Home

4 Compatibilit lectromagntique (CEM)

Contents

1. l att nuation est largement suffisante pour qu on puisse n gliger l effet des r flexions multiples Sm 0 dB Pour un blindage mince nous constatons que l intensit H 4 apr s le premier aller retour des r flexions R vision f vrier 2006 Ch 4 CEM page 48 Z1 22 2 multiples vaut Ht kA att nuation par 2 travers es du blindage Du fait qu on a pratiquement toujours Z1 gt gt Z2 le coefficient de r flexion est tr s proche de 1 et le seul effet qui permette de diminuer Ht4 est l att nuation dans l paisseur du blindage Nous pouvons donc estimer Ht4 en fonction de Ht en utilisant l absorption dans une double paisseur Ht4 Ht e72t puis calculer l effet Sm partir de la somme des r flexions multiples progression g om trique et du champ direct Hi Sm 20 Log 1 e208 dB 4 27 Ce coefficient est toujours n gatif puisque les r flexions multiples renforcent le champ transmis la sortie du blindage La figure 4 18 repr sente Sm en fonction du rapport entre l paisseur du blindage t et la profondeur de p n tration 8 0 00 0 10 0 20 0 30 0 40 0 50 0 60 0 70 0 80 0 90 1 00 t 5 Figure 4 18 Correction due aux r flexions multiples Notons encore un comportement diff rent pour le champ E et pour le champ H Du fait que Z1 gt gt Z2 on 229 remarque que le champ lectrique est presque enti rement r fl chi sur la face d entr e Et2 ZOZ Ej lt lt Ej ES 22 Par con
2. EQUIVALENT CIRCUIT PHYSICAL RELATIONSHIP SHIELD CONNECTED TO COMMON Figure 4 14 Blindage d un amplificateur Le sch ma quivalent de la fig 4 14 montre que les capacit s parasites C g et C3s permettent un couplage du signal de sortie haut niveau vers l entr e bas niveau c est dire une contre r action d gradant les performances de l amplificateur et risquant de provoquer des oscillations Pour liminer cette contre r action le seul moyen est de lier le blindage au commun de l ampli conducteur 2 comme montr au bas de la figure La capacit Cs est alors court circuit e C15 et C3s chargent l entr e respectivement la sortie coupant par l le chemin de contre r action Le blindage des amplificateurs doit tre li au point commun de l amplificateur Cette liaison doit tre fait m me si le point commun n est pas li la terre R vision f vrier 2006 Ch 4 CEM page 42 4 5 Blindage L objectif d un blindage est soit de prot ger les circuits plac s l int rieur de l enceinte contre les champs lectriques et magn tiques externes soit de confiner les champs g n r s par les circuits l int rieur de l enceinte vitant ainsi tout rayonnement sur d ventuelles victimes externes Reste d finir quels mat riaux et quelles paisseurs de blindage assurent une protection efficace Pour ce faire nous analysons la propagation de l onde lectromagn tique qui de l air va trave
3. du blindage en basse fr quence Champ magn tique proche PE i 0 50 000 100000 1000000 10000000 Fr quence Hz S total Figure 4 20 Efficacit d un blindage d aluminium t 0 5 mm 50 cm de la source R vision f vrier 2006 Ch 4 CEM page 50 On voit qu en champ magn tique proche l att nuation principale vient des pertes par absorption et que celle ci n interviennent qu moyenne voir haute fr quence Il est par cons quent tr s difficile de se prot ger contre un couplage inductif basse fr quence Le seul moyen d obtenir une r duction en tr s basse fr quence est d utiliser un blindage hautement perm able Mu m tal Dans ce cas les lignes de champ vont se concentrer dans le blindage lui m me et le champ magn tique interne sera fortement r duit en proportion des r luctances du pt s blindage et de la cavit W Duff Fundamentals of EMC indique une att nuation gale o y est la perm abilit du blindage t son paisseur et s la demi longueur de la cavit dans la direction des lignes de champ SHIELD OF MAGNETIC MAGNETIC MATERIAL SHIELDED REGION Figure 4 21 R duction du champ interne dans un blindage faible r luctance L utilisation d un blindage en mat riau magn tique acier Mu m tal n apporte que peu d avantages en basse fr quence Si les pertes par absorption augmente ur augmente beaucoup plus que or les pertes par r fle
4. galement au travers des fils d interconnexion du montage On distingue 2 types de perturbation par conduction d une part en raison de l imp dance propre du fil parcouru par les courants de plusieurs l ments du montage d autre part par les potentiels de terre en diff rents lieu du syst me 4 3 4 1 Couplage par imp dance commune Ce type de couplage appara t lorsque 2 ou plusieurs courants provenant de circuits diff rents traversent une imp dance commune Un exemple typique est celui d une alimentation stabilis e connect e plusieurs consommateurs dans un syst me fig 4 8 Les perturbations apparaissent deux niveaux d une part le potentiel d alimentation des circuits est influenc par les courants consomm s par l ensemble des circuits au travers de l imp dance interne de la source et celle de la ligne d alimentation commune Cette variation peut bien s r provoquer des perturbations au niveau du signal dans chacun des circuits variation du point de fonctionnement donc modification des facteurs d amplification et d calage de la courbe de r ponse D autre part le potentiel de r f rence 0 V des circuits d pend des courants consomm s et de l imp dance de la ligne de r f rence commune Cette perturbation s ajoute directement au signal dans chacun des circuits Il y a donc bien couplage entre les diff rents circuits du syst me 11412 2 Imp dance Girouit 1 Circuit de la ligne E Z2 Figure 4 8 Couplage par
5. une certaine limite 0 1 dB dans le cas des antennes 0 3 ou 1 dB en CEM a Electric ohms Hertzian i J2 Th Dipole Kapi 2x 1 11 ig Hertzian Dipole B 3 Mr eme a s a a ara aaa a raap edea a ot z1 El pr e 2 1 0 9 n RI V Reie Small Magnetic Dipole nEn 2 r meters zj eu ALT o w hj NV pr fir 1 AT l amp i 72y Loop Magnetic Dipole no 120 z 377 ohms Figure 4 17 Variation de l imp dance d onde en fonction de r cfpa Ritenour Pour tablir un crit re partir de l imp dance d onde nous pouvons nous baser sur les petits dip les et repr senter l imp dance d onde en fonction de la distance r La figure 4 17 montre que Zw approche n mieux que 10 seulement partir d une distance r 31 27 2 soit seulement au triple de notre premier crit re 3X Tlim dr 4 14 Le crit re de courbure de champ se base sur l allongement du trajet de propagation d o un d phasage entre les diff rents points d une source dont la dimension maximum est D La figure 4 18 illustre l effet de cette courbure Un dip le lectrique de dimension D 21 2 re oit les ondes sph riques d une source ponctuelle Le trajet n a pas la m me longueur selon que l on consid re le centre ou l extr mit du dip le si bien qu un d phasage existe entre les contributions des l ments de l antenne L int gration de ces contributions est illustr e graphiquement et montre qu
6. rapport entre le champ E et le champ H de l onde Imp dance du vide no tr s longue distance de toute antenne Zw ne d pend que de ue et ne E 1207 377 0 4 2 2 Constante de phase B facteur de conversion de la distance en d phasage Bo 4 3 Distance la source r distance entre la source et le point de mesure ou la victime m 4 3 1 Rayonnement d un petit dip le 4 3 1 1 Dip le Hertzien dip le lectrique Le dip le Hertzien est un petit conducteur de longueur dl suppos e beaucoup plus petite que la longueur d onde et parcouru par un courant I La r solution des quations de Maxwell se fait avec le dip le dans l axe vertical en coordonn es sph riques M me pour une configuration aussi simple on obtient des quations complexes Electrically Short Hertzian Dipole S H a B sin 0 Br Nr Jen E 2ldin coso gtz Taje S O DRE E E E e Idn ain ol Br pe Br jaw _ x Spherical Coordinates T H H o E 6 0 Figure 4 15 Petit dip le Hertzien C Paul CPA Ritenour Nous n utiliserons ces quations que pour en d duire deux cas ce qui se passe longue distance et ce qui se s 1 passe courte distance Le crit re de choix entre les deux cas sera donn par le terme 5 dans le premier cas Bor on le suppose gt gt 1 dans le 2 cas lt lt 1 R vision f vrier 2006 Ch 4 CEM page 12 Comportement en champ loin
