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Introduction à la compatibilité électromagnétique (CEM)
7 – Circuits imprimés et circuits intégrés J. Unger – eivd - 2004
its imprimés
Stratégie générale
z Série et type des IC
z Disposition composants
z Fond de panier – interconnexions
z Câblage interne boîtier
z Câbles externes
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7-Circuits imprimés
Sources d’émission sur un circuit
ircuits imprimés
Paramètres de quelques séries logiques
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7-Circuits imprimés
Enveloppes spectrale des séries logiques
Impulsions de 20ns sauf pour CMOS: 200ns
(Mardiguian)
its imprimés
Marges de bruit statique et dynamique des séries logiques
z Dynamique : Quelle durée d’impulsion provoque une erreur (en fonction de l’amplitude de l’impulsion)?
HCT
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7-Circuits imprimés
Rappel :
Courants de transition – « ground bounce »
z Courants externes de charge des capacités
z Courant interne de conduction simultanée –très variables selon la série logique et l’inductance des pattes du boîtier
z Exige des condensateurs de découplage et de minimiser les inductances
ircuits imprimés
Exemple – comparaison des séries
74HCT tr/tf = 7.0/6.7ns
74ACT tr/tf = 2.36/2.15ns
74ACTQ tr/tf = 3.93/3.49ns
74FAST tr/tf = 3.49/2.61ns
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7-Circuits imprimés
Type de boîtier
z L’inductance des pattes dépend du type de boîtier et de la position
z Vcc et Gnd au centre permet de limiter les « ground bounces »
z La réduction des dimensions limite les rayonnements
its imprimés
Boîtier céramique
z Permet en plus un blindage du circuit
z Plusieurs pattes en parallèle = réduction suplémentaire de l’inductance
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7-Circuits imprimés
Inductance des trous de passage « vias »
ircuits imprimés
Placement des condensateurs de découplage
z
Réduction de la boucle de rayonnement
z
Toutes les inductances doivent être prise en
compte
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7-Circuits imprimés
Circuits simple ou double face
z Réduire l’écartement entre fils Vcc et Gnd
z Choisir une dispostion de alimentation réduisant les boucles
z Placer la cap. tout près de la patte Gnd
z Une Cap. par IC
z Ou mieux : barres de distribution d’alimentation
its imprimés
Alimentations en simple / double face
Mauvais !
Mieux ! Meilleur:
Grilles de Vcc et Gnd
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7-Circuits imprimés
Circuits multicouches
z Le plus souvent
– Accès direct aux signaux
– Capacité répartie Vcc-Gnd
z Rarement
– Strip line pour les signaux
– Obligent des pistes perpendiculaires sinon couplage parasite
L’’’ = Leq/16
ircuits imprimés
Pistes = lignes de transmission
z
Intégrité du signal :
– Délai de propagation
– Réflexions dans les lignes
– Couplage capacitif entre lignes
z
Rayonnement des lignes
– Monopole : antenne
– Angles
– Proximité des bords
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7-Circuits imprimés
Ligne de transmission
z
Impédance caractéristique
– L = inductance linéique
– C = capacité linéique
z
Vitesse de propagation
z
Délai de propagation
z
Coefficient de réflexion
– Impédance de charge ZL
C Z
0= L
r r
o r o
v c
ε ε
ε μ
μ ≅
= 1
l v t
p=
0 0
Z Z
Z Z
L L
+
= − ρ
its imprimés
Impédances caractéristiques
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7-Circuits imprimés
Microstrip
ircuits imprimés
Stripline
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7-Circuits imprimés
Calcul des réflexions- exemple
its imprimés
Adaptation des lignes:
z
Dès que le temps de montée est plus petit que le double du temps de propagation il faut adapter les impédances aux deux bouts :
z
Z
s= Z
L=Z
023
7-Circuits imprimés
Circuits d’adaptation de ligne
ircuits imprimés
Comparaison des circuits d’adaptation
25
7-Circuits imprimés
Autres sources de réflexions
its imprimés
Répartition du circuit en zones
z Séparer les composants haute et basse vitesse
– (microprocesseur, ASIC)
– horloge tout près de l’utilisateur, utilisations de plusieurs horloges à fréquence différentes, si possible (harmoniques différents donc sans cumulation de rayonnement EM) z Prévoir des zones d’entrées sorties séparées
– découplage - filtrage d’entrée
z Séparer les composants analogiques
Fente de séparation sur le plan de terre
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7-Circuits imprimés
Exemple de zones
ircuits imprimés
Exemple 2
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7-Circuits imprimés
Exemple 3
its imprimés
Zone d’entrées-sortie
z
Le découplage des courants de mode commun
exige une bonne liaison (galvanique ou ac) du
plan de terre I/O au chassis
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7-Circuits imprimés
I/O : Condensateurs de découplage
z
Montage évitant toute inductance parasite en série avec le condensateur
z
Mieux dans le connecteur !!!
ircuits imprimés
Fentes et trous dans le plan de terre
z Obligent les courants de retour à contourner la fente
– Augmentation d’inductance locale
– Augmentation du rayonnement z Eviter toute trace
traversant une fente
– I/O vers D-gnd, A-gnd vers Dgnd
Les trous de passage (vias,
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7-Circuits imprimés
Connecteurs – disposition des signaux
z
Placer un maximum de fils de terre
– Eviter les couplages entre fils (intercaler)
– Réduire les surfaces aller-retour
– Abaisser l’impédance commune
its imprimés
Influence des connecteurs
z
Inductance des bornes
– Potentiels de terre !!
z
Augmentation des surfaces de rayonnement
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7-Circuits imprimés
Circuits mixte A & D
z
Idéalement à cheval sur les zones A et D
– Liaison entre les deux plans de terre au niveau du
convertisseur.
– Lignes digitales entièrement sur le plan D-gnd
– Lignes analogiques entièrement sur le plan A-gnd
ircuits imprimés
Circuits mixtes
z
