Le second provient généralement de pistes physiquement proches les unes des autres. En ce qui concerne les pistes parallèles, la diaphonie présente deux modes : direct (forward) et réfléchi (backward). Pour les PCB, la diaphonie réfléchie est plus importante à considérer que la diaphonie directe. Dans les circuits, plus l’impédance entre l’alimentation et les pistes perturbées est élevée, plus le niveau de diaphonie sera important. La diaphonie inductive peut être contrôlée en augmentant la distance bord à bord entre les pistes et les lignes de transmission ou les conducteurs, ou en minimisant la distance entre les pistes et le plan de référence.
• Analyse du spectre des signaux numériques
a. Signaux numériques
L’attribut des signaux numériques est l’onde carrée, et les signaux en onde carrée sont composés de l’onde fondamentale et de nombreuses harmoniques sinusoïdales. La transformée de Fourier peut être appliquée pour saisir la forme d’onde de la plage de fréquences des signaux numériques. Par conséquent, plus la période de répétition d’impulsion est courte, plus sa fréquence de répétition sera élevée, et plus la fréquence des harmoniques le sera également. Théoriquement, le temps de montée de l’onde carrée est nul, de sorte que le contenu harmonique est infini. Cependant, il s’agit en réalité d’une forme d’onde trapézoïdale avec à la fois un front montant et un front descendant.
b. Conversion du domaine temporel d’impulsion au domaine fréquentiel (transformée de Fourier)
La transformée de Fourier conduit une impulsion rectangulaire à être décomposée en ondes cosinus ou sinus, conformément à la formule
. Dans cette équation,ADnfait référence à l’amplitude de chaque forme d’onde cosinus ;nfait référence au nombre d’ondes harmoniques ;wfait référence à la fréquence angulaire.
• Découplage et mise à la terre
a. Conception découplée
Composé d’une inductance et d’un condensateur, le filtre passe-bas est capable de filtrer les signaux d’interférence haute fréquence. L’inductance parasite sur les lignes ralentira l’alimentation électrique de sorte que le courant de sortie des dispositifs de commande diminuera. Un placement approprié du condensateur de découplage et l’utilisation de la fonction de stockage d’énergie de l’inductance et du condensateur permettent de fournir du courant aux dispositifs au moment de la mise sous et hors tension. Dans une boucle en courant continu, une variation de charge provoquera du bruit sur l’alimentation. Une configuration adéquate des condensateurs de découplage peut empêcher la génération de bruit due aux variations de charge.
b. Conception de la mise à la terre
Pour les dispositifs électroniques, la mise à la terre est une méthode cruciale pour contrôler les interférences. Si la mise à la terre est correctement combinée avec des mesures de blindage, la plupart des problèmes d’interférences seront résolus.
• Disposition des composants et routage
La disposition du circuit détermine directement l’ampleur des interférences électromagnétiques et l’intensité de la résistance aux interférences. Une disposition appropriée augmente non seulement l’efficacité du circuit, mais améliore également la CEM de l’ensemble du système. Plus la fréquence de fonctionnement de l’unité de circuit est élevée, plus la vitesse sera grande et plus le spectre du signal sera diversifié. Par conséquent, plus la proportion de composantes haute fréquence est élevée, plus les interférences seront fortes. Du point de vue de la fréquence, viennent d’abord les circuits haute fréquence, puis les circuits moyenne fréquence et enfin les circuits basse fréquence. Du point de vue de la vitesse logique, viennent cependant d’abord les circuits à grande vitesse, puis les circuits à vitesse moyenne et enfin les circuits à basse vitesse. Conformément à cette théorie, la disposition du circuit doit être mise en œuvre en respectant la conception suivante.
Outre la classification selon la fréquence ou la vitesse, la fonction et le type peuvent également être utilisés comme critères de classification. Les mesures détaillées à prendre seront bientôt abordées dans la suite de cet article. Continuez à lire et vous les obtiendrez en détail.