7. sistance relativement lev e Cependant la ligne transmettant un signal continu ou basse fr quence ajouter une r sistance en s rie avec la ligne provoque des pertes qu on ne peut tol rer ft P Y Figure 4 26 Anneau de ferrite sch ma quivalent symbole Sur les lignes de c blage l int rieur d un bo tier on peut ajouter un anneau de ferrite juste cot de la borne de liaison Ceci a pour effet d augmenter localement l inductance de la ligne En d autre termes on ajoute entre la ligne et le condensateur de d couplage une petite inductance qui augmente l efficacit du circuit de d couplage vis vis des perturbations pr sentes sur la ligne Par contre on ne diminue que peu l influence du circuit sur la ligne Pour obtenir un circuit aussi efficace dans une direction que dans l autre il suffit d ajouter un 2e condensateur de d couplage de l autre cot de l inductance G n ralement l un des condensateurs sera un condensateur de travers e mont sur le blindage de l appareil Le fait d ajouter une inductance au circuit conduit r aliser un circuit r sonnant fr quence de r sonance f 1 R C t f VLC et taux d amortissement amp 9 Ne Aux environs de f et pour un faible taux d amortissement la tension de sortie du circuit de d couplage Vo devient plus grande que celle d entr e V Il faut donc absolument s assurer que f est largement en dessous des fr quences des perturbat
8. 1 ns sur un signal logique repr sente une bande passante de 350 Mhz et d s 13 cm on se trouve en champ lointain R vision f vrier 2006 Ch 4 CEM page 46 4 5 4 2 Champ proche haute imp dance couplage capacitif Z1 gt 377Q En champ proche haute imp dance nous avons constat au paragraphe 4 1 que le rapport entre E et H n tait plus d fini par l air uniquement Zair 377Q mais surtout par la distance la source de perturbation En premi re approximation la source de perturbation est une tension pas de champ H r 0 ce rapport vaut 1 cf _ 1 2nr oc 2nr 2nfeor Zi Zair 4 23 Ce champ est haute imp dance gt 377Q ce qui nous permet toujours d utiliser l approximation 4 21 en rempla ant Z2 par la formule 4 12 1 Or Or Dee ACAO A PO a EE Ne 322 10Log gp dB 424 On constate ainsi que pour un champ lectrique dominant les pertes par r flexion sont nettement plus lev es en champ proche 4 24 qu en champ lointain 4 22 En fait la situation de l quation 4 24 n existe jamais la source de perturbation n est jamais une tension pure mais elle met une faible proportion de champ magn tique L att nuation par r flexion sera donc quelque part entre la valeur des quations 4 22 et 4 24 Du fait qu on ne conna t g n ralement pas la proportion on utilisera l quation 4 22 sachant qu elle repr sente le cas le plus d favorable 4 5 4 3 Champ proche basse i
9. 106 50 MAGNETIC FIELD CEE Ed r 1 0 1 kHz 1 0 kHz 10 kHz 100 kHz 1 0 MHz 10 MHz 100 MHz FREQUENCY Figure 4 16 Att nuation par r flexion pour un blindage de cuivre La figure 4 16 montre l att nuation par r flexion d un blindage de cuivre pour des distances sources de perturbation blindage de 1 et de 30 m La droite plane wave repr sente l quation 4 22 en champ lointain les droites Electric field correspondent l quation 4 24 et les droites Magnetic field correspondent l quation r RTN eg c 4 26 L intersection des droites en champ proche avec la droite de champ lointain se fait r 2x soit f Dre 4 5 4 4 R flexions multiples Sm L onde qui a p n tr dans le blindage est att nu e du facteur Sa puis parvient la face de sortie Une nouvelle r flexion intervient et nous en avons tenu compte dans les calculs pr c dents Cependant cette onde r fl chie sera nouveau r fl chie par la face d entr e reviendra sur la face de sortie o elle subit encore une r flexion transmission et ainsi de suite air Z Blindage Z2 air Z1 Figure 4 17 R flexions multiples dans un blindage Dans la majorit des cas on peut n gliger l effet de ces r flexions multiples si l att nuation par absorption S est suffisante en effet H 3 a d j travers 3 fois l paisseur du blindage lorsqu il parvient sur la face de sortie pour un blindage d paisseur sup rieure
10. 30 5 295 i sf N CISPR 22 11 Class B i ClassB l se n 30 MHz 88 MHz 216 MHz 960MHz f 11 1 Li 150 kHz 450 kHz 5 MHz 30 MHz i 500 kHz 230 MHz 1 GHz Figure 4 4 Limites de conduction et de rayonnement pour un appareil classe B zone r sidentielle Remarquons que ces normes sont continuellement r adapt es en fonction des besoins Par cons quent il convient de se renseigner aupr s des organismes de normalisation pour savoir quelle est la derni re version de la norme en cours La date ajout e apr s le No de la norme p e EN 61000 6 1 2001 indique l ann e d adoption et de mise en vigueur Si l obtention de la certification de compatibilit et le droit de marquer l appareil avec la marque CE ne peuvent tre obtenues qu aupr s de laboratoire d accr ditation certifi s celle ci incluant une tude de la conception et de la cha ne de production de l quipement il est indispensable de conna tre et utiliser les normes relatives au produit si l on veut esp rer obtenir rapidement une certification La d marche prendre pour le choix des textes utiliser est indiqu e dans l organigramme suivant Produit consid r oui non Exite t il une norme concernant e produit ouvre t il tou La norme les cas EMC g n rique significatifs est elle gui uffisante 2 Utiliser la partie correspondante de la Utiliser
11. Dans le circuit simple de la figure 28 le courant diff rentiel est directement impos par le signal que l on cherche transmettre d un point un autre il est donc facile d estimer ce courant Toutefois on constate qu il y a g n ralement un tr s faible courant circulant de la source vers la charge dans chacun des deux fils de liaison c est le courant de mode commun dans le circuit d pendant de la disposition de la source et de la charge par rapport la terre Ce courant se refermant par la terre est alors souvent d sign comme le courant de boucle de terre D une mani re semblable la d finition des tensions de mode commun et de mode diff rentiel l entr e d un amplificateur diff rentiel nous pouvons d finir les courants de mode commun et de mode diff rentiel dans une paire de fils partir des courants individuels dans chacun des deux fils Soit I et I les courants dans les fils 1 et 2 circulant de la source vers la charge Courant diff rentiel ou L L Courant de mode commun I l h 4 40 Ce courant de mode commun est comme nous allons le voir la principale cause d mission de rayonnement dans les c bles de liaison entre appareils 4 3 3 2 1 Justification de la pr sence de courant de mode commun Les courants de mode commun sont le r sultat des natures asym triques tant de la source signal que de la charge ainsi que de l impossibilit d viter un chemin de retour m me parasite passant par l
12. Ls f Haute imp dance E 4r d V m H E Z 0 5 A m 4 39 Ces estimations sont exploiter avec la plus extr me prudence car on est pratiquement toujours dans des situations o les hypoth ses sont loin d tre v rifi es Seul Mardiguian mentionne ces formules les autres se cantonnent aux champs lointains 4 3 3 1 3 Cas des circuits de dimension gt 1 4 En champ lointain nous avons constat que la forme du circuit n entre pas en ligne de compte seule la surface du circuit intervient Si la longueur L ou la s paration des conducteurs s d passe 4 4 alors les d phasages de propagation vont conduire une r duction des champs totaux En premi re approximation on peut intuitivement admettre que seule la portion de longueur ou de largeur 4 les plus proches du point de mesure interviennent dans l mission des champs E et H Par cons quent il faut remplacer L ou s ou les deux par 4 et nous pouvons utiliser les r sultats pr c dents pour tout circuit o nous pouvons identifier une boucle de courant de surface dA limit e par 4 Tout se passe comme si la surface d mission se r duisait avec la fr quence Oscillator PC Board PCB Switched Mode Power Supplies E T ci AE SE EF LT A Joop area am b Figure 4 31 Exemples d application en mode diff rentiel Mardiguian et Paul R vision f vrier 2006 Ch 4 CEM page 29 4 3 3 2 Rayonnement en mode commun
13. d D o I 1316E EL 26 7 mA Remarquons enfin que le champ rayonn est proportionnel au carr de la fr quence 40 dB d cade Si le signal est de forme trap zo dale voir 4 2 4 figure 4 13 alors on constate une enveloppe spectrale des champ rayonn s qui augmente de 40 dB d c puis se stabilise une valeur ind pendante de la fr quence A Bs 20 dB decade 40 dB decade Figure 4 30 Spectre du rayonnement en mode diff rentiel champ lointain C Paul R vision f vrier 2006 Ch 4 CEM page 28 4 3 3 1 2 Champ proche Pour pouvoir assimiler le circuit un dip le magn tique Mardiguian propose de comparer l imp dance totale du circuit Zc l imp dance de l onde en champ proche qu 4 12 si ZE 7 9 df 4 37 _d_ No 3 27 Alors les potentiels de la boucle peuvent tre n glig s et on peut utiliser directement les quations 4 11 de la boucle de courant Ip Ls 4r d A m E ZwH 0 63 lotet V m 4 38 d Basse imp dance H Cette situation est rare Z lt 7 9Q 1MHZ pour d 1m Elle correspond des circuits grand courants puls s tels qu on les trouve dans les alimentations hach es Dans la majorit des cas Z est nettement plus lev et il faut consid rer notre circuit comme une paire de dip les lectriques de signe oppos s par s d une distance s Par dualit avec les r sultats ci dessus on peut alors exprimer Un L S ges ne
