PCB EMC :un moyen pratique de contrer les interférences électromagnétiques

Avez-vous déjà rencontré un téléviseur interférant avec les signaux radio? Ou vous êtes-vous déjà demandé pourquoi vous éteignez vos appareils électroniques lorsque vous montez à bord d'un avion ? Eh bien, la raison est simple; interférence électromagnétique (EMI). L'EMI est un phénomène assez courant avec les appareils électroniques. Mais la question ici est :comment contrôlez-vous les EMI ? C'est là qu'intervient le PCB EMC. Bien que vous ne puissiez pas éliminer les EMI, vous pouvez réduire leur effet et éviter les interférences avec cette conception de PCB.

Lisez la suite pour en savoir plus sur les PCB EMC et sur la façon de les concevoir.

Qu'est-ce que l'EMI/EMC dans les PCB ?

Interférences électromagnétiques

Les EMI sont comme une maladie qui affecte les circuits électroniques. En effet, c'est une perturbation électronique qui corrompt la qualité du signal de tout circuit électronique et provoque des dysfonctionnements. De plus, cette perturbation électronique est de l'énergie qui se déplace par conduction ou rayonnement à partir d'appareils électroniques.

Fait intéressant, les EMI peuvent affecter l'appareil en créant une perturbation et d'autres appareils à proximité. Les interférences électromagnétiques peuvent se produire à n'importe quelle fréquence, mais commencent généralement au-delà de 50 MHz.

Appareils électroniques

D'autre part, la CEM (compatibilité électromagnétique) permet aux systèmes électroniques de fonctionner sans libérer de fortes EMI. Cela permet également à un système de déterminer les performances optimales lorsqu'il travaille dans des conditions sûres.

Tous les appareils électroniques que vous construisez ne doivent pas s'écarter des normes EMI/EMC. Sinon, les EMI affecteront continuellement les performances. Par conséquent, vous devez contrôler les EMI lors de la conception de vos PCB.

De plus, il n'est pas facile de contrôler les EMI après avoir terminé vos conceptions. Donc, en vérité, vous dépenserez beaucoup d'argent, ce qui ne résoudra peut-être pas le problème.

Ainsi, la conception d'une carte CEM nécessitera de se concentrer sur la disposition du circuit imprimé, la sélection des composants et la conception du circuit.

Consignes de conception pour EMI et EMC

Bien que vous ne puissiez pas concevoir un PCB avec des interférences électromagnétiques faibles ou nulles, vous pouvez en créer un qui ne générera pas d'EMI intolérables. Nous avons quelques directives de conception qui aideront à réduire les émissions électromagnétiques indésirables.

1. Utilisez des appareils montés en surface plutôt que des appareils à plomb

Appareils montés en surface

Lorsque vous souhaitez respecter la norme EMI, SMD sera un choix pour vos composants. Les composants à plomb ont des propriétés d'inductance plus élevées et généreront des fréquences supérieures à 100 MHz. Pour cette raison, l'utilisation de plusieurs composants traversants sur votre carte entraînerait un bruit excessif.

Cependant, les dispositifs à montage en surface ont des propriétés d'inductance plus faibles et une densité élevée. Par conséquent, les appareils montés en surface peuvent aider à réduire les problèmes EMC/EMI.

2. Espacez et concevez correctement la mise en page de votre trace

Traces de PCB

Vos PCB n'auront pas de compatibilités de transport de courant sans traces. Mais, s'il y a des virages ou des croisements sur vos chemins, cela créerait une antenne. Et c'est ce que nous voulons éviter.

Voici donc quelques règles standard pour la conception de traces :

• Mettez toujours au moins 3W d'espace entre vos traces (W pour largeur). En outre, vous devez séparer tous les signaux des autres chemins. Avec cette règle, vous pouvez minimiser le couplage et la diaphonie entre les traces voisines.
• N'utilisez pas de coudes à angle droit pour vos tracés. Vous pouvez utiliser des angles de 45 degrés à la place. Pourquoi? Parce que les courbures à angle droit peuvent augmenter la capacité et modifier la valeur d'impédance, ce qui crée des réflexions.

