Conception EMI/EMC : la réduction du bruit dans un circuit imprimé par l'isolation des signaux CA et CC

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L'isolation de signaux CA et CC est importante pour les appareils qui utilisent les deux types de signaux pour fonctionner
 

Au lycée, mon professeur de physique parlait toujours de la « guerre des courants » entre Edison et Tesla. À l'époque, je ne m'étais jamais vraiment soucié de savoir pourquoi Edison préférait l'alimentation CC pour la distribution et l'utilisation, alors que Tesla préférait l'alimentation CA. Cela a changé lorsque j'ai commencé à voir la « guerre des courants » se manifester d'elle-même entre les systèmes CA et CC sur les circuits imprimés. De nos jours, plusieurs circuits imprimés utilisent à la fois des circuits CA et CC, et là où ceux-ci se rencontrent, il y a souvent des problèmes sous forme d'interférence électromagnétique (EMI). Heureusement, comme la « guerre des courants » a fini par aboutir à la paix, les signaux CA et CC dans les circuits imprimés modernes peuvent coexister en harmonie. Le secret est l'isolation.

 

L'isolation contre les interférences électromagnétiques

 

Il existe plusieurs solutions simples pour gérer les interférences entre les circuits CA et CC, notamment : blinder les composants, séparer les systèmes, utiliser des sources d'alimentation dédiées, mettre correctement à la terre, et éviter les pontages d'isolation.

 

Blindage: Comme vous le savez, plusieurs composants dans un circuit imprimé peuvent rayonner de l'énergie électromagnétique. Cela inclut les sources d'alimentation, les horloges des circuits intégrés et les oscillateurs, qui peuvent tous interférer avec les composants CA. Une façon de limiter les interférences électromagnétiques des composants DC « bruyants », ou de protéger les composants CA qui sont vulnérables, consiste simplement à les blinder. Le blindage garantit essentiellement qu'aucune interférence électromagnétique rayonnée par voie aérienne dans le boîtier n'interférera avec le circuit blindé. Donc si vous avez un composant à protéger ou à contraindre, faites ce que l'homme a fait pendant des décennies, et placez-le dans un boîtier métallique. Si vous avez une carte à plusieurs couches, vous pouvez également utiliser la couche du plan de masse comme blindage. Même s'il est efficace, le blindage peut augmenter le poids et le coût d'une carte, faites donc attention de bien pondérer la réduction des interférences électromagnétiques avec les autres facteurs.

 

Hightech electronic PCB
Quel que soit la complexité de votre carte, elle peut bénéficier de la séparation CA/CC

 

Séparation: Si Edison et Tesla se trouvaient tous les deux dans une pièce, ils auraient certainement débattu ardemment ou en seraient même venus aux mains. Heureusement, ils sont restés à distance, et vos composants CA et CC doivent suivre leurs maîtres. En gardant les systèmes CA et CC, y compris les puces et les pistes, éloignés l'un de l'autre sur la carte, vous évitez toute « diaphonie » entre les systèmes. Si vous n'avez pas suffisamment d'espace sur la carte pour créer une distance physique entre les systèmes CC et CA, vous pouvez également créer un interstice dans le plan de masse entre les composants qui doivent être séparés. Les interstices au niveau du plan de masse forcent tout courant qui passe au travers du plan à se diriger autour des interstices. En outre, si cette propriété est utilisée stratégiquement, elle pourra vous aider à router de nouveau les courants autour des systèmes sensibles. Bref, ne croisez pas les fils ! Obtenir une bonne séparation dans un circuit simple est facile, mais très difficile dans les circuits plus complexes. Faites de votre mieux pour séparer le CA et le CC, mais gardez à l'esprit qu'il pourrait être difficile d'atteindre une solution optimale.

 

Alimentation: Dans tout circuit imprimé CA/CC, les rails d'alimentation des composants CA et CC doivent être distincts. Les composants CC peuvent brusquement augmenter leur consommation électrique et créer ainsi une tension transitoire, alors que vos composants CA peuvent (ou peuvent ne pas) être capables de fonctionner avec cette tension transitoire. Ils ne fonctionneront donc sûrement pas à leur capacité maximale. Si les tensions transitoires sont trop élevées, elles peuvent générer des erreurs dans les composants CA, ou arrêter le fonctionnement du circuit dans son ensemble. Il n'est pas pratique d'avoir des sources d'alimentation séparées, mais c'est mieux que d'avoir une puce qui ne fonctionne pas.

 

Mise à la terre: Comme vous le savez déjà, la mise à la terre des circuits CA/CC est un problème complexe, trop complexe pour que cet article puisse le traiter entièrement. Toutefois, je peux vous donner un conseil : vérifiez les chemins de retour des courants dans les grilles ou les plans de masse. Rappelez-vous que les courants CC suivront le chemin avec l'impédance résistive la plus faible tandis que les courants de retour CA suivront celui dont l'impédance réactive est la plus faible. Pour les courants de retour CA, le chemin avec la plus petite impédance réactive est toujours sous la piste. Il est important de se rappeler des chemins de retour parce qu'ils sont faciles à oublier. Vérifiez votre plan de masse et tracez les chemins de retour des courants. La recommandation précédente relative à la « séparation » est également valable ici, ne croisez pas les fils, même s'ils sont invisibles!

 

(Non) Pontage: Si vous avez suivi tous les (précieux) conseils que je vous ai donnés, vous devez avoir deux systèmes CA et CC correctement isolés. Maintenant, si des interstices existent dans l'un de vos plans et que vous pensez à les ponter, veuillez ne pas le faire. L'intégralité de cet article traite de l'isolation CA/CC, et le pontage est précisément l'opposé!

 

Modern PCB
Votre logiciel de conception de circuit imprimé peut vous aider à concevoir une carte avec des signaux CA et CC séparés

 

Comment un logiciel peut-il vous aider à séparer le CA et le CC ?

Les règles empiriques suivantes peuvent s'avérer utiles, mais ne peuvent pas être utilisées sans un plan de mise en œuvre. C'est là que votre logiciel de conception de circuit imprimé entre en jeu. L'isolation peut être réalisée par le codage couleur dans vos conceptions de circuits imprimés. Vous pouvez garder l'œil sur vos systèmes CA et CC en leur affectant des couleurs différentes afin d'assurer qu'ils sont séparés, physiquement et électriquement. Consultez la documentation de Circuit Studio d'Altium pour consulter les instructions sur cette procédure. Pour les utilisateurs plus avancés, le codage couleur est également disponible dans Altium Designer.

 

Lorsque vous repensez aux temps reculés où les inventeurs ingénieux s'affrontaient pour la domination électrique, rappelez-vous que les signaux CA/CC dans votre circuit imprimé font la même chose. Toutefois, il vaut mieux rechercher la paix dans le circuit imprimé plutôt que de déclarer un gagnant.

 

Avez-vous besoin d'aide sur ces problèmes ou d'explications supplémentaires ? Contactez le support d'Altium.

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