14. d pendant du signal va conduire un spectre final pr sentant un maximum entre 1 nt et 1 1 si t est la largeur des impulsions et q le temps de mont e lcl I cl 0 dB decade 20 dB decade Figure 4 35 Spectre du rayonnement CM d impulsions rectangulaires C Paul R vision f vrier 2006 Ch 4 CEM page 32 Exemple Calculons le courant de mode commun maximum pour qu un c ble de 1 m de longueur et dont les fils sont s par s de 1 mm soit juste compatible avec la recommandation CISPR22 une distance de 10m pour un signal 30 MHz situation correspondant l exemple pour le mode diff rentiel La norme indique un champ maximum de 30 dBuV soit un champ E de 31 61 V m 31 610 d d o Ic lt 1257 10 fL 8 38 uA Icm lt 16 8 HA Le courant diff rentiel dans la m me situation tait de 26 7 mA Nous constatons que le moindre courant de mode commun conduit des rayonnements importants alors m me que ces courants sont parasites et difficilement contr lables L estimation des champs rayonn s par mode commun suppose la connaissance des courants de mode commun Dans une op ration de d pannage ou dans la phase de d veloppement d un prototype il faut alors mesurer ces courants puisqu il s agit de parasites Pour ce faire on utilise une sonde de courant HF Elles consistent en un anneau de ferrite s par en deux moiti s reli es par une articulation et un clip de fermeture on peut ainsi ouvr
15. et de la conductibilit 2 0 066 Aa E pe nl 4 16 Pour un blindage d paisseur t on peut alors calculer le facteur d absorption Sa 8 60 132t r orf dB 4 17 fr quence mat riau Sa dB mm t 0 5 mm t 3 mm 50 Hz Cuivre 9 3 0 47 2 8 Acier 0 93 4 7 28 Mu m tal 0 38 11 4 68 1 kHz Cuivre 2 1 2 1 12 5 Acier 0 21 21 125 Mu m tal 0 085 51 306 10 MHz Cu 0 021 208 1250 Acier 0 0021 2080 12500 Le tableau ci dessus nous montre bien qu en haute fr quence un blindage en cuivre m me tr s mince est largement suffisant Par contre en basse fr quence il convient d augmenter l paisseur ou m me de choisir des mat riaux haute perm abilit M me une feuille d acier de 0 5 mm n att nue presque rien 50 Hz R vision f vrier 2006 Ch 4 CEM page 45 4 5 4 Att nuation par r flexion Sp Lorsqu une onde passe d un milieu d imp dance Z4 un milieu Z2 on calcule les intensit s des ondes r fl chies dans le milieu 1 indice 1r et transmises dans le milieu 2 indice 2t par Z1 Z2 2Z2 Ir ZitZo E Ex Z Z2 Ei 4 18 Z2 Z1 271 H t 4 19 Hir Zi 22 Hi Zi Z2 H Dans le cas d un blindage il y a deux interfaces premi rement de l air dans le blindage puis apr s att nuation par absorption du blindage dans l air Nous pouvons donc calculer les intensit s transmises de l autre cot du blindage sans absorption en utilisant l indice i pour l onde incidente et l indice t pour l o
16. face Les permittivit s relatives g des di lectriques courant sont Air T flon poly thyl ne polystyr ne 3 p te silicone 3 RE r sine poxy 3 verre poxy A Dans des conditions normales on voit qu on ne peut gu re faire descendre Zo en dessous de quelques dizaines d Ohm C est pourquoi des barres d alimentations ont t d velopp es tant pour le c blage des bo tiers que des circuits imprim s selon la structure de deux conducteurs plats parall les s par s par une feuille de Mylar dont l imp dance caract ristique est de 2 5 Q par exemple largeur 6 25 mm paisseur de Mylar 0 12 mm Zo 3 4 Q L utilisation de tels bus d alimentation est hautement recommand e elle permet d viter l usage de condensateurs de d couplage individuels sur chaque circuit int gr R vision f vrier 2006 Ch 4 CEM page 55 INSULATION INTEGRATED CIRCUIT DUAL IN LINE PACKAGE DIP DIP BUS DUH Figure 4 23 Barre d alimentation sous un circuit int gr 4 6 2 Capacit de d couplage On cherche r aliser un filtre passif de type passe bas Pour des alimentations l id al serait de ne laisser passer que le courant continu et de bloquer tout signal fr quence diff rente de z ro Par cons quent on place un condensateur de d couplage l entr e du circuit entre la ligne prot ger et le commun Associ l imp dance de la ligne de liaison ce condensateur forme un filtre p
17. haute imp dance La figure 4 19 repr sente le couplage capacitif entre une source de tension Vs alimentant un conducteur S et perturbant le conducteur V Csy est la capacit parasite de couplage entre ces deux conducteurs Cy est la capacit de la victime contre la terre R repr sente la r sistance de charge de la victime R la r sistance interne de la source V du signal transmis par la victime RS A Figure 4 19 Couplage capacitif Sch ma quivalent La tension Uy aux bornes de la charge est la somme des influences de V signal d sir et de VS perturbation de V par S Calculons la tension de perturbation Up de la victime due la tension VS du perturbateur Ry est la r sistance quivalente de V contre terre soit la mise en parall le de Ri et de RL JosCsv Ry Up Vs 1 j s Csy Cy Ry 4 16 L ordre de grandeur de Csy va de quelques dixi me de pF quelques centaines de pF Cy est de quelques dizaines quelques centaines de pF Cette quation pr sente une fr quence de coupure E E 4 17 2a C C R En dessous de la fr quence de coupure La perturbation est proportionnelle la fr quence de la perturbation Up 2nfsCsvRvy Vs 4 18 En dessus de la fr quence de coupure la perturbation devient ind pendante de la fr quence 4 19 Pour une perturbation caract re num rique chaque transition est coupl e selon 4 19 suivie d une d croissance exponentielle vers 0 co
18. la norme du norme du produit produit pour les aspect non couverts utiliser la Contacter la CENELEC comit technique TC210 en vue de l laboration d un document pour ce produit Utiliser la norme g n rique norme g n rique Figure 4 5 Utilisation des normes produits et g n riques R vision f vrier 2006 Ch 4 CEM page 6 4 2 Sources de bruits caract ristique temporelle et fr quentielle Un certain nombre de bruits et perturbations prennent leur origine dans des source naturelles foudre d charge lectrostatique ESD activit solaire sources cosmiques et la seule possibilit est de rendre les quipement insensibles et r sistants ces perturbations La majorit des sources est cependant d origine humaine r sultant du fonctionnement des quipements construits Cosmic Radio Stars Figure 4 6 Sources de bruit W Duff Plut t que de les classer en fonction de leur origine il convient plut t d examiner leur comportement temporel et fr quentiel de l en effet d coulent les m thodes de mesure d mission et les caract ristiques des g n rateurs d essai d immunit 4 2 1 Sources permanentes et sources intermittentes Par d finition une source permanente met des perturbations aussi longtemps que l appareil contenant cette source est en fonction Par opposition une source intermittente n met des perturbations que sporadiquement donc de mani re imp
19. logiques et des temps de mont e et de descente quasi identiques R vision f vrier 2006 Ch 4 CEM page 10 te Tr Figure 4 12 D finition des signaux trap zo daux circuits logiques C Paul L analyse spectrale d taill e des signaux trap zo daux correspondant se trouve maintes fois dans la litt rature Du point de vue de la CEM nous recherchons plut t l enveloppe de ce spectre Celle ci peut se d finir par une droite horizontale 2A T jusqu la fr quence 1 nt suivi d une pente 20dB d cade jusqu la fr quence de 1 nr Et se terminant par une pente de 40 dB d cade 0 dB decade 20 dB decade 40 dB decade FIGURE 7 17 Bounds on the one sided magnitude spectrum of a trapezoidal pulse train Figure 4 13 Enveloppe spectrale d un signal trap zo dal C Paul Cette analyse peut bien s r s tendre un signal triangulaire toutefois 1l faut rester bien conscient que le calcul n est possible que lorsque les temps de mont e et de descente sont identiques On peut admettre que l approximation est bonne si les temps sont relativement proches Par contre pour des temps tr s diff rents foudre et d charge lectrostatique cette enveloppe n est gu re plus qu une indication des domaines de r fr quences SPECTRUM OF 1V 1MHZ TRAPEZOIDAL WAVE SPECTRUM OF 1V 1MHZ TRAPEZOIDAL WAVE DUTY CYCLE 50 RISE FALL TIME 20ns DUTY