Traces à angle droit

• Essayez de garder vos traces différentielles proches lors du routage. Cela maximiserait le facteur de couplage et contrôlerait le bruit.

• Utilisez des vias uniquement lorsque cela est nécessaire. Vous devriez essayer d'éviter autant que possible d'utiliser des vias.

Les vias peuvent provoquer une inductance parasite en raison de la différence d'impédance entre eux et les traces. Mais, si vous ne pouvez pas éviter d'utiliser des vias, assurez-vous de placer vos vias de masse à proximité des vias de signal.

Circuits imprimés

• Les stubs ne fonctionneront pas dans les traces haute fréquence et sensibles. Les stubs génèrent des réflexions et peuvent potentiellement ajouter une antenne de longueur d'onde à votre circuit.

3. Utilisez des plans de sol appropriés

Vous devez utiliser uniquement des plans de masse avec de faibles valeurs d'inductance. Sinon, cela annulera vos efforts pour contrer les problèmes EMC.

Heureusement, vous obtenez un plan de masse à faible inductance en augmentant la surface de masse de votre PCB. Cela aiderait également à réduire la diaphonie et la génération d'EM. Jetons un coup d'œil à quelques-uns des conseils de conception que nous recommandons.

Remarque :Ne connectez pas au hasard vos composants à des points de masse. Ce n'est pas une bonne pratique.

• Il n'est pas nécessaire d'économiser de l'espace sur votre plan au sol. Au lieu de cela, assurez-vous d'en utiliser chaque centimètre pour bénéficier de sa faible valeur d'inductance.
• Vous ne pouvez pas toujours utiliser des plans de masse pour les PCB à deux couches. Mais, vous pouvez utiliser des grilles de masse, et la distance entre elles détermine leurs valeurs d'inductance.
• En effet, les longs chemins de retour ne sont pas nécessaires pour les PCB EMC. Au lieu de cela, un chemin de retour court offre de meilleures performances CEM en raison de sa faible impédance.
• De plus, isolez les environnements bruyants avec l'anneau de cage de Faraday. Vous pouvez créer un anneau de cage de Faraday en incluant le sol sur le bord de la planche. Ensuite, la cage empêchera les signaux d'être acheminés en dehors de la limite.
• En vérité, les ouvertures divisées peuvent gâcher votre circuit, alors faites attention à la façon dont vous les utilisez. Les ouvertures divisées peuvent créer des zones non uniformes qui augmentent l'impédance.
• Assurez-vous également de placer les circuits à faible vitesse à proximité du plan d'alimentation et les circuits à grande vitesse à proximité du plan de masse.
• Ne laissez aucune zone de remplissage en cuivre flottante. Gardez-les toujours mis à la terre, sinon vous créerez une antenne.

4. Comment organiser vos couches de PCB

La disposition des couches de votre PCB détermine également ses performances CEM. Si vous concevez deux cartes en couches ou plus, vous devez dédier une couche entière au plan de masse. Cependant, les cartes à quatre couches doivent avoir un plan d'alimentation sous le plan de masse.

Voici quelques directives de conception pour organiser les couches PCB :

• Tout d'abord, utilisez des grilles au sol si vous ne pouvez pas dédier une couche entière pour le plan au sol sur une carte à deux couches.
• Ensuite, assurez-vous que les traces au sol sont parallèles à vos traces électriques, surtout si vous utilisez un avion séparé.
• Enfin, si votre conception de PCB comporte plus de quatre couches, nous vous recommandons d'utiliser la disposition de PCB suivante :couche de signal-couche de masse-couche d'alimentation-couche de signal.

5. Utilisez le blindage.

Le blindage est une méthode efficace pour contrer les émissions électromagnétiques. Ainsi, avec des matériaux conducteurs/magnétiques, les couvercles de blindage peuvent protéger les signaux des interférences externes et empêcher la perte d'informations.

Nous vous recommandons d'utiliser un blindage de câble. Pourquoi? Parce que les câbles sont une source importante d'EMI, en particulier ceux qui transmettent des signaux analogiques et numériques. De plus, ces câbles ont une capacité et une inductance parasites élevées.

