Conception CEM Perfectionnement (Module 2)

Objectif principal :

A l’issue de cette formation, le stagiaire sera capable de prendre en compte l’ensemble des paramètres clefs de la conception d’un équipement utilisant des transitions inférieures à la nanoseconde. Il saura traiter les liaisons différentielles numériques rapides, analogiques à large bande passante ou à faible bruit et traiter conjointement les notions de CEM et de fonctionnalité.

Objectif pédagogique :

Le but de cette formation est de :

Maitriser les choix initiaux de conception
Maitriser la CEM des composants
Appréhender les effets de ligne de transmission et maîtriser leur mise en œuvre
Comprendre et adapter les solutions de protection BF et HF
Etre capable de comprendre et maîtriser le routage des circuits imprimés

1-Introduction : Rappels

Maîtrise de la CEM dans l’entreprise
Suivi CEM de projet (1)
Mode commun et mode différentiel
Basse Fréquence / Haute Fréquence
Enveloppe spectrale d’impulsions répétitives
Densité spectrale d’une impulsion
Symboles terre / masse / 0 V
Couplages CEM
Couplage par impédance commune sur une carte
Impédance d’un conducteur
Réduction de l’inductance des pistes par géométrie
Couplage capacitif carte à châssis
Couplages par diaphonie
Calcul d’une tension de boucle
Courant collecté par un dipôle
Circuits résonants
Formulaires

2-Caractéristiques des composants passifs

Impédance d’une résistance
Tenue d’une résistance en impulsion unique
Immunité des résisteurs
Impédance des condensateurs non polarisés
Condensateurs silicium
Impédance d’une inductance
Inductances de puissance
Perméabilité magnétique réelle et imaginaire
Ferrites à fort µ
Choix d’une perle de ferrite
Mesures ou modélisation ?
Modélisation d’un filtre de mode commun
Comparaison mesure / modélisation

3-Filtres

Fonction de transfert et perte d’insertion
Perte d’insertion d’un filtre d’alimentation en MC
Perte d’insertion d’un filtre d’alimentation en MD
Identifications de perturbations (BE ou BL)
Réponse en fréquence d’un passe-bas d’ordre 2
Amortissement de la résonance d’un L-C
Impulsions sinusoïdales amorties
Impulsions cosinusoïdales amorties
Filtrage des impulsions
Réponses impulsionnelles de filtres passe-bas
Filtrage capacitif des entrées / sorties
Filtrage passif passe-bas en entrée
Filtrage d’un signal numérique
Filtrage des capteurs / alimentations
Protection des entrées TOR
Protection des entrées analogiques
Protection en ondes de chocs
Immunité aux surtensions de longue durée
Tension aux bornes d’un Transzorb
Transzorb : Courbe de Puissance Crête
Durée du courant dans un transzorb

4- Câbles et connecteurs

Réjection du M.C. en BF par isolement
Réjection du M.C. en BF par liaison symétrique
Amplitude et phase d’un R – C passe-bas
Dissymétrie différentielle par déphasage
Dissymétrie des filtres d’entrée
UTP : Conversion du MC en MD
STP : Conversion du MC en MD
Mesure de la dissymétrie d’une paire
Dissymétrie d’un balun
Dissymétrie de transfos ligne Ethernet 100Mbps
Dissymétrie d’une carte Ethernet 100 BaseTX
Paires torsadées blindées ou non ?
UTP ou STP : calcul d’immunité rayonnée et conduite
Principe de l’effet réducteur
Mesure simple de l’effet réducteur d’un écran
Mesures de Zt et d’efficacité de blindage
Zt des câbles courants
Relation entre Zt et efficacité de blindage
Impédance de transfert de connecteurs
Importance de la mise à la masse des embases
Effet réducteur d’une paire blindée
Transmission d’un signal à faible tension
Transmission d’un signal à faible courant