20. ne arrie ENEE nd nr at eee nt NN VE A EE niet 37 44 3 Plan de terre ou terre point multiple 38 4 4 4 Syst mes de terres MIXtES rire S iVi E E EEE S EEE VEEE ESEE iE e h EE iE 39 4 4 5 Liaison des cir uits la tertre camneinrenn iade a E i a NE E R S 40 44 5 1 Liaison des blindages de c bles nnnosesneesseeeesseeeeseesetsesseesessteressesetsesersesseenesseseeseseeseeseeness 40 4 4 5 2 Liaison du blindage des amplificateurs 41 4 5 BINdAD E EE E E este s ee etes ns enr enter n eds annee leon tetes es 4 5 1 Imp dance caract ristique 4 5 2 Efficacit d un blindage sisi 4 5 3 Att nuation par absorption Sa d esse 4 5 4 Att nuation par r flexion Sp 4 5 4 1 Champ lointain Z1 377 Q 4 5 4 2 Champ proche haute imp dance couplage capacitif Z1 gt 3770 46 4 5 4 3 Champ proche basse imp dance couplage inductif Z1 lt 377Q ssessssesssssesssssrsressesersesseesees 46 R vision f vrier 2006 Ch 4 CEM page 61 4 5 4 4 R flexions multiples Sp ss 47 4 5 5 ffetSlObal ER A ne M A Me an en Fan ane 49 4 5 6 Ouvertures dans le blindage 51 r Mea o ME LIE KOND DAA AAE T EAEE EE AE E EN E 51 a Eo A ANA AOT ee A A E EEE E E E ES 51 45 06 31 Fenetres transparentes deniar a a dede aaaea aa aaa a a a e a 51 a Bo A S TONLE S 0 C TS A T e AE E tte ra E AE RE 52 4 5 6 5 Liaison du blindage la terre 52 4 6 D coupl fesssniiccssrsssciitrossiisrpssesisitosro
21. ons p EL perturbations B SHT 4 27 A partir de l on peut calculer le flux intercept par la boucle aller retour du signal victime en int grant Bcos0 sur toute la surface de la boucle L inductance mutuelle est la valeur de ce flux divis par I Il est toujours possible de d composer le fil perturbateur ou la boucle victime en segments simples puis de sommer les effets des diff rents segments A 3 4 2 E eA ay 4 ET J Figure 4 23 Couplage dans une boucle situ e dans le m me plan Exemple supposons un conducteur perturbateur parall le au fil victime la distance a alors que le chemin de retour de la vicime se fait dans le m me plan mais la distance b La longueur des fils est Dans ce cas B est toujours perpendiculaire la surface de la boucle O 0 et cos0 1 _ l pe On a donc D px x hG JL a l b Par cons quent M r bG 4 28 Ceci repr sente la contribution du fil no 1 aller du courant perturbateur or le retour de ce courant se fait par le fil 2 parall le au fil retour signal la distance a galement La contribution de ce 2 fil est identique x 1 b celle du premier fil sym trie des positions et des courants La mutuelle est donc double M hG R vision f vrier 2006 Ch 4 CEM page 22 4 3 2 2 2 Influence du blindage Lorsqu on place un blindage autour de l un des conducteurs victimes et qu on relie ce blindage en un seul point l
22. plastic autour d une feuille ou une structure conductrice soit enfin utiliser un adjuvant rendant la masse du plastic conducteur Dans tous les cas le contr le des fentes de construction est plus difficile De plus les plastics conducteurs ont une r sistivit relativement lev e elle permet une protection contre les d charges lectrostatiques ESD mais est g n ralement insuffisante pour la protection contre les rayonnements lectromagn tiques EMI 4 5 6 5 Liaison du blindage la terre Th oriquement le blindage n a pas besoin d tre li la terre pour assurer une bonne protection Mais ceci suppose que les circuits prot ger n ont aucun contact avec l ext rieur Un blindage flottant aura un potentiel variable induisant des perturbation dans le circuit potentiel fixe Il est donc indispensable de pr voir une bonne mise terre du blindage ce qui permet galement d assurer une protection en cas de d faut d isolation R vision f vrier 2006 Ch 4 CEM page 53 4 6 D couplage Lorsqu on analyse un sch ma on suppose toujours que les alimentations ont une r sistance interne R nulle et qu elles sont directement reli es au circuit par un contact id al C est loin d tre le cas en pratique et nous pouvons repr senter le cas r el par le sch ma de la fig 4 22 Figure 4 22 Sch ma quivalent du d couplage d une alimentation L alimentation Vgc a une r sistance interne R non nulle Elle est
23. seau Celui ci r injecte dans le r cepteur les parasites g n r s plus tous ceux que d autres consommateurs peuvent injecter La situation r elle est donc bien diff rente de celle que l on imagine lors de la conception R vision f vrier 2006 Ch 4 CEM page 31 4 3 3 2 2 Calcul direct du rayonnement des courants de mode commun Si l on conna t le courant de mode commun on peut comme nous l avons fait pour le courant diff rentiel calculer le champ rayonn sur la base de deux dip les parall les mais cette fois les contributions de chacun des dip les s additionnent Figure 4 34 Rayonnement en mode commun C Paul Remarquons tout d abord qu ici les courants Ic repr sentent chacun la moiti du courant de mode commun que nous avons d fini en 4 40 ou du courant I de la figure 32 En champ lointain et dans l hypoth se d un c ble lectriquement court nous obtenons sIcfL Ecmax 1 257 10 d V m 4 41 Ce champ est nouveau parall le aux fils et maximal dans le plan form par les deux fils Par contre du fait que les deux courants sont de m me signe la s paration s entre les fils n intervient plus seule leur longueur L intervient longueur que nous limiterons galement 4 pour des c bles long Ici le champ rayonn est proportionnel la fr quence et non au carr de la fr quence mode diff rentiel Le spectre a donc une pente de 20 dB d cade et la partie du courant de mode commun
24. souvent prot g e par un fusible Rp Le consommateur est repr sent par une r sistance variable au cours du temps Rep Le condensateur de d couplage Ca plac l entr e du consommateur n est jamais parfait sa construction et les pattes de connexion nous obligent compl ter le sch ma avec une r sistance Rg et une inductance Lg en s rie avec C4 Le fil de liaison peut tre repr sent par une inductance Lp une r sistance Rg et une capacit Cf r parties le long du fil et captant des perturbations V par couplage inductif capacitif ou imp dance commune En DC Rf suffit en BF on n glige Cf et l imp dance du fil Rf j Lf devient rapidement importante En HF c est une ligne de L transmission d imp dance caract ristique Zo Cf Une variation brusque de courant Ai provoque une chute de tension momentan e Au Z Ai dans la ligne Si la ligne n est pas termin e dans son imp dance caract ristique des r flexions apparaissent de plus la ligne se comporte comme une antenne On constate que les variations du courant dans le circuit consommateur ventuellement les courants des autres circuits plac s en aval de la ligne vont provoquer des perturbations sur la tension d alimentation l entr e du circuit Il faut donc absolument minimiser R Rp et Zo choix des l ments types de c bles ou utiliser un circuit de d couplage dont le but est d emp cher les variations brusques de courant de se propager dans la l
25. ssis utilis e pour la protection bo tier et pour les circuits d alimentation Terre fortement perturb e la fr quence du signal et celle du r seau Les fils d interconnexion et les capacit s parasites entre les divers bo tiers sont les causes de d gradation du syst me terre unique les c bles et leur blindage sont causes de boucle de terre et l imp dance des capacit s parasites diminue avec la fr quence permettant ainsi l tablissement de chemins parall les en haute fr quence d autant plus importants que l imp dance des fils de liaison de terre augmente avec la fr quence 4 4 3 Plan de terre ou terre point multiple En haute fr quence f gt 10 Mhz les imp dances des fils deviennent trop lev e dans une configuration point unique leur longueur devient souvent comparable la longueur d onde Dans ce cas on r alise un plan de terre basse imp dance grande surface et chaque circuit est individuellement reli au plus proche point de terre accessible Ces connections doivent tre aussi courtes que possible pour en limiter l imp dance tr s haute fr quence elles doivent tre de quelques mm au maximum lt X 20 CIRCUIT CIRCUIT CIRCUIT 1 2 3 R4 R2 R3 GROUND PLANE N Figure 4 11 Plan de terre Tous les courants de retour circulent travers l imp dance commune du plan de terre ils ont tendance suivre le trajet du fil signal On peut diminuer l imp dance commune en argenta
