Comment réduire les EMI dans la conception de circuits imprimés ?

Les interférences électromagnétiques (IEM) sont un type d'interférence électromagnétique, où l'énergie est transmise d'un appareil électronique à un autre par rayonnement/conduction, ce qui altère la qualité du signal et provoque des pannes. Elles sont présentes dans presque tous les aspects de notre vie. Par exemple, lorsque notre téléphone portable est à proximité d'une radio allumée, nous entendons un bourdonnement, ce qui constitue une interférence électromagnétique. Ce problème a toujours préoccupé les concepteurs de circuits imprimés, qui doivent s'assurer que les produits électroniques qu'ils conçoivent sont conformes aux normes. CEM (compatibilité électromagnétique)En réalité, il est difficile d'éviter complètement les interférences électromagnétiques, mais nous pouvons les réduire autant que possible dès la conception. Dans cet article, nous énumérons plusieurs règles de conception importantes pour réduire les interférences électromagnétiques dans les circuits imprimés. Allons-y sans plus attendre.

Quelles sont les causes des interférences électromagnétiques dans les PCB ?

Plusieurs facteurs contribuent à la génération d’interférences électromagnétiques dans les PCB :

• En raison de leur taux élevé de transitions d'état, les circuits numériques à haute fréquence, notamment les microprocesseurs et les dispositifs de mémoire, peuvent en être la cause courante.
• Les alimentations à découpage et les transistors à commutation rapide sont les principaux responsables des rayonnements EMI en raison de leurs variations de courant rapides.
• Si les traces de signal sont conçues ou acheminées de manière incorrecte, en particulier celles qui transportent des signaux haute fréquence, elles deviennent une source d'interférences électromagnétiques car elles agissent comme des antennes.
• Les boucles au niveau du sol et une mauvaise mise à la terre sont également des sources d'interférences électromagnétiques dues aux courants parasites. Lorsque les plans d'alimentation ne sont pas reliés de manière transparente, ils créent des discontinuités d'impédance, ce qui entraîne des réflexions de signal et des interférences électromagnétiques.
• Ces problèmes peuvent être aggravés par un positionnement incorrect du composant et un blindage inadéquat, c'est pourquoi les EMI sont l'un des principaux défis de la conception des PCB.

Pourquoi est-il important de réduire les EMI ?

Premièrement, il est conforme aux mesures réglementaires, telles que l'application des réglementations de la FCC et le marquage CE, obligatoire sur les marchés où sont vendus des appareils électroniques. Le non-respect de ces directives pourrait entraîner des dépenses supplémentaires, telles que la refonte, une mise sur le marché tardive du produit et d'éventuels problèmes juridiques.
Deuxièmement, la réduction des interférences électromagnétiques améliore les performances et la qualité des appareils électroniques utilisés. Des niveaux élevés d'interférences électromagnétiques peuvent altérer la qualité du signal et entraîner une corruption des données, des défaillances système ou une panne totale de l'appareil. Dans les applications sensibles telles que les équipements médicaux ou l'électronique automobile, de tels problèmes peuvent être fatals.
De plus, la diminution des interférences électromagnétiques se traduit par une meilleure expérience utilisateur, car le fonctionnement des appareils respectifs n'est pas affecté par d'autres appareils à proximité, comme par exemple un téléphone portable interférant avec une radio.
Enfin, une bonne conception EMI se traduit également par une amélioration de l'efficacité énergétique et de la dissipation thermique, ce qui se traduit par une durée de vie plus longue de la batterie dans les produits portables et une durée de vie accrue du produit.

Principes clés de conception pour la réduction des interférences électromagnétiques

Les problèmes CEM courants des circuits imprimés sont principalement liés à des défauts de conception causés par des interférences provenant de pistes, de circuits, de vias et d'autres éléments de la carte. Cette section présente les principes de base de la conception de circuits imprimés et les bonnes pratiques sous différents aspects afin de réduire les problèmes d'interférences électromagnétiques :

