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Techniques de conception EMC

Techniques de conception EMC


Les bonnes techniques de conception CEM ne sont pas trop difficiles à mettre en œuvre si elles sont introduites dès les premières étapes de la conception. Si des modifications doivent être apportées plus tard dans la conception pour répondre aux exigences CEM, cela devient alors beaucoup plus difficile.

La conception EMC dès les premières étapes du projet suit des approches de conception simples et de bon sens.

Conception CEM - quelques notions de base

Lors de l'examen d'un projet, les critères de conception CEM sont importants: tout circuit électronique qui a des signaux dont le niveau change aura tendance à rayonner de l'énergie comme toutes les interconnexions, et les fils agiront comme des antennes rayonnantes, aussi courtes soient-elles. De même, les circuits auront tendance à capter les signaux rayonnés d'autres émetteurs, que ces sources émettent intentionnellement ou non.

La conception CEM doit également prendre en compte tout couplage capacitif et inductif ainsi que les émissions indésirables qui peuvent être conduites le long de lignes communes qui vont aux deux équipements. Cela peut également inclure des lignes de terre.

Ces problèmes d'interférence électromagnétique, EMI, peuvent empêcher des équipements électroniques adjacents de fonctionner les uns à côté des autres. Avec la croissance considérable de l'utilisation des équipements électroniques, ce problème de compatibilité électromagnétique, CEM est devenu un sujet particulièrement important.

En conséquence, il est nécessaire de concevoir pour la CEM dès le début d'un nouveau projet de développement électronique et de mettre en œuvre les différentes techniques de conception pour la CEM dans l'ensemble du concept du produit. Ce n’est qu’en tenant compte de la conception des aspects CEM au stade de la conception d’un développement que les précautions peuvent être correctement mises en œuvre.

Autrefois, les émetteurs pouvaient empêcher les télévisions nationales locales d'afficher leur image. Dans le pire des cas, l'image entière pourrait disparaître, ou il pourrait y avoir des motifs de l'image. Avec ces exemples et bien d'autres des résultats d'une mauvaise réglementation CEM se généralisant, il est devenu nécessaire d'améliorer les choses. Désormais, avec des équipements électroniques modernes, il est possible d'utiliser des téléphones portables et d'autres appareils sans fil à proximité de presque tous les équipements électroniques avec peu ou pas d'effet. Cela s'est fait en veillant à ce que l'équipement n'émette pas d'émissions indésirables et en rendant également l'équipement moins vulnérable aux rayonnements radioélectriques. De cette manière, ces aspects de la conception pour EMC ont payé des dividendes importants dans le monde d'aujourd'hui où vous avez une énorme quantité d'équipements électroniques utilisés.

Conception pour la conformité CEM

Lors de la conception d'une carte de circuit électronique, il est nécessaire de prendre un certain nombre de précautions pour s'assurer que ses exigences de performance CEM peuvent être satisfaites. Essayer de corriger les performances CEM une fois que le circuit a été conçu et construit sera beaucoup plus difficile et coûteux. En conséquence, un certain nombre de domaines peuvent être abordés lors de la conception pour garantir que les performances CEM sont optimisées:

  • Conception de circuits pour un rayonnement minimum
  • Filtres CEM
  • Partitionnement de circuits
  • Mise à la terre
  • Boîtier blindé
  • Lignes et câbles blindés

En adoptant ces précautions, les performances CEM du circuit peuvent être considérablement améliorées. Cependant, il devra encore subir des tests CEM pour s'assurer qu'il répond aux performances requises.

Conception de circuit CEM pour un rayonnement minimum

L'un des principaux domaines à garder à l'esprit pour la conformité CEM / EMI est les émissions rayonnées RF provenant des câbles de connexion et la sensibilité aux interférences. On constate qu'ils forment le principal chemin de couplage pour les interférences dans tout produit. Souvent, ces câbles doivent transporter des signaux haute fréquence, des données possibles, et cela peut présenter des défis en termes d'amélioration de leurs performances CEM / EMI.