26. thodes de r duction tant l mission qu la r ception cherchent agir soit sur les dimensions et r gles de c blage pour r duire l mission ou la susceptibilit soit sur le domaine de fr quence consid r Les circuits de d couplage et de filtrage tendent ne laisser passer que les signaux utiles et emp cher la propagation des perturbations dont les fr quences sont diff rentes De m me sachant qu un signal rectangulaire tel qu on en a dans les circuits digitaux contient des composantes haute fr quence qui se propagent facilement dans les canaux de couplage on cherchera ralentir les flancs de transition temps de mont e et de descente ce qui diminuera d autant les risques d interf rence Bien s r la limite est impos e par le fonctionnement m me du circuit mais pourquoi choisir des circuits avec un temps de mont e de 1 ns si la fonctionnalit peut tre assur e avec des transitions de 15 ns Enfin le choix du c blage et de sa disposition vont permettre de fortement diminuer les effets d antenne l int rieur des appareils ou dans les c bles de liaison du syst me La constatation que le couplage des perturbations peut se faire tant directement par rayonnement que par conduction dans les c bles et d autre part que tout quipement peut tre selon les circonstances metteur ou r cepteur victime des perturbations conduit d composer les essais et analyses en quatre cat gories
27. un amplificateur On constate en plus un ph nom ne de contre r action toute augmentation brusque de la tension de sortie implique un forte variation du courant en raison de la capacit parasite de la ligne transmettant le signal vers un utilisateur C1 Ce courant doit provenir du collecteur du transistor En l absence du condensateur de d couplage C ou si celui ci est du m me ordre de grandeur que C l inductance de la ligne s oppose la variation de courant et implique une diminution momentan e du potentiel d alimentation de l ampli V Cette diminution se reporte sur la base puis sur la sortie Selon les temps de r ponse de l amplificateur ce genre de ph nom ne peut conduire une oscillation permanente du circuit Si l on ajoute un condensateur de d couplage C gt gt C4 alors les perturbations de Ve ne parviennent pas sur la base elles sont fortement att nu es par l imp dance de la ligne et le condensateur C et la sortie n est plus perturb e De plus les variations du courant de sortie sont fournies par le condensateur C vitant la fois le risque de contre r action et la transmission de ces perturbations le long de la ligne d alimentation R vision f vrier 2006 Ch 4 CEM page 57 4 6 3 Anneau de ferrite d couplage L C ou R C La qualit du d couplage d pend des caract ristiques de la ligne pour diminuer la fr quence de coupure il faut rechercher soit une inductance assez haute soit une r
28. 3 2 2 3 Diminution du rayonnement Un conducteur nu rayonne des champs lectrique et magn tique provoquant par l des couplages perturbateurs sur d autres circuits En pla ant un blindage autour de ce conducteur et en reliant ce blindage la terre en un seul point seul le champ lectrique est annul l ext rieur du blindage mais le champ magn tique n est pas modifi Pour annuler celui ci il faut imposer le m me courant mais de signe oppos que celui pr sent dans le conducteur central les champs magn tiques rayonn s l ext rieur sont de signe oppos et se compensent En reliant le blindage aux deux bouts une partie du courant de retour va passer dans le blindage et contribuer diminuer le champ magn tique rayonn Pour calculer Ib il suffit de poser que la tension le long de la boucle de terre est nulle jGMbs 1 0 joM L joLel Re Ip h p 4 33 Figure 4 25 Source et charge mises terre blindage reli aux deux bouts En haute fr quence largement en dessus de f tout le courant de retour passe par le blindage et le rayonnement est annul Par contre en basse fr quence il n y presque plus de courant de retour dans le blindage et le rayonnement reste inchang R vision f vrier 2006 Ch 4 CEM page 24 4 3 2 2 4 Blindage comme protection contre les couplages inductifs Par le m me raisonnement nous pouvons consid rer que le blindage reli aux deux bouts p
29. 4 1 AL _ Introduction d finitions sssotamaammisnbnie Ron 1 4 1 1 Historiju 54 ne tn tnt ne Ann E en nn SR nn ferme ee E es 2 4 1 2 Aspects fondamentaux de la CEM sise 2 4 1 3 NOMES ed sen ste crane nets arts etes a ie el rene n rte Made entr rot es en nn tete Dot end tee Shots 4 4 2 Sources de bruits caract ristique temporelle et fr quentielle ss 6 4 2 1 Sources permanentes et sources intermittentes s essssesesseeseesesseetesststestesttstsseeressertesreseeseeseenee gt 6 4 2 2 Sources large bande et bande troite ss 7 4 2 3 Sources intentionnelles et non intentionnelles ssssessssesessseseesesseeresstseseseesessteresseeresseseeseeseesess 8 4 2 4 Sources impulsionniell s sta iiein minerai ieiniteneeneneiineieeiiirenite 8 4 3 Couplage des perturbations eessosssocssocssoessocssoessocesocessesssessoesssessseessesesecesesesecesecesecesocssocse 11 4 3 1 Rayonnement d un petit dip le ss 11 4 3 1 1 Dip le Hertzien dip le lectrique 11 4 3 1 2 Petite boucle de courant dip le magn tique ssssesesssesesssrsesssesersresersesseenessesresseserseeseeness 13 4 3 1 3 Limites entre champ proche et lointain 14 A3 LA R SUM Ten in nent Men er crane meer em M eme nn Meter tm nn 16 4 3 2 Approximation en champ proche ss 17 43 2 1 Couplage capacitif champ haute imp dance ss seseeeseeessreesssesersresersesseeressesresseserseeseeness 17 4 322 Couplace mdu tife s x Hi
30. A La figure sugg re la formule de calcul pour une diff rence de trajet admissible k nous obtenons r kA r D 2 comme k est toujours lt lt 2rkk on peut exprimer Soit selon nos diff rents crit res 2rkX kA D 2Y r D 8k erreur k r limite 0 1dB A 16 2D 0 3 dB 1 8 D A 1 dB 1 4 D 24 En pratique on choisira toujours le maximum entre les deux crit res R vision f vrier 2006 4 15 imp dance d onde et courbure de champ Ch 4 CEM page 16 4 3 1 4 R sum L estimation et l analyse des champs n cessitent la s paration entre deux domaines champ lointain ou champ proche La limite entre champ lointain et champ proche est g n ralement admise riim 2n Des consid rations de courbure de champ de dimensions de l antenne ou d imp dance d onde peuvent nous amener modifier ce crit re Champ lointain L onde EM est consid r e comme plane champ E et H perpendiculaires la direction de propagation L imp dance d onde est constante gale l imp dance du vide Zw no 1207 377Q Les champs sont inversement proportionnels la distance E H 1 r Selon que la source est assimilable un dip le lectrique ou un dip le magn tique le comportement en fonction de la fr quence diff re Dip le lectrique Les champs sont proportionnels la fr quence E H f Dip le magn tique Les champs sont
31. BELOW THAT OF D d 3 dB RATIO D d Figure 4 20 Variation de la capacit entre 2 fils parall les H Ott La seule m thode efficace consiste blinder le c ble c est dire l entourer d un cran conducteur c ble blind Dans l hypoth se d un blindage entourant compl tement le conducteur prot ger on d double le probl me il y a perturbation du blindage par la source de bruit puis perturbation du conducteur par le blindage Le blindage n tant pas impliqu dans le fonctionnement du circuit prot ger on est libre de choisir son imp dance contre terre Avec un court circuit liaison du blindage la terre la r sistance R dans l quation 4 16 vaut 0 et Up 0 La tension de perturbation du blindage est donc annul e et celle du conducteur prot ger le sera galement En r alit il n est jamais possible d entourer compl tement un conducteur par un blindage Le conducteur doit tre reli au reste du circuit en ses deux extr mit s On obtient la situation suivante fig 21 R vision f vrier 2006 Ch 4 CEM page 19 Figure 4 21 Blindage d un conducteur Le sch ma quivalent est tabli lorsque le blindage est reli la terre C en parall le avec C Ce sch ma est quivalent celui de la figure 4 19 dans laquelle on ajoute C en parall le avec C et C devient une capacit beaucoup plus faible C On obtient Up 2rfsC svRy Vs 4 23 soit la m me quation mais dan