1. Plan au sol

• Maximiser la surface de masse : Sur une grande surface de masse, les signaux peuvent être mieux dispersés et réduire la diaphonie et le bruit. Il est donc nécessaire d'augmenter au maximum la surface de masse du circuit imprimé. Si la couche de masse est trop petite, un circuit imprimé multicouche peut être créé.
• Utilisez les plans de masse divisés avec précaution : la division doit être effectuée de manière sélective car si les plans de coupe sont mal positionnés, il est possible d'obtenir des antennes à fente, ce qui augmentera le rayonnement EMI.
• Minimisez les connexions entre les plans de masse distincts : idéalement, reliez les plans de masse séparés en un seul endroit. Plusieurs points de connexion à la masse peuvent être problématiques car ils créent des boucles, ce qui entraîne des émissions supplémentaires de votre circuit imprimé.
• Optimisation du placement des condensateurs de dérivation : soudez les condensateurs de dérivation ou de découplage au plan de masse de manière appropriée avec des chemins de courant de retour et des tailles de boucle minimisés, afin de réduire les interférences électromagnétiques.

2. Tracer la disposition

• Conception des coudes : remplacez les coudes à 90 degrés par des angles arrondis ou à 45 degrés. Cela permet de maintenir une impédance constante et de réduire les réflexions du signal.
• Séparation des signaux : Il peut être souhaitable de filtrer les signaux à haut débit (comme les lignes d'horloge) des signaux à faible débit. Il est conseillé de séparer les signaux analogiques et numériques afin de réduire les interférences.
• Optimisation du chemin de retour : concevez des chemins de retour courts et directs pour minimiser les zones de boucle et donc minimiser les interférences électromagnétiques.
• Routage de paires différentielles : acheminez les pistes différentielles de manière rapprochée pour obtenir un meilleur couplage et déplacer le bruit en mode commun, ce qui est moins problématique pour les entrées différentielles.
• Via Utilisation : Lors de la conception du PCB viasIl convient de procéder avec prudence, car les vias augmentent l'amplitude du signal et augmentent l'inductance et la capacité. Dans le cas de paires différentielles, il faut minimiser l'utilisation des vias autant que possible. N'utilisez un anti-pad ovale commun qu'en cas de nécessité pour réduire la capacité parasite.

3. Disposition des composants

• Séparez les circuits analogiques et numériques : si vous avez des circuits analogiques et numériques dans la même conception, protégez les circuits analogiques des circuits numériques et utilisez autant de couches que possible avec des masses séparées.
• Protéger les circuits analogiques des signaux à haut débit : protégez les circuits analogiques en les blindant avec les signaux de masse. Dans les circuits imprimés multicouches, placez des plans de masse entre les pistes analogiques et les signaux à haut débit.
• Gestion des composants à haut débit : Réduisez et isolez rapidement les petits composants générant davantage d'interférences électromagnétiques. Minimisez le couplage des signaux à haut débit et assurez-vous qu'ils sont courts et situés près des plans de masse.

4. Blindage EMI
   

Si l’élimination complète des EMI n’est pas possible, il faut opter pour PCB blindageLes circuits imprimés sont protégés des sources d'interférences électromagnétiques grâce à des blindages externes tels que des cages de Faraday, tandis que des blindages internes isolent les composants sensibles. Le blindage des câbles, par revêtements conducteurs ou gaines tressées, permet de contenir les signaux haute fréquence et de réduire la transmission des interférences électromagnétiques.

Réflexions finales

En conclusion, la réduction des interférences électromagnétiques est un aspect crucial de la conception de circuits imprimés (PCB) à ne pas négliger. En comprenant les causes des interférences électromagnétiques et en appliquant les techniques de conception, un ingénieur peut produire des circuits imprimés plus performants, capables de fonctionner en toute sécurité. L'électronique moderne étant de plus en plus sophistiquée et omniprésente dans notre quotidien, la problématique des interférences électromagnétiques (EMI) restera de plus en plus critique. Bien que la réduction des interférences électromagnétiques puisse être complexe, collaborer avec des spécialistes fiables en conception de circuits imprimés peut améliorer la situation. C'est là qu'intervient MOKO. Forts de notre savoir-faire en conception de circuits imprimés hautes performances, nous sommes prêts à vous accompagner dans la résolution des problèmes liés à la réduction des interférences électromagnétiques et à l'atteinte de la compatibilité électromagnétique. Contactez MOKO Technology maintenant!