Conception CEM perfectionnement (Module 2)

Objectifs

Les objectifs de la formation Conception CEM perfectionnement (Module 2) :

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.
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 oeuvre
- Comprendre et adapter les solutions de protection BF et HF
- Etre capable de comprendre et maîtriser le routage des circuits imprimés

Programme

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