De nos jours, la fréquence d’horloge des systèmes électroniques est de plusieurs centaines de mégahertz, les bords d’attaque et de fuite des impulsions utilisées sont de l’ordre de la nanoseconde et des circuits vidéo de haute qualité sont également utilisés pour des fréquences de pixels inférieures à la nanoseconde. Ces vitesses de traitement plus élevées représentent des défis constants en ingénierie. Donc, comment prévenir et résoudre le problème des interférences électromagnétiques du connecteur mérite notre attention.
Le taux d’oscillation sur le circuit devient plus rapide (temps de montée / descente), l’amplitude tension / courant devient plus grande et le problème devient plus important. Par conséquent, il est plus difficile de résoudre la compatibilité électromagnétique (CEM) aujourd’hui qu’auparavant.
Avant les deux nœuds du circuit, le courant d’impulsion changeant rapidement représente la source de bruit dite en mode différentiel. Le champ électromagnétique autour du circuit peut se coupler à d’autres composants et envahir la partie de connexion. Le bruit couplé par induction ou capacitif est une interférence en mode courant. Les courants d’interférence radiofréquence sont les mêmes les uns que les autres, et le système peut être modélisé comme suit: composé d’une source de bruit, d’un « circuit victime » ou « récepteur » et d’une boucle (généralement un fond de panier). Plusieurs facteurs sont utilisés pour décrire l’ampleur de l’interférence : l’intensité de la source de bruit, la taille de la zone autour du courant d’interférence et le taux de variation.
Ainsi, bien qu’il existe une possibilité d’interférences indésirables dans le circuit, le bruit est presque toujours un co-modèle. Une fois qu’un câble est connecté entre le connecteur d’entrée/sortie (E/S) et le châssis ou le plan de masse, lorsqu’une tension RF apparaît, quelques milliampères de courant RF peuvent suffire pour dépasser le niveau d’émission autorisé.
Couplage et propagation du bruit
Le bruit en mode commun est causé par une conception déraisonnable. Certaines raisons typiques sont que les longueurs des fils individuels dans différentes paires sont différentes, ou les distances au plan de puissance ou au châssis sont différentes. Une autre raison est les défauts des composants, tels que les bobines d’induction magnétique et les transformateurs, les condensateurs et les dispositifs actifs (tels que l’application de circuits intégrés spéciaux (ASIC)).
Les composants magnétiques, en particulier les inductances de stockage d’énergie de type « starter à noyau de fer », sont utilisés dans les convertisseurs de puissance et génèrent toujours des champs électromagnétiques. L’espace d’air dans le circuit magnétique équivaut à une grande résistance dans un circuit en série, où plus de puissance est consommée. En conséquence, la bobine d’étranglement du noyau de fer est enroulée sur la tige de ferrite pour générer un fort champ électromagnétique autour de la tige, et l’intensité de champ la plus forte est près de l’électrode. Dans une alimentation à découpage utilisant une structure de retraçage, il doit y avoir un espace sur le transformateur avec un fort champ magnétique entre les deux. L’élément le plus approprié pour maintenir le champ magnétique est le tube spiralé, de sorte que le champ électromagnétique est distribué le long du noyau du tube. C’est l’une des raisons pour lesquelles la structure en spirale est préférée pour les éléments magnétiques fonctionnant à haute fréquence.
Les circuits de découplage inappropriés deviennent également souvent des sources d’interférences. Si le circuit nécessite un courant d’impulsion important et que la nécessité d’une faible capacité ou d’une résistance interne très élevée ne peut être garantie lors d’un découplage partiel, la tension générée par le circuit d’alimentation diminuera. Ceci équivaut à une ondulation, ou équivalent à des changements de tension rapides entre les bornes. En raison de la capacité parasite de l’emballage, les interférences peuvent se coupler à d’autres circuits, provoquant des problèmes de mode commun.
Lorsque le courant en mode commun contamine le circuit d’interface d’E/S, le problème doit être résolu avant de passer à travers le connecteur. Différentes applications sont suggérées pour utiliser différentes méthodes pour résoudre ce problème. Dans le circuit vidéo, les signaux d’E/S sont à extrémité unique et partagent la même boucle commune. Pour le résoudre, utilisez un petit filtre LC pour filtrer le bruit. Dans un réseau d’interface série basse fréquence, une certaine capacité parasite est suffisante pour déplacer le bruit vers la carte inférieure. Les interfaces à entraînement différentiel, telles qu’Ethernet, sont généralement couplées à la zone d’E/S via un transformateur, et le couplage est assuré par les robinets centraux d’un ou des deux côtés du transformateur. Ces robinets centraux sont connectés à la plaque inférieure via un condensateur haute tension pour détourner le bruit en mode commun vers la plaque inférieure afin que le signal ne se déforme pas.
