Comment utiliser une perle de ferrite dans votre conception afin de réduire les interférences électromagnétiques

Une femme criant au milieu de la rue

 

 

Vous vous rappelez comme tout le monde n'arrêtait pas de vous dire que certaines choses n'était pas la mer à boire ? « Allez Jean, récite-moi tes tables de multiplication. Ce n'est pas la mer à boire tu verras » Aujourd'hui, la « mer à boire » devrait être remplacée par les « interférences électromagnétiques ». Ces interférences continuent à en dérouter plus d'un parmi nous. C'est la raison pour laquelle j'ai beaucoup écrit sur des sujets tels que la mise à la masse appropriée, les circuits AC/DC, le routage à haute vitesse et le routage des paires différentielles. Maintenant, je vais vous expliquer comment réduire les interférences électromagnétiques en utilisant des perles de ferrite. La manipulation de ces perles étant quelque peu difficile, vous devez tout d'abord comprendre la théorie à la base de leur utilisation. La plupart des composants électroniques sont essentiellement Plug & Play ; cependant, les ferrites doivent être intégrées dans votre système. Une fois que vous vous serez familiarisé avec la théorie, il sera temps de passer à des utilisations pratiques avec, par exemple, les filtres LC, la séparation des plans de masse et d'alimentation et le filtrage du bruit source.

Filtres LC pour les ferrites

Les concepteurs sont souvent tentés de considérer les perles de ferrite comme des filtres passe-bas. En effet, elles bloquent les hautes fréquences, mais seulement dans une bande spécifique. Au-delà de cette bande, leur capacité intrinsèque prend le dessus. Bien qu’une perle en elle-même ne puisse pas se transformer en un filtre passe-bas, cela devient possible lorsqu'elle est associée à un condensateur de dérivation. Ensuite, vous obtenez ce qui est essentiellement un filtre LC (inducteur et condensateur). L'un des principaux problèmes à surveiller lors de ce type d'utilisation d’une perle de ferrite est la résonance LC.

Tout d'abord, si vous utilisez une perle de ferrite dans la ligne électrique de votre circuit, vous aurez besoin d'un condensateur de dérivation. À basse fréquence, les perles de ferrite agissent comme des inducteurs, qui empêchent les changements de courant. Cela signifie que si votre circuit intégré essaie de tirer trop de courant, la perle résistera à cette demande excessive et risque d'empêcher le bon fonctionnement de votre circuit. Les condensateurs de dérivation sont nécessaires pour stocker les charges qui peuvent être à l'origine de ces pics de courant. Ces derniers sont également utiles, car leur utilisation est une bonne idée en général.

Une fois que votre condensateur et votre ferrite sont en place, vous pouvez commencer à filtrer les hautes fréquences. Une perle de ferrite a quelques avantages par rapport à l'inducteur normal utilisé dans un filtre LC. Les perles de ferrite vous offriront une baisse plus marquée à des fréquences inférieures. Elles possèdent également une résistance intrinsèque, qui contribue à atténuer toute résonance potentielle. Malgré leurs capacités d'atténuation, une résonance LC peut tout de même se produire. Ceci est particulièrement vrai, si vous utilisez de grands condensateurs. Si cette résonance se produit, celle-ci peut entraîner un bruit pouvant atteindre 10 dB au maximum. Je vous conseille donc de concevoir votre filtre afin d'éviter toute résonance.

 

 

filtre à huile

Filtrez vos signaux avec une perle de ferrite et un condensateur de dérivation.

 

 

Séparation des plans de masse/alimentation à signaux mixtes

Les principaux véhicules de propagation des interférences électromagnétiques sont les plans de masse et d'alimentation. Cela se constate particulièrement dans les circuits à signaux mixtes, où un seul plan de masse/alimentation est utilisé à la fois pour les signaux analogues et les signaux numériques. Il est donc préférable de séparer les plans de masse/alimentation, mais les masses doivent tout de même être référencées à la même tension relative. Ces problèmes constituent un dilemme que les perles de ferrite peuvent vous aider à résoudre.

Les perles de ferrite peuvent être utilisées pour connecter des plans de masse/alimentation analogiques et numériques. Grâce à cette méthode, les deux plans restent référencés à la même tension, mais ils sont isolés l'un de l'autre. La perle peut bloquer les interférences qui, normalement, passeraient directement d'un plan à l'autre.

Filtrage général du bruit

Les plans de masse et d'alimentation ne sont pas les seuls parties de votre circuit qui ont des problèmes d'interférences. Ces interférences ou ce bruit peuvent provenir des composants numériques, d'un convertisseur DC/DC ou de la ligne électrique d'entrée. Les perles de ferrite peuvent vous aider à filtrer le bruit provenant de toutes ces sources.

Si vos composants sont bruyants, vous pouvez utiliser des perles de ferrite pour isoler autant de composants que vous le souhaitez. Vous aurez sans doute des condensateurs de dérivation pour chacun de vos circuits intégrés numériques. L'ajout de perles de ferrite formera donc le filtre LC mentionné ci-dessus. Ces filtres atténueront le bruit venant des composants et vous aideront à éliminer les interférences électromagnétiques dans votre circuit.

Certains des circuits analogiques sont alimentés par un convertisseur DC/DC de commutation. Bien que vous puissiez vous inquiéter du bruit que ces blocs d'alimentation suscitent dans le système, vous vous préoccupez probablement beaucoup moins des interférences générées par les puces analogiques. Dans ce cas, vous pouvez mettre une perle de ferrite en ligne avec le convertisseur DC/DC et protéger vos circuits analogiques contre les interférences électromagnétiques sur le rail d’alimentation.

 

 

Câble coaxial épais 50 ohms et loquet de ferrite

Les ferrites sont souvent utilisées pour filtrer l’alimentation en entrée.

 

 

Vous devez vous inquiéter du bruit provenant de l'intérieur de votre carte. Souvent, les interférences électromagnétiques constatées dans les circuits imprimés proviennent de leur principale source d'alimentation. Les perles de ferrite sont parfaites pour filtrer ce genre de bruit. En fait, celles-ci sont utilisées le plus souvent à cette fin.

Que vos circuits imprimés soient destinés à être lancés dans l'espace ou à rester sur terre, ceux-ci doivent être protégés contre les interférences électromagnétiques. Les perles de ferrite peuvent remplir cet objectif, soit en atténuant une bande spécifique de hautes fréquences, soit en agissant en tant que filtre LC lorsqu'elles sont associées à un condensateur de dérivation. Vous pouvez également utiliser ces perles pour séparer les plans de masse et d'alimentation dans les circuits à signaux mixtes, et filtrer ainsi le bruit en général.

Maintenant que vous savez comment réduire les interférences électromagnétiques dans votre circuit, le moment est venu de concevoir votre carte. De puissants logiciels de conception de circuits imprimés, comme Altium Designer, vous permettront de mettre en pratique vos théories d'élimination du bruit. Altium Designer intègre une grande variété d'outils avancés et une documentation dont le but est de vous aider à vous préparer à toutes les éventualités.

Vous avez d'autres questions concernant les interférences électromagnétiques ? Contactez un expert Altium.

 
 
 
 
 
 
 
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