Règles de conception de PCB pour la CEM
Puisque les sources d’interférences susceptibles de nuire aux performances CEM des circuits ont été identifiées, des règles de conception correspondantes en matière de CEM doivent être élaborées pour répondre à ces sources. Voici les règles de conception de PCB permettant d’assurer la réussite en CEM.
• Disposition de surface
a.La taille du PCB doit être prise en compte. Pour les cartes de taille exceptionnellement grande, les pistes doivent parcourir une longue distance, ce qui augmente l’impédance, réduit la résistance au bruit et fait grimper les coûts de fabrication. Pour les cartes de taille exceptionnellement petite, des problèmes surviennent en matière de dissipation thermique et la diaphonie a tendance à se produire entre les pistes adjacentes. La taille recommandée pour un PCB est une forme rectangulaire avec un rapport longueur/largeur de 3:2 ou 4:3. En outre, lorsque la taille de la carte dépasse 200 mm × 150 mm, il faut tenir compte de la résistance mécanique supportée par la carte. Il est donc très important de connaître la limite de votre fabricant de PCB en matière de dimensions de carte. Par exemple, PCBCart peut fabriquer des circuits imprimés d’un minimum de 6 × 6 mm et d’un maximum de 600 × 700 mm. Vérifiez sesfabrication de circuits imprimés sur mesurecapacités pour plus de détails.
b.Le partitionnement doit être soigneusement pris en compte pour la conception de l’implantation des composants. Les circuits numériques, les circuits analogiques et les sources de bruit doivent être placés indépendamment sur la carte, et les circuits haute fréquence doivent être isolés des circuits basse fréquence. De plus, une attention particulière doit être portée à la répartition des composants transportant des signaux forts et faibles, ainsi qu’à la question de la direction de transmission des signaux.
c.La disposition doit être centrée sur le composant principal dans chaque circuit fonctionnel afin de garantir que les composants soient disposés de manière ordonnée et compacte dans la même direction. Pour éviter la formation de couplages entre signaux, les composants facilement influencés par les interférences ne doivent pas être placés à proximité les uns des autres.
d.Les composants à signaux sensibles doivent être éloignés des dispositifs d’alimentation et de forte puissance, et les lignes de signaux sensibles ne doivent jamais traverser des dispositifs de forte puissance. Les composants sensibles à la chaleur doivent être placés loin des dispositifs thermiques, tandis que les composants sensibles à la température doivent être positionnés dans la zone présentant la température la plus basse.
e.La distance doit être augmentée entre les composants présentant une forte différence de potentiel afin d’éviter la possibilité de court-circuit. De plus, les composants de forte puissance doivent autant que possible être disposés dans des zones inaccessibles au toucher lors des tests et bénéficier d’une protection par isolation.
f.Un trou traversant apportera une capacité répartie de 0,5 pF, donc une réduction du nombre de trous traversants est bénéfique pour l’amélioration de la vitesse de fonctionnement.
•Disposition des composants
a.Par rapport aux composants discrets, les composants intégrés doivent être privilégiés en raison de leurs avantages en termes d’excellent conditionnement, de moindre nombre de joints de soudure et de faible taux de défaillance. De plus, il convient de sélectionner des dispositifs présentant une pente de signal relativement lente afin de réduire les composantes haute fréquence générées par les signaux. L’utilisation de composants montés en surface permet de réduire la longueur des pistes, ce qui diminue l’impédance et améliore la CEM.
b.Les composants doivent être positionnés en fonction de la même classification. Les composants incompatibles doivent être placés séparément afin de garantir qu’ils ne se gênent pas mutuellement dans l’espace.
