Dans la conception de circuits imprimés, la compatibilité électromagnétique (EMC) et les interférences électromagnétiques (EMI) associées ont toujours été deux problèmes majeurs qui ont causé des maux de tête aux ingénieurs, en particulier dans la conception actuelle des circuits imprimés et l'emballage des composants diminuent, et les OEM ont besoin de systèmes à plus grande vitesse.

1. La diaphonie et le câblage sont les points clés

Le câblage est particulièrement important pour assurer la circulation normale du courant. Si le courant provient d'un oscillateur ou d'un autre dispositif similaire, il est particulièrement important de maintenir le courant séparé du plan de masse, ou de ne pas laisser le courant circuler parallèlement à une autre trace. Deux signaux parallèles à grande vitesse généreront des CEM et des EMI, en particulier une diaphonie. Le chemin de résistance doit être le plus court et le chemin du courant de retour doit être aussi court que possible. La longueur de la trace du chemin de retour doit être la même que la longueur de la trace d’envoi.

Pour EMI, l’un est appelé « câblage contrefait » et l’autre « câblage victimisé ». Le couplage de l'inductance et de la capacité affectera la trace « victime » en raison de la présence de champs électromagnétiques, générant ainsi des courants directs et inverses sur la « trace victime ». Dans ce cas, des ondulations seront générées dans un environnement stable où la longueur de transmission et la longueur de réception du signal sont presque égales.

Dans un environnement de câblage bien équilibré et stable, les courants induits doivent s'annuler pour éliminer la diaphonie. Cependant, nous sommes dans un monde imparfait et de telles choses n’arriveront pas. Par conséquent, notre objectif est de minimiser la diaphonie de toutes les traces. Si la largeur entre les lignes parallèles est deux fois supérieure à la largeur des lignes, l'effet de diaphonie peut être minimisé. Par exemple, si la largeur de la trace est de 5 mils, la distance minimale entre deux traces parallèles doit être de 10 mils ou plus.

À mesure que de nouveaux matériaux et de nouveaux composants apparaissent, les concepteurs de circuits imprimés doivent continuer à faire face aux problèmes de compatibilité électromagnétique et d'interférences.

2. Condensateur de découplage

Les condensateurs de découplage peuvent réduire les effets néfastes de la diaphonie. Ils doivent être situés entre la broche d'alimentation et la broche de masse de l'appareil pour garantir une faible impédance CA et réduire le bruit et la diaphonie. Pour obtenir une faible impédance sur une large plage de fréquences, plusieurs condensateurs de découplage doivent être utilisés.

Un principe important pour le placement des condensateurs de découplage est que le condensateur ayant la plus petite valeur de capacité doit être aussi proche que possible de l'appareil afin de réduire l'effet d'inductance sur la trace. Ce condensateur particulier est aussi proche que possible de la broche d'alimentation ou de la trace d'alimentation de l'appareil, et connecte le plot du condensateur directement au via ou au plan de masse. Si la trace est longue, utilisez plusieurs vias pour minimiser l'impédance de la terre.

3. Mettez le PCB à la terre

Un moyen important de réduire les interférences électromagnétiques consiste à concevoir le plan de masse du PCB. La première étape consiste à rendre la zone de mise à la terre aussi grande que possible dans la surface totale du circuit imprimé, ce qui peut réduire les émissions, la diaphonie et le bruit. Des précautions particulières doivent être prises lors de la connexion de chaque composant au point de masse ou au plan de masse. Si cela n’est pas fait, l’effet neutralisant d’un plan de masse fiable ne sera pas pleinement utilisé.

Une conception de PCB particulièrement complexe présente plusieurs tensions stables. Idéalement, chaque tension de référence possède son propre plan de masse correspondant. Cependant, si la couche de terre est trop importante, cela augmentera le coût de fabrication du PCB et rendra le prix trop élevé. Le compromis consiste à utiliser des plans de sol dans trois à cinq positions différentes, et chaque plan de sol peut contenir plusieurs parties au sol. Cela contrôle non seulement le coût de fabrication du circuit imprimé, mais réduit également les interférences électromagnétiques et électromagnétiques.

Si vous souhaitez minimiser la CEM, un système de mise à la terre à faible impédance est très important. Dans un PCB multicouche, il est préférable d'avoir un plan de masse fiable, plutôt qu'un plan de masse en cuivre ou dispersé, car il a une faible impédance, peut fournir un chemin de courant et constitue la meilleure source de signal inverse.

La durée pendant laquelle le signal revient au sol est également très importante. Le temps entre le signal et la source du signal doit être égal, sinon cela produira un phénomène semblable à celui d'une antenne, faisant de l'énergie rayonnée une partie des EMI. De même, les traces qui transmettent le courant vers/depuis la source de signal doivent être aussi courtes que possible. Si la longueur du chemin source et du chemin retour ne sont pas égales, un rebond au sol se produira, ce qui générera également des EMI.

4. Évitez les angles de 90°

Afin de réduire les interférences électromagnétiques, évitez les câblages, vias et autres composants formant un angle de 90°, car les angles droits généreront un rayonnement. À ce coin, la capacité augmentera et l'impédance caractéristique changera également, conduisant à des réflexions puis à des EMI. Pour éviter les angles de 90°, les traces doivent être acheminées vers les coins à au moins deux angles de 45°.

5. Utilisez les vias avec prudence

Dans presque toutes les configurations de PCB, des vias doivent être utilisés pour fournir des connexions conductrices entre les différentes couches. Les ingénieurs en conception de circuits imprimés doivent être particulièrement prudents, car les vias génèrent une inductance et une capacité. Dans certains cas, ils produiront également des réflexions, car l'impédance caractéristique changera lorsqu'un via est réalisé dans la trace.

N'oubliez pas non plus que les vias augmenteront la longueur de la trace et devront être adaptés. S'il s'agit d'une trace différentielle, les vias doivent être évités autant que possible. Si cela ne peut être évité, utilisez des vias dans les deux traces pour compenser les retards dans le signal et le chemin de retour.

6. Câble et blindage physique

Les câbles transportant des circuits numériques et des courants analogiques génèrent une capacité et une inductance parasites, provoquant de nombreux problèmes liés à la CEM. Si un câble à paire torsadée est utilisé, le niveau de couplage restera faible et le champ magnétique généré sera éliminé. Pour les signaux haute fréquence, un câble blindé doit être utilisé et l'avant et l'arrière du câble doivent être mis à la terre pour éliminer les interférences EMI.

Le blindage physique consiste à envelopper tout ou partie du système avec un boîtier métallique pour empêcher les interférences électromagnétiques de pénétrer dans le circuit PCB. Ce type de blindage est comme un conteneur conducteur fermé mis à la terre, qui réduit la taille de la boucle d'antenne et absorbe les interférences électromagnétiques.