Bruit en mode commun dans la zone d’E/S
Il n’existe pas de solution universelle pour résoudre tous les types de problèmes d’interface d’E/S. L’objectif principal des concepteurs est de bien concevoir le circuit, et ils négligent souvent certains détails considérés comme simples. Certaines règles de base peuvent minimiser le bruit avant qu’il n’atteigne le connecteur :
1) Réglez le condensateur de découplage à proximité de la charge.
2) La taille de la boucle du courant d’impulsion changeant rapidement des bords avant et arrière doit être la plus petite.
3) Gardez les périphériques à courant élevé (c’est-à-dire les pilotes et les ASIC) loin des ports d’E/S.
4) Mesurez l’intégrité du signal pour assurer le dépassement et le sous-tir minimaux, en particulier pour les signaux critiques avec des courants importants (tels que les horloges et les bus).
5) Utilisez un filtrage local, tel que la ferrite RF, pour absorber les interférences RF.
6) Fournissez une connexion de tour à faible impédance à la plinthe ou une référence dans la zone d’E/S sur la plinthe. Bruit RF et connecteurs
Même si les ingénieurs prennent bon nombre des précautions énumérées ci-dessus pour réduire le bruit RF dans la zone d’E/S, il n’y a aucune garantie que ces précautions seront suffisamment efficaces pour répondre aux exigences en matière d’émissions. Une partie du bruit est une interférence conduite, c’est-à-dire que le courant en mode commun circule sur la carte de circuit imprimé interne. La source de cette interférence se trouve entre le fond de panier et le circuit. Par conséquent, ce courant RF doit circuler à travers le chemin avec l’impédance la plus faible (entre la plaque inférieure et la ligne porteuse du signal). Si le connecteur ne présente pas une impédance suffisamment faible (au chevauchement avec la plaque de base), le courant RF circule à travers la capacité parasite. Lorsque ce courant RF circule à travers le câble, une émission se produira inévitablement.
Un autre mécanisme d’injection de courant en mode commun dans la zone d’E/S est le couplage de sources d’interférences fortes à proximité. Même certains connecteurs « blindés » sont inutiles, car la source d’interférence se trouve à proximité du connecteur, comme un environnement PC. S’il y a un espace entre le connecteur et le fond de panier, la tension RF induite ici peut dégrader les performances CEM.
Il existe des méthodes pour blinder les connecteurs, ajouter des anches ou des joints. Le chevauchement du connecteur sert à combler l’espace entre le connecteur et le boîtier. Cette méthode nécessite une doublure. Les joints métalliques sont meilleurs tant qu’ils sont manipulés correctement, c’est-à-dire tant que la surface n’est pas contaminée, tant que les mains ne touchent pas ou n’endommagent pas le joint et tant qu’il y a suffisamment de pression pour maintenir un bon contact à faible impédance.
Une autre méthode consiste à installer le connecteur sur le connecteur ou à installer le connecteur sur le boîtier. À ce stade, la surface de contact maximale est légèrement plus petite et la taille et l’élasticité des languettes doivent être strictement contrôlées. Lors de l’installation d’un connecteur blindé, faites une ouverture sur le boîtier et retirez l’huile sur le côté de l’ouverture. Faites-le soigneusement. Si la tolérance n’est pas appropriée, le connecteur s’enfoncera trop profondément dans le boîtier et le chevauchement sera interrompu. Chaque ingénieur EMC sait que dans un « excellent » système, ce problème doit répondre aux exigences de lancement et être vérifié à temps sur la ligne de production. Les joints non fixés ou pliés, installés sur l’huile dans les zones critiques, tomberont en panne.
Le connecteur EMI a été sélectionné pour les raisons suivantes :
1) Le plastique mousseur conducteur est extrêmement doux et peut être placé sur toute la circonférence du connecteur. Cela élimine les problèmes liés à l’autre boîtier et joint.
2) L’ingénieur mécanicien peut installer le connecteur dans la plage de tolérance acceptable du châssis du système.
3) Le connecteur et le châssis sont connectés avec une faible impédance pour assurer un bon contact. La doublure sur le côté intérieur du mur de l’armoire peut être faite de matériaux plus doux lorsqu’elle doit être peinte et a une exigence de masquage.
4) Pour les conceptions nécessitant un refroidissement forcé, le joint doit de préférence avoir une autre caractéristique: la couture entre le connecteur et la paroi du boîtier doit être scellée pour réduire les fuites d’air. Dans un environnement poussiéreux, le joint devrait aider à garder le système propre.
