Le développement rapide de la technologie électronique contribue à la haute densité des composants électroniques, ce qui exige des concepteurs de circuits imprimés une forte capacité de résistance aux interférences. Dans le processus de conception de PCB, les concepteurs doivent se conformer aux normes génériquesprincipes de conception de PCBet l’exigence de résistance aux interférences. La capacité de résistance aux interférences dans la conception de PCB est directement liée à la validité et à la stabilité des produits électroniques, et est même considérée comme le point clé de la conception. Lorsque l’exigence de résistance aux interférences est pleinement prise en compte au cours de la procédure de conception, cela permet également de gagner du temps, puisqu’il n’est plus nécessaire de mettre en place ultérieurement des mesures correctives contre les interférences.
Source de génération d’interférences dans les PCB
La source de génération d’interférences dans les PCB provient des éléments suivants :
a. Source d’interférencedésigne les composants, dispositifs ou signaux qui génèrent des interférences, tels que les relais, les thyristors, les machines électriques et les horloges haute fréquence.
b. Composants sensiblesfait référence aux objets qui sont facilement sensibles, tels que les convertisseurs A/N (N/A), les microcontrôleurs (SCM), les circuits intégrés numériques, etc.
c. Voie de transmissionfait référence au chemin ou au support par lequel l’interférence se propage de sa source jusqu’aux composants sensibles. Selon le chemin de transmission de l’interférence, celle-ci peut être classée en deux catégories : interférence par conduction et interférence par rayonnement. La première fait référence à l’interférence transmise par les conducteurs jusqu’aux composants sensibles. Différemment de la bande de fréquences des signaux utiles, la transmission du bruit d’interférence haute fréquence peut être réduite en ajoutant des filtres sur les conducteurs et, parfois, l’ajout d’un optocoupleur isolé peut également fonctionner. L’interférence par rayonnement fait référence à l’interférence transmise aux composants sensibles à travers l’espace. La solution générale consiste à augmenter la distance entre la source d’interférence et les composants sensibles ou à les isoler au moyen de fils de masse.
Principes d’anti-interférence dans la conception de PCB
Les principes généraux de l’anti-interférence doivent inclure l’inhibition de la source d’interférence, la réduction du chemin de transmission de l’interférence et l’augmentation de la capacité anti-interférence des composants sensibles. Les mesures spécifiques correspondant à chaque principe seront présentées dans le contenu suivant :
• Pour inhiber la source d’interférence
a.Pour les relais, deux mesures peuvent être prises pour inhiber la source d’interférences. La source d’interférences désigne les composants, dispositifs ou signaux qui génèrent des interférences, tels que les relais, les thyristors, les machines électriques et les horloges haute fréquence.
1). Une diode de roue libre peut être ajoutée à la bobine du relais afin d’éliminer les interférences générées par la force contre-électromotrice lorsque la bobine est désactivée.
2). Le circuit de suppression d’étincelles peut être connecté en parallèle aux broches des relais afin de réduire les interférences dues aux étincelles.
b.Pour les machines électriques, un circuit de filtrage peut leur être ajouté. Notez que les connexions du condensateur et de l’inductance doivent être aussi courtes que possible.
c.Pour les redresseurs commandés au silicium, un circuit d’interférence RC peut être connecté aux broches du redresseur commandé au silicium afin de réduire le bruit généré par celui‑ci.
d.Un condensateur haute fréquence d’une valeur comprise entre 0,01 μF et 0,1 μF doit être connecté à chaque circuit intégré sur la carte afin de réduire les interférences générées par le circuit intégré sur l’alimentation. Notez qu’en ce qui concerne le routage du condensateur haute fréquence, les pistes doivent être proches de l’alimentation et être courtes et larges. Sinon, la résistance série équivalente augmentera et l’effet de filtrage sera affecté.
• Réduire le chemin de transmission des interférences
Plus précisément, les mesures ordinaires visant à réduire le chemin de transmission des interférences comprennent :
a.L’influence de l’alimentation sur le SCM doit être pleinement prise en considération. De nombreux SCM sont très sensibles au bruit de l’alimentation et un circuit de filtrage ou un régulateur de tension doit être ajouté à l’alimentation du SCM afin de réduire l’interférence du bruit d’alimentation sur le SCM.
b.Si les ports d’E/S dans le SCM sont utilisés pour contrôler des composants de bruit, une isolation (onde de filtre en forme de Π) doit être ajoutée entre les ports d’E/S et la source de bruit.
c.Le routage de l’oscillateur à quartz doit être pris en compte. L’oscillateur à quartz doit être placé près des broches du microcontrôleur, avec un fil de masse isolant la zone d’horloge. La coque de l’oscillateur à quartz est reliée à la masse et stabilisée.
d.La carte doit être raisonnablement partitionnée en fonction des signaux forts ou faibles, numériques ou analogiques. Les sources d’interférences telles que les machines électriques ou les relais doivent être isolées des composants sensibles tels que les microcontrôleurs.
e.Les fils de terre doivent être utilisés pour isoler la zone numérique de la zone analogique, la masse numérique de la masse analogique, lesquelles seront reliées à la masse d’alimentation à une seule extrémité. Ce principe s’applique également au routage des puces A/N et N/A.
f.Les fils de mise à la terre du SCM et des composants de forte puissance doivent être reliés à la masse de manière indépendante afin de réduire les interférences mutuelles. De plus, les composants de forte puissance doivent être placés au bord de la carte.
g.Des composants anti-interférences tels que les perles de ferrite, les tubes de ferrite, les filtres d’alimentation et les boîtiers de blindage sont utilisés à certains endroits clés de la carte, tels que les ports d’E/S du microcontrôleur, les fils d’alimentation et les lignes de connexion du circuit imprimé, afin d’augmenter considérablement la capacité anti-interférences du circuit.
• Augmenter la capacité d’anti-interférence des composants sensibles
Cela fait référence aux mesures visant à réduire la captation du bruit d’interférence par les composants sensibles et à assurer une récupération rapide après des conditions anormales. Les mesures ordinaires pour augmenter la capacité anti-interférence des composants sensibles comprennent :
a.La surface de la boucle de circuit doit être agrandie lors du routage afin de réduire le bruit induit.
b.Lors du routage, la ligne d’alimentation et le fil de masse doivent être aussi épais que possible, ce qui permet de réduire la chute de tension et de découpler le bruit.
c.Les ports d’E/S inactifs du microcontrôleur doivent être reliés à la masse ou à l’alimentation, tout comme les autres ports inactifs des circuits intégrés, sans modifier la logique du système.
d.Un moniteur d’alimentation et un circuit de chien de garde doivent être utilisés sur le microcontrôleur afin que la capacité anti‑interférence de l’ensemble du circuit puisse être considérablement augmentée.
e.Les composants IC doivent être directement soudés sur la carte au lieu de supports IC.
f.Comme la vitesse actuelle peut répondre aux exigences, l’oscillateur à cristal du microcontrôleur doit être abaissé et un circuit numérique basse vitesse doit être choisi.
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