32. CYCLE 10 RISE FALL TIME 20ns 120r Aa D 2 14 RER 110 rie M _ amp 1 de 100 s Re S 5 100 i 39 k m 3 na S 8 NS u a w EA eH 2 FE 7 E eg ET 20 2 eo F j gt N z 1 EXACT coco de S ec x Z 5 DE Sii BOUND D dl ET ha a f os v v 304 a BOUND 20 eee eo o 1 a RE pus 1 10 100 a o0 FREQUENCY MHZ FREQUENCY MHZ Figure 4 14 Enveloppe et spectre exact pour des rapports cycliques de 0 5 et 0 1 C Paul R vision f vrier 2006 Ch 4 CEM page 11 4 3 Couplage des perturbations Le couplage d une source une victime peut se faire de 2 mani res le couplage par conduction fils reliant le signal les commandes ou les alimentations et le couplage par rayonnement se manifestant par un champ magn tique et un champ lectrique associ agissant sur une antenne travers les ouvertures des blindages ou directement sur les fils d interconnexion L analyse de ce rayonnement doit se faire par r solution des quations de Maxwell dans le cas g n ral Il est vident qu on ne peut le faire que pour des configurations simples mais ceci va nous permettre de comprendre le ph nom ne g n ral et en d duire les m thodes de protection Rappelons tout d abord quelques d finitions Longueur d onde chemin parcouru par l onde en une p riode dans le vide ou dans l air c 3E8 A m 4 1 Imp dance d onde Zy
33. Ch 4 CEM page 4 1 r r 4 Compatibilit lectromagn tique CEM 4 1 Introduction d finitions Le fait que les quipements que nous construisons et utilisons sont plac s dans un environnement naturel les soumet des perturbations rayonnements cosmiques clairs dans un orage bruit intrins que dans la mati re m me des l ments Bien plus l activit humaine est source de bruit mission radio et TV communications haute fr quence champs lectromagn tiques des lignes de distribution d nergie des moteurs et g n rateurs tincelles d allumage des moteurs combustion etc RADIO amp TV BROADCAST LIGHTNING MOBILE RADIO IGNITION ELECTRIC MOTORS A D AC POWER CIRCUIT A Figure 4 1 Diff rentes source de bruits agissant sur un r cepteur radio H Ott Lors de la conception et de la r alisation d un syst me il convient de tenir compte de l existence de ces perturbations et de pr voir des m thodes permettant de r duire suffisamment leur influence de mani re assurer un fonctionnement s r dans tous les cas d utilisation De m me il faut viter que le syst me d velopp ne produise trop de perturbations dans son environnement Enfin l int rieur m me de l quipement les m mes ph nom nes se produisent une partie du syst me peut perturber d autres parties plus sensibles Si l vidence il est impossible de supprimer toute perturbation il faut dis
34. EUT 4 1 3 Normes La compatibilit lectromagn tique rev t en fait deux aspects d une part respecter les lois afin de ne pas polluer l environnement et garantir la s curit humaine d autre part respecter les crit res du fabricant dans le but d assurer la satisfaction du client que dirait celui ci s il d couvrait apr s avoir achet un quipement vid o que le mode d emploi indique que la garantie n est pas valable si l appareil est utilis moins de 3 km d un metteur radio FM de puissance sup rieure 3 KW Si l aspect l gislatif de pollution mission EM est d crit dans les diff rentes normes internationales et nationales les crit res internes des fabricants susceptibilit sont bien videmment variables et l on ne peut que les aborder de mani re qualitative Au niveau international c est la commission lectrotechnique internationale CET plus particuli rement le comit international sp cial de perturbations radio lectriques CISPR qui propose les niveaux de perturbations admissible et d finit les m thodes de mesures et d essai Celles ci sont g n ralement reprises avec quelques ventuelles adaptations sp cifiques au niveau des diff rents pays Aux USA c est la FCC federal communications commission qui g re ces probl mes pour des raisons historiques les niveaux admis diff rent quelque peu des niveaux CISPR mais une forte pression est exerc e pour harmoniser l en
35. R vision f vrier 2006 Ch 4 CEM page 17 4 3 2 Approximation en champ proche Nous avons vu que les sources non intentionnelles provoquant des perturbations voire des interf rences sont g n ralement relativement proches de leur victime Mis part pour les composantes tr s haute fr quence on se trouve g n ralement dans des conditions de champ proche o l un des champs H ou E est pr pond rant Plut t que de faire l analyse globale au niveau des champs lectromagn tiques il est plus simple de traiter s par ment le champ lectrique et le champ magn tique On peut alors repr senter le couplage soit par une capacit parasite entre la source et la victime champ lectrique soit par une inductance mutuelle champ magn tique Il est g n ralement impossible de calculer les valeurs de ces l ments parasites mais leur repr sentation dans un sch ma quivalent permet d analyser l influence des diff rentes m thodes de protection Cette analyse ne reste valable que lorsque les dimensions des l ments du circuit peuvent tre consid r s comme lectriquement courts c est dire que la plus grande dimension est nettement inf rieure donc qu on peut supposer des courants et tensions uniformes dans tout le conducteur on admet en CEM cette hypoth se comme bien v rifi e pour des dimensions lt 4 10 et qu elle est encore peu pr s valables jusqu X 3 4 3 2 1 Couplage capacitif champ
36. Receiver Bandwidth Frequency Example of NB Terms dBV dBA dBV m dBmV dBm dBaV m dBuV dBpT dB AIM Figure 4 7 Source bande troite W Duff Une source est qualifi e de large bande si sa largeur de bande est plus grande qu une bande de r f rence Dans ce cas le niveau mesur et le niveau des perturbations est d pendant de la largeur de bande du r cepteur On doit donc sp cifier le niveau relatif la bande passante V m Mhz Broadband BB Emission v S Bandwidth Z gt Receiver rs Bandwith Receiver lt Selectivity Curve Ga Frequency Example of BB Terms dBV MHz dBaV m MHz dBmV kHz dBpA MHZ dBuV MHz dBuA m MHz Figure 4 8 Source large bande W Duff W G Duff indique que dans ce cas il faut pr ciser si la source est coh rente ou non pour une source coh rente il y a une relation de phase d finie entre les diff rentes composantes de fr quence Toute source de signaux p riodiques non sinuso daux signal logique horloge est une source large bande les harmoniques couvrent une tr s grande bande de fr quence coh rente car la relation de phase entre ces harmoniques est bien d finie Il affirme alors que le niveau est proportionnel la largeur de bande J en doute dans un signal form du plusieurs composantes la valeur efficace est toujours la racine de la somme des valeurs efficaces des diff rentes composantes dans ce cas le niveau en valeur efficace est propo
37. Viv 0M 4y l e Li VE l tjo Vo 4 29 1 HOR O Rb et Lb sont la r sistance et l inductance propres du blindage alors que Vy est la tension induite Rs 27L4 dans la victime Cette quation met en vidence une fr quence de coupure f caract risant le blindage ind pendant de la longueur Pour un c ble coaxial RG58 f est de 2 kHz pour une paire torsad e blind e 754E on a 0 8 kHz En dessus de cette fr quence de coupure toute tension impos e dans le blindage va se retrouver galement en s rie avec le conducteur central En dessous de f la perturbation est att nu e du rapport f Dans la situation qui nous int resse V est quasi identique V la tension induite directement dans la victime Par contre le courant I induit une tension de signe oppos dans la victime ce qui a tendance compenser la R vision f vrier 2006 Ch 4 CEM page 23 j ne perturbation directe et une perturbation nette Vy Vs Vev G jo o 1 Fjo 4 30 En basse fr quence lt f le d nominateur vaut 1 et le blindage ne modifie pas le couplage inductif Vy 2 Vi 4 3 1 fe Par contre en haute fr quence l quation devient Vn Vs F 4 32 le blindage reli aux deux bouts a pour effet de limiter la perturbation en dessus de f Cette propri t peut tre exploit e soit pour viter le rayonnement de champ magn tique mis par un conducteur soit pour limiter les perturbations capt es 4
38. a terre et doublant le fil 2 de retour du signal La figure 32 illustre ce ph nom ne is CM Current cd mmmssnmssssssssscce A TE gt LETTET CELT 75 150 Figure 4 32 Circulation parasite d un courant de mode commun Mardiguian Dans la situation repr sent e la source signal gauche est dans un bo tier reli la terre et l alimentation de ce circuit est galement li e au bo tier donc la terre La charge circuit r cepteur de droite est galement dans un bo tier reli terre mais l alimentation et le z ro Volt de ce circuit peut tre laiss flottant ou reli au bo tier par un interrupteur S R vision f vrier 2006 Ch 4 CEM page 30 Lorsque l interrupteur S est ferm il est vident que la terre et le fil 2 forme une boucle et que le courant I dans le fil signal se r partit entre le fil 2 l de sens oppos la convention des formules 4 40 et la terre 1 Cette r partition se fait en rapport avec les imp dances dans chacun de ces chemins La repr sentation spectrale montre que le courant 13 trait plein tend diminuer avec la fr quence comme on l a montr au 4 3 2 2 Si l on ouvre l interrupteur S on constate que la capacit parasite existant entre le circuit r cepteur et son bo tier assure quand m me un chemin de retour par la terre et que I traitill s il diminue fortement en basse fr quence commence par augmenter avec la fr quence jusqu d passer la val
