Le routage des composants sur le circuit imprimé a un impact significatif sur sa compatibilité électromagnétique. Pour garantir un fonctionnement optimal du circuit, le routage doit être optimisé en respectant les contraintes décrites dans ce document. Ceci inclut l'agencement des composants et des connecteurs, ainsi que les circuits de découplage utilisés pour certains circuits intégrés.
I. Sélection des matériaux pour circuits imprimés
En choisissant judicieusement les matériaux des circuits imprimés et les chemins de routage, on peut obtenir des lignes de transmission à faible couplage. Lorsque la distance d entre les conducteurs d'une ligne de transmission est inférieure à la distance entre les conducteurs adjacents, on obtient un couplage plus faible, ou une diaphonie réduite.
Avant la conception, le format de circuit imprimé le plus économique peut être sélectionné en fonction des critères suivants :
exigences CEM
· Densité de PCB
• Capacités d'assemblage et de fabrication
• Capacités du système CAO
· Coûts de conception
Quantité de circuits imprimés
· Coûts du blindage électromagnétique
Lors de l'utilisation de boîtiers non blindés, il convient d'accorder une attention particulière au coût global du produit, au conditionnement des composants, à la configuration des broches, au format du circuit imprimé, au blindage contre les champs électromagnétiques, à la construction et à l'assemblage. Dans de nombreux cas, le choix d'un format de circuit imprimé approprié permet d'éviter l'ajout d'un boîtier de blindage métallique à l'intérieur du boîtier plastique.
Pour améliorer l'immunité des circuits analogiques à haute vitesse et des applications entièrement numériques tout en réduisant les rayonnements nocifs, il est nécessaire d'utiliser des lignes de transmission. Selon la conversion du signal de sortie, des lignes de transmission entre S-VCC, S-VEE et VEE-VCC doivent être mises en place, comme illustré sur la figure 1.
Le courant du signal est déterminé par la symétrie de l'étage de sortie du circuit. Pour les transistors MOS, IOL = IOH, tandis que pour les transistors TTL, IOL > IOH.
Type de fonction/logique ZO(Ω)
Alimentation (typique) <<10
ECL Logic 50
Logique TTL 100
Logique HC(T) 200
II. Lignes de signal et boucles de signal
Les lignes de signal doivent être acheminées au plus près de leurs boucles de signal afin d'éviter le rayonnement provenant de la zone de boucle fermée et de réduire la perméabilité magnétique de la tension induite dans la boucle.
En règle générale, lorsque la distance entre deux lignes est égale à la largeur de la ligne, le coefficient de couplage est d'environ 0,5 à 0,6, réduisant l'auto-inductance effective de 1 μH/m à 0,4–0,5 μH/m.
Cela implique que le courant de boucle de signal 40% à 50% circule librement vers d'autres lignes sur le PCB.
Lors d'une transition d'un niveau haut à un niveau bas dans les circuits logiques TTL, le courant de drain dépasse le courant de source. Dans ce cas, la ligne de transmission est généralement définie entre Vcc et S, plutôt qu'entre VEE et S. L'utilisation d'anneaux de ferrite permet un contrôle précis des courants circulant dans la ligne de signal et la ligne de retour.
Pour les conducteurs parallèles, l'impédance caractéristique de la ligne de transmission est affectée par la ferrite. Dans les câbles coaxiaux, en revanche, la ferrite n'influence que les paramètres externes du câble.
Par conséquent, les pistes adjacentes doivent être aussi étroites que possible, tandis que les pistes empilées verticalement doivent être plus étroites (généralement espacées de moins de 1,5 mm, soit l'épaisseur de la couche époxy sur un circuit imprimé double couche). Le routage doit placer chaque piste de signal et son chemin de retour au plus près (ceci s'applique aux pistes de signal et d'alimentation). Si le couplage entre les conducteurs de la ligne de transmission est insuffisant, des anneaux de ferrite peuvent être utilisés.
III. Découplage des circuits intégrés
Le découplage des circuits intégrés est généralement réalisé uniquement par des condensateurs. Ces derniers étant imparfaits, une résonance peut se produire. Au-delà de la fréquence de résonance, les condensateurs se comportent comme des inductances, limitant la variation du courant (di/dt). La valeur des condensateurs est déterminée par l'ondulation admissible de la tension d'alimentation entre les broches du circuit intégré. D'après l'expérience des concepteurs, cette ondulation doit être inférieure à 25% de la tolérance au bruit maximale de la ligne de signal.
Pour les circuits logiques rapides, si le condensateur de découplage présente une inductance série importante (due à sa structure, à la longueur de ses conducteurs ou aux pistes du circuit imprimé), sa valeur peut devenir inefficace. Dans ce cas, il convient d'ajouter un petit condensateur céramique (100 pF) au plus près de la broche du circuit intégré, en parallèle avec le condensateur de découplage “ LF- ”. La fréquence de résonance de ce condensateur (longueur de piste jusqu'à la broche d'alimentation du circuit intégré comprise) doit être supérieure à la bande passante du circuit logique [1/(π.τr)], où τr représente le temps de montée de la tension dans le circuit logique.
Lorsque chaque circuit intégré possède son propre condensateur de découplage, les courants de boucle de signal peuvent choisir le chemin le plus approprié (VEE ou VCC), déterminé par le couplage mutuel entre les pistes de signal et les pistes d'alimentation.
Un circuit résonant série se forme entre les deux condensateurs de découplage (un par circuit intégré) et l'inductance Ltrace de la piste d'alimentation. Cette résonance se produit uniquement aux basses fréquences (< 1 MHz) ou lorsque le facteur de qualité du circuit résonant est faible (< 2).
En connectant une bobine d'arrêt à fortes pertes RF en série entre le réseau Vcc et le circuit intégré nécessitant un découplage, la fréquence de résonance peut être maintenue en dessous de 1 MHz. Si les pertes RF sont trop faibles, elles peuvent être compensées par l'ajout de résistances en parallèle ou en série.
La bobine d'arrêt doit toujours utiliser un noyau fermé ; sinon, elle peut devenir un émetteur RF ou un capteur de champ magnétique.
Exemple : 1 MHz × 1 µHz Z1 = 6,28 Ω Rs = 3,14 Ω Q < 2 Rp = 12,56 Ω
Au-dessus de la fréquence de résonance, l'impédance caractéristique Z0 de la “ ligne de transmission ” (où l'impédance du CI est traitée comme une charge d'alimentation) est égale à : Z0 = √(Ltrace/Cdecoupling).
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