c.Les composants pesant plus de 15 g ne doivent pas passer au soudage tant qu’ils n’ont pas été fixés par un support. Les composants à la fois grands, lourds et dégageant beaucoup de chaleur ne doivent pas être assemblés sur la carte ; ils doivent plutôt être montés sur la plaque inférieure du boîtier fini. En outre, la dissipation thermique doit être garantie et les composants sensibles à la chaleur doivent être éloignés des composants générant de la chaleur.
d.En ce qui concerne les composants réglables tels que le potentiomètre, la bobine d’inductance ajustable, le condensateur variable et le micro-interrupteur, il convient de prendre en compte les exigences structurelles de l’ensemble du système. Ces composants doivent être placés sur la carte de circuit imprimé si un réglage interne est nécessaire, tandis qu’ils doivent être positionnés à des emplacements compatibles avec la carte de la machine si un réglage externe est requis.
• Conception du routage
La règle de routage générale suit la séquence suivante :
En dehors de cette règle générale de routage, certains détails ne doivent jamais être ignorés :
a.Pour minimiser les interférences de rayonnement, il convient de choisir des circuits imprimés multicouches dont les couches internes sont définies comme plan d’alimentation et plan de masse, de manière à réduire l’impédance du circuit d’alimentation et à supprimer le bruit d’impédance commun, tout en générant un plan de masse uniforme pour les lignes de signal. Cela joue un rôle clé dans la suppression du rayonnement en améliorant la capacité répartie entre les lignes de signal et le plan de masse. D’autres notes de conception pour les circuits imprimés multicouches sont présentées dans la section « Couches de PCB et conception CEM » ci-dessous.
b.Une faible impédance doit être maintenue sur les signaux haute fréquence par les lignes d’alimentation, les lignes de masse et les pistes du circuit imprimé. Lorsque la fréquence est très élevée, les lignes d’alimentation, les lignes de masse et les pistes du circuit imprimé deviennent toutes de petites antennes responsables de la réception et de l’émission d’interférences. Pour éliminer ces interférences, il est plus important de réduire l’impédance haute fréquence des lignes d’alimentation, des lignes de masse et des pistes du circuit imprimé que d’ajouter des condensateurs de filtrage. Par conséquent, les pistes du circuit imprimé doivent être courtes, épaisses et disposées de manière uniforme.
c.Les lignes d’alimentation, les lignes de mise à la terre et les pistes imprimées doivent être disposées de manière appropriée afin d’être courtes et rectilignes, afin de minimiser la surface de boucle formée par les lignes de signal et les lignes de retour.
d.Le générateur d’horloge doit être placé aussi près que possible des dispositifs d’horloge.
e.Le boîtier de l’oscillateur à cristal de quartz doit être relié à la masse.
f.Le domaine d’horloge doit être entouré de lignes de mise à la terre et les lignes d’horloge doivent être aussi courtes que possible.
g.Des lignes brisées avec un angle de 45° au lieu de 90° doivent être utilisées pour les circuits imprimés afin de réduire la transmission et le couplage des signaux haute fréquence.
h.La connexion en un seul point avec l’alimentation et la connexion en un seul point avec la masse doivent être appliquées sur les circuits imprimés simple face et double face. Les lignes d’alimentation et de masse doivent être aussi épaisses que possible.
i.Le circuit de commande d’E/S doit être placé près des connecteurs au bord de la carte de circuit.
j.Les lignes principales doivent être épaisses et une zone de protection doit être ajoutée des deux côtés. Les lignes à haute vitesse doivent être courtes et rectilignes.
k.Les broches des composants doivent être aussi courtes que possible, ce qui est particulièrement important pour les condensateurs de découplage ; utilisez de préférence des condensateurs de montage sans broches.
l.En ce qui concerne les composants A/N, les lignes de masse dans la section numérique et la section analogique ne doivent pas se croiser.
m.Les signaux d’horloge, de bus et de sélection de puce doivent être éloignés des lignes d’E/S et des connecteurs.
n.Les lignes d’entrée de tension analogique et la borne de tension de référence doivent être éloignées des lignes de signaux du circuit numérique, en particulier de l’horloge.