39. a terre il ne circule aucun courant dans le blindage Par cons quent la r partition des flux reste inchang e et la perturbation Up n est pas modifi e Le blindage est soumis une tension de perturbation tr s proche de celle du conducteur victime Le blindage d un fil simple reli terre en un seul point ne modifie pas le couplage inductif Par contre lorsqu un blindage entoure compl tement le circuit victime et non pas un simple fil de liaison des courants de Foucault circulent dans ce blindage avec pour cons quence une diminution du champ magn tique l int rieur de l enceinte et une r duction du couplage inductif l int rieur du volume prot g Si maintenant nous relions ce blindage aux deux extr mit s alors un courant va pouvoir circuler dans ce blindage son tour g n rer un flux magn tique et donc influencer le conducteur central victime Si le courant dans le blindage est uniform ment r parti alors il n y a pas de champ magn tique l int rieur du blindage la victime intercepte alors l entier du flux g n r par le blindage et la mutuelle entre le blindage et la victime M4 est gale l inductance propre L du blindage Lv Vsv Yh Mbv Rb Figure 4 24 Blindage mis terre aux deux bouts Si le courant dans le blindage est d une source de tension Vp nous pouvons calculer en tenant compte de Mhv Lo s My J i 1 Ro jo o I R joLs Vy et
40. asse bas Pour obtenir un bon d couplage il faut obtenir une fr quence de coupure assez basse L pr pond rant 1 4 30 fe r 2m4 LCa RfrRE R pr pond rant f 1 4 31 c 2r RftRp R Cq On voit donc qu on a int r t choisir Cq de grande valeur 1 10 uF Malheureusement les condensateurs lectrolytiques ont un mauvais comportement haute fr quence Lg et Rg rapidement importants il faut donc ajouter un condensateur c ramique 10 100 nF en parall le avec le condensateur lectrolytique et maintenir la longueur des pattes aussi courtes que possible pour maintenir Lg faible Les l ments de d couplage doivent tre plac s l entr e des circuits sensibles entr e des fils dans le bo tier pour maintenir les perturbations l ext rieur du bo tier et viter que le fil ne leur permette de rayonner sur les circuits internes d gradant ainsi l effet du blindage par le bo tier entr e des circuits imprim s pour minimiser les perturbations par imp dance commune entre les diff rents circuits du bo tier entr e des amplificateurs et circuits partiel sur un circuit imprim idem R vision f vrier 2006 Ch 4 CEM page 56 4 6 2 1 Condensateurs de travers e Les condensateurs habituels ont des pattes de connexion m me si au montage on essaye d obtenir de pattes tr s courtes elles augmentent l inductance parasite C est pourquoi il faut utiliser des condensateurs sp ciau
41. aut que l amplitude de ces perturbations atteigne un niveau R vision f vrier 2006 Ch 4 CEM page 3 suffisant pour fausser le comportement du r cepteur qui devient alors la victime Souvent il est difficile de d terminer partir de quel niveau il faut consid rer qu il y a interf rence par exemple des bruits parasites sur l cran d un radar peuvent conduire un d butant mal interpr ter ce qu il observe alors qu un utilisateur exp riment n aura aucun probl me interpr ter correctement l cran quel niveau faut il alors admettre l cran Il en est de m me pour tous les circuits analogiques la perturbation s ajoutant au signal utile sera toujours visible partir de quel niveau faut il admettre qu il y a interf rence M me pour des circuits logiques le probl me peut se poser si le r cepteur exploite un algorithme de correction des erreurs de transmission alors des perturbations d un niveau sup rieur la marge de s curit des niveaux logiques peuvent devenir admissibles Source et r cepteur peuvent tre class comme intentionnel ou involontaire tant l un que l autre peuvent avoir t con u pour mettre ou recevoir de l nergie lectromagn tique ce sont alors des metteurs ou r cepteurs intentionnel metteur r cepteur radio ou TV par ex dans ce cas la notion de perturbation et d interf rence d pend du canal de transmission consid r un r cepteur accor
42. blindage ce qui correspond l quation 4 34 Lorsque la fr quence augmente l imp dance de transfert diminue et l efficacit du blindage augmente Toutefois on constate que pour des blindage tress s par opposition un tube solide cette imp dance r augmente aux environs du MHz 4 3 2 2 6 En r sum Le seul moyen de r duire le couplage inductif est de r duire la surface de la boucle aller retour du signal tout en contr lant ce chemin de retour En basse fr quence analogique il faut utiliser une paire torsad e et ne relier le circuit et le blindage qu en un seul point la terre En haute fr quence digital il faut utiliser des c bles blind s et relier les deux bouts du blindage la terre R vision f vrier 2006 Ch 4 CEM page 26 4 3 3 Rayonnement et susceptibilit EM des circuits simples Si les notions de couplage capacitif et inductif nous permettent de comprendre les moyens de protection en mod lisant l ensemble source de perturbation canal de couplage victime la conception lectromagn tique exige d estimer tant le rayonnement que la susceptibilit des circuits pratiques relation entre les champs EM et le circuit Ici galement on doit se contenter d une structure simple de forme rectangulaire liant une source de tension d imp dance interne Zg une charge Zi Figure 4 28 Circuit simple Dans une telle situation on est loin des dip le lectriques ou
43. ci les champs H correspondent aux champs E du dip le Hertzien avec un facteur op et le champ E correspond au champ H du dip le Hertzien Les m mes remarques peuvent tre faites sur le comportement en fonction de la distance Comportement en champ lointain r gt gt 2x _ M Hoo 4 _IdAT _ moe _IdAx Es qu 00 y Mosing et Fnr Mo sin0 2 sin 4 10 Il varient donc aussi l inverse de la distance et l imp dance de l onde est constante Zw No mais par contre ils sont proportionnels au carr de la fr quence Comportement en champ proche r lt lt 2x IdA IdA H 2r r cos Ho znr Sin0 4 11 IdA E Ar Me sin A nouveau le champ H est ind pendant de la fr quence un champ existe dans l axe z proximit du centre de la boucle H diminue avec le cube de la distance alors que E diminue avec le carr de la distance Dans le plan horizontal l imp dance d onde est alors 2 Zaa te 4 12 On parle alors de champ basse imp dance R vision f vrier 2006 Ch 4 CEM page 14 4 3 1 3 Limites entre champ proche et lointain Les petits dip les que nous venons d tudier ne sont videmment pas des circuits physiquement r alisables e Le dip le Hertzien est suppos de longueur tr s faible parcouru par un courant uniforme y compris aux extr mit s e La boucle de courant doit tre un v ritable court circuit le dip le Hertzien suppose une imp dance de charge
44. ctures diff rentielles la majorit des circuits travaillent partir des tensions mesur es par rapport une r f rence 0 V Pour des raisons de s curit cette r f rence est li e physiquement la terre g n ralement par l interm diaire du conducteur de protection du c ble r seau Si les appareils d un syst me sont reli s diff rents points de terre leurs r f rence 0 V ne sera jamais exactement la m me Il peut y avoir plusieurs centaines de mV voir quelques V de diff rence courants de terre dans l imp dance commune de la terre plus forte raison si les liaisons ne sont pas directes mais par l interm diaire des neutres du r seau Figure 4 9 Effet d un potentiel de terre Par cons quent si la tension de sortie U d un appareil reli la terre T4 est connect e l entr e d un appareil reli la terre T gt et que la diff rence de potentiel entre T1 et T2 vaut U alors la tension d entr e du second appareil vaudra U Ut et la perturbation produite sera Up Ut Il ne sert rien de relier les r f rence 0 V des deux appareils par un fil suppl mentaire Il forme avec la terre quivalente une source de tension U d imp dance interne Z une boucle de terre Sous l effet de U un courant va circuler dans le fil fonction de l imp dance de ce fil toujours plus grande que Z U4 ne diminuera que tr s peu par contre le courant dans le fil perturbera le reste du circuit par couplage induc