Tout câble recevra et irradiera des signaux, en particulier lorsqu'il s'approche d'un quart de longueur d'onde, ou d'un multiple impair de celui-ci, car il forme un circuit résonnant. Cependant, même lorsque le câble s'approche de ces longueurs, la compatibilité électromagnétique, la CEM peut être un problème.

Une solution consiste à filtrer les câbles entrant et sortant de l'unité. Bien que cela réduise le niveau des EMI, cela peut également dégrader les performances du circuit. Si des données à grande vitesse doivent être transportées, alors tous les bords tranchants seront supprimés par les filtres, et dans le pire des cas, le signal peut être atténué à un point tel que le système ne fonctionne pas. Ainsi, un équilibre minutieux peut être nécessaire pour le filtre entre les performances de l'équipement et la compatibilité électromagnétique, les exigences CEM.

Dans ces circonstances, les signaux peuvent être transportés dans un format différentiel. Les câbles de signal peuvent alors être construits comme une paire torsadée, et pourraient même être blindés. De cette manière, le signal haute fréquence peut être transporté, mais sa sensibilité au rayonnement et à la réception est réduite, car tout ce qui est reçu apparaîtra sur les deux lignes et sera annulé. De plus, le rayonnement ne se produit pas pour la même raison.

Conception CEM: filtres

La possibilité d'introduire des filtres CEM a déjà été évoquée. Il peut constituer un outil utile que l’ingénieur EMC peut utiliser dans de nombreux cas. Les filtres CEM sont particulièrement utiles pour les lignes qui ne transportent que des signaux basse fréquence. Les câbles d'entrée d'alimentation ou d'autres lignes qui transportent des tensions d'état sont des candidats particulièrement bons pour le filtrage. Ici, les filtres CEM peuvent supprimer tous les composants haute fréquence, laissant les éléments basse fréquence sur la ligne qui ne rayonneront pas beaucoup.

Les filtres CEM doivent être placés au point d'entrée de l'unité et doivent être étroitement liés au châssis. De cette manière, aucun signal ne peut entrer dans l'unité et y rayonner avant d'être éliminé par le filtre.

Conception CEM: partitionnement de circuits

Cet élément de la conception du circuit est important pour garantir que le circuit peut passer son test CEM. Elle doit être accomplie aux toutes premières étapes de la conception étant donné qu'elle régit toute la topologie du circuit et la construction mécanique.

La première étape du processus de partitionnement consiste à séparer le circuit en zones critiques et non critiques CEM. La compatibilité électromagnétique, les zones critiques CEM sont les zones qui contiennent des sources de rayonnement ou peuvent être sensibles au rayonnement. Ces zones peuvent comprendre des circuits contenant des circuits haute fréquence, des circuits analogiques de bas niveau et une logique haute vitesse comprenant des circuits à microprocesseur.

Les zones CEM non critiques sont celles qui contiennent des zones qui sont peu susceptibles de rayonner des signaux ou d'être sensibles au rayonnement. Circuits comprenant des alimentations linéaires (pas des alimentations à découpage), des circuits à vitesse lente et analogues.

Une fois cette action terminée, la mise en page de la conception peut être entreprise. Les régions critiques ou sensibles peuvent être criblées ou et des filtres ajoutés si nécessaire au niveau des interfaces pour empêcher le rayonnement des EMI, ou pour protéger ces circuits des effets des EMI.

En isolant les zones critiques CEM, il est possible d'ajouter les mesures pertinentes à la fois aux étapes initiales de la conception, ou éventuellement plus tard. Avoir une interface offre la possibilité d'optimiser les performances globales pour répondre à son test CEM. Cela peut entraîner l'ajout d'un filtrage supplémentaire, d'un criblage, etc., ou peut même permettre de réduire les coûts si certaines des mesures ne sont pas nécessaires.

Mise à la terre

Le schéma de mise à la terre au sein d'une unité est d'une importance particulière pour ses performances CEM. Une mauvaise mise à la terre peut conduire à des boucles de terre qui peuvent à leur tour conduire à des signaux rayonnés, ou captés dans l'unité et donc une mauvaise compatibilité électromagnétique, résultats de performances CEM.