o.Les interférences sont plus faibles lorsque les lignes d’horloge sont perpendiculaires aux lignes d’E/S que lorsqu’elles leur sont parallèles. De plus, les broches des composants d’horloge doivent être éloignées des câbles d’E/S.
p.Le traçage ne doit jamais être disposé sous un cristal de quartz ou des dispositifs sensibles au bruit.
q.Le circuit de boucle de courant ne doit jamais être généré autour de circuits à faible signal ou de circuits basse fréquence.
r.Aucun signal ne doit former de boucle. Si une boucle doit être aménagée, elle doit être aussi petite que possible.
• Routage de traces
a.Le routage en parallèle doit être effectué sur les signaux de courant ayant la même sortie mais des directions opposées afin d’éliminer les interférences magnétiques.
b.La discontinuité des pistes imprimées doit être réduite au maximum. Par exemple, la largeur de la piste ne doit pas subir de changement brusque et les angles des pistes ne doivent pas dépasser 90°.
c.Les interférences électromagnétiques (EMI) ont tendance à être principalement générées par les lignes de signaux d’horloge, et ces lignes de signaux d’horloge doivent être proches de la boucle de masse lors du routage.
d.Le pilote de bus doit se trouver à côté du bus à piloter. En ce qui concerne les fils éloignés des circuits imprimés, les pilotes doivent être placés à côté des connecteurs.
e.Étant donné que les lignes de signal des conducteurs d’horloge, des pilotes de ligne ou des pilotes de bus transportent généralement de forts courants transitoires, les pistes imprimées doivent être aussi courtes que possible. Pour les composants discrets, la largeur des pistes imprimées peut atteindre environ 1,5 mm. En revanche, pour les circuits intégrés, la largeur des pistes imprimées doit se situer entre 0,2 mm et 1,0 mm.
f.Il convient d’éviter d’utiliser une feuille de cuivre de grande surface autour des dispositifs thermiques ou des conducteurs parcourus par un courant important, faute de quoi des problèmes tels que le gonflement ou le décollement de la feuille de cuivre peuvent survenir si les produits restent longtemps dans un environnement thermique. Si l’utilisation d’une feuille de cuivre de grande surface est indispensable, il est préférable d’adopter une structure en grille, ce qui contribue à éliminer les gaz s’échappant en raison de l’adhésion thermique entre la feuille de cuivre et le substrat.
g.L’ouverture de passage au centre du plot doit être sensiblement plus grande que celle des broches du composant. Une soudure froide a tendance à se produire si les plots sont trop grands.
• Conception de l’alimentation
Une conception de l’alimentation inappropriée entraîne une forte génération de bruit, ce qui finit par réduire les performances des produits. Deux facteurs principaux provoquent une alimentation instable :
#1 : Dans l’état de commutation à grande vitesse, le courant d’échange transitoire est trop important ;
#2 : Il existe une inductance sur le retour de courant.
Par conséquent, l’intégrité de l’alimentation doit être pleinement prise en compte dans la conception des circuits imprimés, et les règles suivantes doivent également être strictement respectées.
a. Conception de filtrage de découplage de puissance
Le pontage d’un condensateur de découplage d’une capacité comprise entre 0,01 μF et 0,1 μF aux deux bornes de l’alimentation de la puce IC peut réduire considérablement le bruit et le courant de surtension sur l’ensemble de la carte. Une fois la compensation de courant réalisée, plus la capacité de découplage est faible, mieux c’est. Les condensateurs de montage doivent être utilisés de manière optimale en raison de leur faible inductance de connexion.