5 – Caractéristiques des composants actifs

Bruit d’une chaîne linéaire
Bruit thermique (effet Johnson)
Bruit en 1 / F (bruit en excès)
Principe de la détection d’enveloppe
Réponse en fréquence d’un ampli OP
Impédance de sortie d’un ampli op.
Attention à la structure des filtres actifs
Courant de sortie et distorsion de croisement
Caractérisation de l’étage de sortie d’un ampli OP
Immunité d’un isolateur numérique
Risques d’oscillations de transistors en UHF
Marges statiques de bruit en tension
Marge dynamique des logiques
Risque d’oscillation à l’état haute impédance
CEM des échantillonneurs – bloqueurs
Jitter : définitions et mesure
Effet du jitter d’horloge sur les CANs / CNAs
Le phénomène du latch-up
Protections intégrées contre les DES
Attention aux écarts entre doubles – sources
Protection typique d’entrées/sorties par diodes

6-CEM des circuits intégrés

« Road Map » des circuits VLSI
Bruits et couplages des ASICs
Origines des dI / dt
Maîtrise des effets des dI / dt
Effet en mode commun du dI / dt
Calcul du nombre de paires Vcc / 0 V
Distribution des horloges
Dimensionnement des drivers de sortie
Attention aux boîtiers « compatibles pin à pin »

7-Circuits imprimés

Budget de bruit
Répartition optimale des couches de CIP
Impédance d’une tôle de cuivre
Impédance d’un plan de 0 V fini / infini
Courant de retour dans un plan de masse
Impédance des plans de 0 V finis
Fente dans un plan de masse
Bruit d’un plan de 0 V fendu
Effets des trous dans un plan de masse
Retour du courant d’une pise changeant de couche
Mesure d’un bruit de masse : précautions
Les 3 types d’anneau (ou piste) de garde
Perturbations rayonnées d’un convertisseur
Sources de problèmes en émission rayonnée
Rôle et calcul des « snubbers »
Mise au point pratique d’un « damper » (R – C)
Perle en matériau à très forte perméabilité

8-Lignes

Ligne : schéma équivalent
Caractéristiques de lignes typiques
Mesure pratique de l’impédance d’une ligne
Longueur maximale de ligne sans adaptation
Adaptation série
Circuits d’adaptation parallèle
Pertes dans une ligne par effet de peau
Mesures et câbles coaxiaux
MC vs MD : vitesses de propagation différentes

9-Diaphonie

Diaphonie capacitive et inductance sur CIP
Capacité piste à piste : microstrip
Diaphonie sur circuits imprimés : NUM  ANA
Mesure d’une faible capacité
Mesure d’une diaphonie capacitive
Directivité de la diaphonie
Réduction de diaphonie dans un connecteur
Diaphonie en couplage lâche, lignes adaptées
Diaphonie progressive et régressive

10-Emission rayonnée

Mesure d’émission rayonnée
Emission des horloges
Harmoniques pairs et impairs de l’horloge
Addition du champ d’horloges multiples
Réduction de la richesse harmonique
Boîtiers oscillateurs
Horloges avec étalement du spectre (SSC)
Etalement de spectre par modulation optimale
Etaler un spectre peut être inefficace
Rayonnement du câble d’alimentation
Rayonnement des câbles externes
Emission rayonnée de 2 signaux superposés
Pré-qualification d’une mesure de rayonnement
Réalisation d’une pince de courant HF sensible
Analyse de courant de MC de 30 à 80 MHz
Excitation des câbles d’E/S par bruit de masse
Utilisation de sondes de champ proche
11- Blindage
Étapes de mise au point d’un blindage
Circulation des courants
Criticité des fuites
Excitation des câbles d’E/S par fuite proche
Attention au rayonnement en champ proche
Attention aux « zones chaudes »…
Réduction due à l’effet de chicane
Calcul d’atténuation d’une boîte non amortie
Calcul d’atténuation d’une boîte bien amortie

12-Conclusion

Acronymes en CEM
Bibliographie CEM française
Bibliographie en langue anglaise
Quelques sites internet intéressants

Ingénieurs et techniciens de conception en électronique

Niveau de base en physique de tout technicien supérieur
Expérience préalable en conception électronique et CEM – (Conception CEM des équipements Module 1 souhaité)

Action de formation :
• Support de cours
• Exercices pratiques
• Démonstrations pratiques si possible et effectuées par l’instructeur
Evaluation des acquis :
• QCM en fin de session

Formation d’adaptation et de développement des compétences dispensée en présentiel
Programme adaptable en durée et contenu en intra entreprise
Attestation de fin de formation

Formateur et consultant terrain de plus de 10 ans d’expérience