Mais, vous pouvez éviter de tels problèmes EMI en utilisant un blindage de câble.

5. Séparez tous les composants sensibles

Composants électroniques

Vous ne pouvez pas obtenir une conception compatible CEM en regroupant tous les composants. Au lieu de cela, séparez-les en fonction de leurs signaux de fonctionnement, tels que les signaux numériques, analogiques, à faible vitesse, à grande vitesse et d'alimentation.

Une autre chose à faire est de séparer les pistes de signal de chaque groupe et de les placer dans leur zone spécifique. De plus, un filtre serait formidable si un signal traverse différents sous-systèmes.

Normes CEM

Normes CEM

Bien qu'il existe différentes versions des normes CEM, la plupart s'inspirent des normes CEI.

Ces normes CEM ont créé deux exigences que chaque appareil électronique doit respecter. Ces exigences incluent :

• Les appareils électroniques ne doivent pas créer ni transmettre d'interférences électromagnétiques négatives à d'autres appareils.
• Les appareils électroniques doivent également résister aux EMI provenant d'autres appareils.

Cliquez ici pour plus d'informations sur les différentes normes CEM.

Autres précautions pour les conceptions CEM de PCB

Voici quelques conseils pour vous aider à augmenter les performances de votre conception de PCB EMC.

1. Tout d'abord, soyez prudent lors de la conception ou de la localisation de vos dispositions d'oscillateur. Par conséquent, vous devez éloigner toutes les boucles de réservoir de l'oscillateur des circuits analogiques, des connecteurs et des signaux à faible vitesse. N'oubliez pas que cette astuce s'applique au circuit imprimé et à l'espace du boîtier de la carte.

2. De plus, vous devez savoir que tous les PCB ne sont pas identiques. Certaines conceptions peuvent nécessiter des connecteurs filtrés pour filtrer le bruit. De plus, vous devez attacher votre connecteur au châssis et au circuit imprimé.

3. Ensuite, ne faites pas passer de lignes à grande vitesse ou bruyantes près du bord de votre planche. Les traces bruyantes peuvent capter facilement le bruit, vous devez donc les éloigner des zones qui génèrent du bruit. Ces domaines incluent les circuits oscillateurs, les pilotes de relais, les connecteurs et les relais.

4. De plus, certains PCB peuvent nécessiter un filtrage sur certaines lignes. Une solution simple pour cela est les billes de ferrite. Les perles de ferrite peuvent limiter les signaux haute fréquence et fonctionner pour découpler les lignes d'alimentation.

5. N'oubliez pas de garder les assemblages de câbles éloignés d'un oscillateur ou d'une section avec un micro-ordinateur dans votre conception. Les assemblages de câbles peuvent dégrader les performances de votre CEM, car ils captent et transportent le bruit sur l'ensemble de votre circuit.

Différence entre EMI et EMC ?

Comme mentionné précédemment, EMI est tout bruit qui corrompt d'autres signaux transmettant ou recevant des données ou des informations.

De plus, les EMI peuvent se produire de deux manières. L'un est dans l'air, et l'autre se produit lorsqu'un conducteur le transfère à un autre matériau (EMI conducteur).

En revanche, la CEM est la capacité d'un appareil à résister à des niveaux dangereux d'EMI et à continuer à fonctionner normalement. Les appareils avec une bonne norme CEM ne généreront pas d'EMI intolérables et n'auront pas de signaux et d'opérations perturbés.

Arrondi

Conception de circuits imprimés

Les interférences électromagnétiques sont un phénomène puissant qui peut entraîner une perte d'informations et de graves perturbations du système. C'est similaire à l'impulsion électromagnétique fictive qui peut perturber tous les appareils électroniques à portée.

Cependant, nous pouvons contrer les EMI avec des cartes compatibles EMC. Ces cartes disposent d'une immunité spécifique qui les protège des perturbations du signal. Les PCB EMC ne créent pas non plus de niveaux élevés d'EMI, ils n'affectent donc pas les appareils qui les entourent.

Voulez-vous construire un PCB EMC pour votre prochain projet ? Assurez-vous de nous contacter, et nous serons heureux de vous aider.