La méthode la plus efficace pour filtrer l’alimentation consiste à disposer le filtre sur le fil d’alimentation CA. Pour empêcher le couplage mutuel des conducteurs ou la formation de boucles, les lignes d’entrée et de sortie du filtre doivent être dirigées depuis les deux côtés du circuit imprimé et les conducteurs doivent être aussi courts que possible.
b. Conception de protection de l’alimentation
La conception de la protection d’alimentation couvre la protection contre les surintensités, l’alarme de sous-tension, le démarrage progressif et la protection contre les surtensions. La protection contre les surintensités peut être réalisée dans la section d’alimentation du PCB grâce à l’utilisation d’un fusible. Afin d’empêcher que le fusible n’affecte d’autres modules pendant son processus de fusion, la tension d’entrée doit également être conçue de manière à maintenir la capacité. Pour éviter que les surtensions n’endommagent accidentellement les composants, un potentiel égal doit être établi entre la ligne de distribution et le potentiel de terre au moyen de dispositifs de protection tels que le tube à décharge et le varistor, afin de réaliser la protection contre les surtensions.
• Conception du sol
Pour un dispositif de potentiel équivalent avec un point de référence de potentiel électrique, les fils de terre présentent un potentiel variable. Des différences relativement importantes peuvent être observées lorsqu’on utilise un multimètre pour mesurer le potentiel entre des points sur les fils de terre, ce qui finira par provoquer des erreurs lorsque le circuit est en fonctionnement.
La principale cause des interférences électromagnétiques (EMI) par les fils de terre réside dans l’impédance de ces fils. Lorsque du courant circule dans les fils de terre, une tension est générée, ce qui constitue en réalité un bruit de masse. Sous l’effet de cette tension, un courant de boucle dans les fils de terre est provoqué, générant ensuite des interférences de boucle de masse. Si deux circuits utilisent en commun le même fil de terre, un couplage par impédance commune se produira.
Les solutions pour les interférences de boucle de masse comprennent la coupure de la boucle de masse, l’ajout d’impédance dans la boucle de masse et l’application de circuits symétriques. Les méthodes pour éliminer le couplage par impédance commune consistent à réduire l’impédance du conducteur de masse commun ou à utiliser une mise à la terre parallèle en un seul point. Les règles spécifiques concernant la conception du conducteur de masse sont les suivantes.
a. Séparation entre la masse numérique et la masse analogique
Si des circuits analogiques et des circuits linéaires sont tous deux présents sur la carte, ils doivent être isolés les uns des autres. Les circuits basse fréquence doivent davantage s’appuyer sur une mise à la terre parallèle en un seul point. Lorsque des problèmes surviennent dans le processus de routage pratique, une mise à la terre en série peut être partiellement mise en œuvre avant la mise à la terre parallèle. Les circuits haute fréquence ont tendance à dépendre d’une mise à la terre en série multipoint et les fils de masse doivent être courts et épais. Une feuille de cuivre en forme de grille doit être largement appliquée autour des composants haute fréquence.
b. Les fils de terre doivent être aussi épais que possible
Les fils de mise à la terre doivent être aussi épais que possible afin qu’un courant deux fois supérieur au courant admissible du circuit imprimé puisse les traverser, ce qui augmente la résistance au bruit. Si un plan de masse en cuivre est utilisé pour réaliser les fils de masse, il faut éviter les zones de cuivre mortes. De plus, les zones de cuivre ayant des fonctions similaires doivent être reliées entre elles par des pistes épaisses afin de garantir la qualité des fils de masse et de réduire le bruit.
c. Circuit en boucle fermée formé par des fils de terre
Pour une carte de circuit imprimé ne contenant que des circuits numériques, la capacité de résistance au bruit peut être augmentée en concevant le circuit de mise à la terre sous forme de boucle circulaire.