Pour aider à garantir que la terre ou le système de mise à la terre fonctionne de manière satisfaisante, il convient de garder à l'esprit sa fonction. On peut dire que c'est un chemin qui permet à un courant de retourner à sa source. Il doit évidemment avoir une faible impédance, et il doit également être direct. Toute boucle ou tout écart peut donner lieu à des effets parasites pouvant entraîner des problèmes de CEM.

La planification des systèmes de mise à la terre ou de mise à la terre n'est pas anodine. C'est plus difficile qu'il n'y paraît, mais essentiel pour une bonne performance CEM. Les longueurs doivent être réduites au minimum car au-dessus de fréquences supérieures à quelques kilohertz, l'impédance est dominée par l'inductance, et des longueurs de quelques centimètres font une différence significative, même à basses fréquences.

Pour surmonter ces effets, des fils épais doivent être utilisés si possible et des plans de masse sur les cartes de circuits imprimés doivent être utilisés. Les pistes critiques doivent être exécutées au-dessus du plan de sol et elles doivent être acheminées de manière à ne pas rencontrer de coupures dans le plan de sol. Parfois, il est nécessaire d'avoir une fente ou une rupture dans un plan de masse, et si cela se produit, une piste critique doit être acheminée au-dessus du plan, même si cela l'allonge légèrement.

Ces approches et d'autres peuvent être adoptées pour garantir que le système de mise à la terre est capable de réduire au minimum les problèmes de CEM. Une réflexion approfondie doit être accordée à la mise à la terre, car il ne sera peut-être pas facile de la modifier ultérieurement.

Boîtier blindé

Bien que les boîtiers blindés ne soient pas une option préférée du point de vue du coût, placer l'unité dans une enceinte conductrice mise à la terre améliorera considérablement les performances. Tous les filtrages peuvent alors être entrepris à cette interface et la paroi conductrice fournira une barrière aux rayonnements, améliorant ainsi à la fois les éléments d'émission et de susceptibilité des performances CEM.

Lorsque le coût et éventuellement l'esthétique sont importants, il est possible de pulvériser l'intérieur des armoires avec de la peinture conductrice, bien que le niveau de blindage fourni ne soit pas aussi bon que si un boîtier métallique entièrement conducteur était utilisé. Lorsque des niveaux élevés de performances CEM sont nécessaires, il convient de prendre soin de choisir un cas où la continuité de l'écran n'est pas rompue. Le boîtier devrait idéalement être constitué du moins d'éléments possible. À chaque joint, il y aura la possibilité de passage de rayonnement. Là où les joints se produisent, ils doivent être aussi serrés que possible et ils doivent avoir une bonne continuité entre eux.

Certains boîtiers métalliques utilisant un style de construction préfabriqué avec des panneaux en aluminium anodisé n'offrent pas de bonnes performances CEM, bien qu'ils soient esthétiquement plus agréables que certains boîtiers étanches RF. Un équilibre doit être rendu dépendant des performances requises et des tests CEM à effectuer.

Lignes et câbles blindés

Lorsque des lignes et des câbles doivent entrer ou sortir d'une unité, les câbles peuvent être blindés pour empêcher tout rayonnement des signaux transportés ou capturer des signaux externes. Cependant, lorsque des câbles blindés sont nécessaires pour des applications de compatibilité électromagnétique CEM, l'écran doit être relié à la masse du signal de l'équipement dès qu'il entre dans l'unité, sinon des signaux indésirables peuvent être rayonnés ou captés, ce qui compromettrait la conformité CEM.

La compatibilité électromagnétique, les performances CEM des équipements électroniques sont aujourd'hui d'une grande importance et par conséquent, il est nécessaire de concevoir pour CEM. Afin de permettre à l'appareil de passer ses tests CEM et d'être mis sur le marché, il est nécessaire qu'il soit conforme aux directives et réglementations en vigueur. Pour qu'une unité réussisse, il est nécessaire qu'elle soit conçue pour offrir un haut niveau de compatibilité électromagnétique, de performances CEM et de réduction des EMI.


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