Conception des couches de PCB et CEM
• Nombre de couches de PCB approprié
En termes de nombre de couches,circuits imprimés simple face, circuits imprimés double face et circuits imprimés multicouches.
a.Les circuits imprimés simple couche et double couche sont adaptés au routage de densité moyenne/faible ou aux circuits de faible intégrité. En raison des coûts de fabrication, la plupart des produits d’électronique grand public reposent sur des circuits imprimés simple couche ou double couche. Néanmoins, tous deux génèrent beaucoup d’EMI en raison des défauts de leurs structures et ils sont également sensibles aux interférences externes.
b.Les circuits imprimés multicouches ont tendance à être davantage utilisés dans les circuits à routage haute densité et à haute intégrité de puces. Par conséquent, lorsque la fréquence du signal est élevée et que les composants électroniques sont répartis avec une forte densité, il convient de choisir des circuits imprimés d’au moins 4 couches. Dans la conception de circuits imprimés multicouches, le plan d’alimentation et le plan de masse doivent être disposés de manière spécifique, en réduisant la distance entre les lignes de signal et les lignes de masse. Ainsi, la surface de boucle de tous les signaux peut être considérablement réduite. Du point de vue de la CEM, les circuits imprimés multicouches sont capables de réduire efficacement les rayonnements et d’améliorer la capacité anti-interférence.
• Conception de PCB simple couche
Les circuits imprimés simple couche fonctionnent généralement à une basse fréquence de quelques centaines de kHz, car de nombreuses conditions de conception pour les hautes fréquences sont limitées par des contraintes de basse fréquence, telles que l’absence de retour de circuit RF et de conditions de contrôle requises par une fermeture complète, un effet de peau de ligne évident ou des problèmes inévitables d’antenne magnétique et de boucle. Par conséquent, les circuits imprimés simple couche ont tendance à être sensibles aux interférences RF comme l’électricité statique, les impulsions rapides, le rayonnement ou les RF conduites. Dans la conception de circuits imprimés simple couche, l’intégrité du signal et l’adaptation en terminaison ne sont pas prises en considération. On commence d’abord par la conception des pistes d’alimentation et de masse, puis par la conception des signaux à haut risque qui doivent être placés à côté de la masse. Plus c’est proche, mieux c’est. Enfin vient la conception des autres pistes. Les mesures de conception spécifiques comprennent :
a.Les fils d’alimentation et de masse doivent être acheminés le long des points de mise à la terre du boîtier d’alimentation dans le réseau de signaux du circuit clé.
b.Les pistes doivent être routées en fonction des sous-fonctions, et les exigences de conception doivent être examinées de manière critique pour les composants sensibles ainsi que pour les bornes d’E/S et les connecteurs correspondants.
c.Tous les composants du réseau de signaux critiques doivent être placés de manière adjacente.
d.Lorsque les circuits imprimés nécessitent plusieurs points de mise à la terre, assurez-vous que ces points soient interconnectés entre eux et incluez la conception de la méthode de connexion.
e.Pour le routage des autres lignes, les lignes ayant une capacité plus élevée de résistance aux RF doivent utiliser une méthode de conception de mini-passe avec un chemin de retour RF dégagé sur tout le trajet.
• Conception de PCB double/multicouche
a.Le plan d’alimentation principal doit être disposé adjacent au plan de masse correspondant afin de générer une capacité de couplage. En coopération avec le condensateur de découplage du PCB, le plan d’alimentation principal contribue à réduire l’impédance du plan d’alimentation et permet d’obtenir un excellent effet de filtrage.
b.Les signaux clés sur des plans adjacents ne sont pas autorisés à traverser la zone de séparation afin d’empêcher l’agrandissement des boucles de signal, de diminuer le rayonnement intense et de réduire la sensibilité aux interférences.
c.Les signaux clés tels que les signaux d’horloge, les signaux haute fréquence et les signaux à haute vitesse nécessitent un plan de masse adjacent. Par exemple, un plan de signal adjacent à un plan de masse peut être considéré comme un plan optimal pour le routage des signaux, de sorte que la surface de boucle du signal et le rayonnement de blindage puissent être réduits.
d.Le plan d’alimentation doit généralement être plus petit que le plan de masse, conformément à la règle des 20H.