45. d sur la fr quence de l metteur de Sottens consid re cet metteur comme intentionnel par contre si les signaux transmis par ce m me metteur sont capt s par un r cepteur accord sur une autre station alors il sera consid r comme une source involontaire produisant des perturbations voir des interf rences Il est donc indispensable de consid rer le domaine de fr quence des perturbations Enfin le canal de transmission n est pas seulement limit aux ondes lectromagn tiques dans l air mais peuvent passer travers les fils et c bles de liaison soit directement de l metteur sa victime soit par conduction sur une partie du trajet les c bles servant ensuite d antenne C est particuli rement vrai pour le r seau d alimentation 50 Hz celui ci est si dense qu il permet la propagation des perturbations et sert de r seau d antenne tr s efficace De cette repr sentation de la transmission des interf rences nous pouvons d duire qu il y a trois moyens de r duire les perturbations un niveau acceptable 1 supprimer ou diminuer les missions la source 2 agir sur le canal de couplage pour minimiser la transmission source victime 3 rendre la victime insensible la perturbation Mis part l utilisation de blindages consistant placer l metteur ou le r cepteur dans une enceinte m tallique ce qui a pour effet de fortement r duire le couplage des perturbations les m
46. e lorsque la diff rence maximum de chemin est un multiple entier de l effet global s annule et que dans tous les cas il est plus faible que la somme alg brique des vecteurs le gain relatif de l antenne est inf rieur 1 Dans la zone proche on constate un effet de diffraction de Fresnel d o le nom de cette zone A plus longue distance la variation de trajet ne provoque plus qu une erreur qui diminue avec la distance Lorsque cette erreur reste admissible alors on se trouve en champ lointain dans la zone de R vision f vrier 2006 Ch 4 CEM page 15 Fraunhoffer Ce raisonnement peut tout aussi bien s inverser en consid rant l antenne comme source de champ mesur une distance r Source e 0 3 dB e 4 dB Antenna e Error njo 1 dB e gt 10 dB as Figure 4 18 Zone de Fresnel et de Fraunhoffer Mardiguian Antenna Gain in dB Below Maximum 20 25 30 MARI Fresnel or Near Field Region Far Field Transition Zone Fraunhoffer Regi tt 0 03 0 07 0 1 0 3 D X Antenna Gain in dB Below Maximum Pour exploiter une antenne on admet une erreur de 0 1db ce qui correspond une diff rence de trajet de 16 En CEM on admet soit une erreur de 0 3dB 4 8 soit 1 dB A 4 Dans ce cas notre crit re de champ lointain sera une distance r gt 2D
47. ent r aliser les syst mes entiers avec un point commun unique On imagine bien que cela est physiquement irr alisable liaison individuelle de chaque circuit au point unique par des fils tr s basse imp dance donc courts et de grande section Ne pouvant r aliser un syst me id al voyons comment obtenir un bon compromis En basse fr quence l inductance des fils ne d grade que peu leur imp dance on peut donc tol rer des longueurs relativement importantes On r alisera le syst me de terre en regroupant les appareils et circuits par cat gorie en s rie sur la m me ligne de terre Toutes les lignes seront alors physiquement reli es en un point unique La s paration des circuits en combinaison s rie parall le se fait selon l ordre de grandeur des courants de retour des diff rents circuits En g n ral on se contente de trois ou quatre cha nes s rie connect es au m me point unique e Terre signal utilis e comme r f rence z ro par tous les circuits faible niveau capteur pr amplis tage d entr e des convertisseurs Terre faible bruit e Terre logique utilis e comme r f rence pour les circuits logiques courants de commutation des portes logiques de quelques mA Terre de qualit m diocre e Terre puissance utilis e pour les amplis de puissance et les relais courants de plusieurs centaines de mA Terre perturb e la fr quence du signal R vision f vrier 2006 Ch 4 CEM page 38 e Terre ch
48. ents il faut absolument viter des boucles de terre en basse fr quence mais il faut assurer une liaison de terre basse imp dance pour les hautes fr quence des intervalles courts On r alise alors une solution mixte liaison terre unique par des fils pour les BF et liaison multiple au travers de condensateurs pour les HF PHOTODIODE PREAMP a SHIELDED TWISTED PAIR LF AND HF HF GROUND GROUND G1 G2 Figure 4 12 Mise terre hybride En r sum on constate que e La structure terre unique est favorable en basse fr quence lt 1 MHz e Le plan de terre est utiliser en haute fr quence Il faut associer les circuits en combinaison s rie parall le en s parant les circuits faible courant de ceux fort courant e A l int rieur d une branche s rie il faut placer les circuits les plus sensibles au d but de la cha ne R vision f vrier 2006 Ch 4 CEM page 40 4 4 5 Liaison des circuits la terre 4 4 5 1 Liaison des blindages de c bles On a vu que le blindage des c bles coaxial ou bifilaire blind ne doit tre reli terre qu en un seul point pour viter les boucles de terre Reste savoir quel point de liaison sera le plus favorable Deux cas peuvent se pr senter selon que c est la source de signal ou l amplificateur qui est mis terre VG2 Figure 4 13 Source flottante et ampli mis terre Notre raisonnement suppose qu un des l ments est
49. ermet le retour du courant dans le blindage uniquement pour des fr quences nettement plus grandes que f Dans ce cas la surface de la boucle aller retour est fortement r duite et le couplage inductif est d autant plus faible Cette m thode est donc indispensable pour tous les signaux digitaux pour lesquels les transitions rapides d un tat l autre repr sentent des fr quences lev es Figure 4 26 R duction de la surface de boucle en HF En basse fr quence lt f donc pour des signaux analogiques principalement pour les capteurs il n y a pas d am lioration Si de plus nous consid rons que d autres circuits peuvent imposer un courant dans le blindage alors il y aura une d gradation par le couplage mutuel entre le blindage et le conducteur central Figure 4 27 Perturbation par les courants externes Vn jw M Ib j L l Rel gt Va Reh 4 34 R vision f vrier 2006 Ch 4 CEM page 25 4 3 2 2 5 Imp dance de transfert Du fait qu un courant externe impos dans le blindage induit une tension dans le conducteur central on peut galement caract riser le blindage par son imp dance de transfert Imp dance de transfert d un c ble Rapport entre la tension induite vide dans le conducteur interne au io courant impos dans le blindage par unit de longueur Zr 1 En basse fr quence l imp dance de transfert est gale la r sistance de du
50. et de l humidit de l air compatibilit chimique des mat riaux L espacement entre vis d finit la longueur de la fente il peut tre d sastreux de ne pas monter toutes les vis de fixation apr s avoir acc d l int rieur du blindage Une meilleure solution consiste monter un joint EMI assurant un contact lectrique sous pression tout au long de la fente 4 5 6 3 Fen tres transparentes Les affichages cran d oscilloscope affichage num riques exigent de grandes ouvertures transparentes Comme on ne peut tol rer de telles longueurs on utilise 2 solutions de compromis entre transparence optique et R vision f vrier 2006 Ch 4 CEM page 52 continuit lectrique D une part un r seau de fils tr s fin 4 60 conducteurs par cm est dispos entre 2 couches de verre ou de plastic ce qui permet d obtenir une transparence de 75 95 D autre part on peut d poser une fine couche d or en raison de sa stabilit sur le verre ou le plastic la transparence est un peu moins bonne 70 80 mais assure un blindage continu quoique tr s mince quelques um Il est fondamental ici aussi d assurer un bon contact entre le blindage lui m me et la partie conductrice de la fen tre sur tout le pourtour de la fen tre 4 5 6 4 Bo tiers plastic Pour obtenir tout de m me un effet de blindage sur des bo tiers plastic on peut soit recouvrir leur face interne d une couche conductrice tr s mince soit mouler le
51. eur obtenue avec S ferm pour finalement rejoindre tr s haute fr quence le courant obtenu avec l interrupteur ferm quand l imp dance de la capacit devient n gligeable vis vis des autres imp dances La pr sence de la capacit et de l inductance du fil 2 expliquent cette r sonance augmentant le courant de terre certaines fr quences En d autres termes e S parer l un des deux circuits de la terre n est efficace qu en tr s basse fr quence DC 50Hz e La s paration peut empirer le courant de mode commun certaines fr quences Les courants de mode commun toujours pr sent dans les c bles sont compos s non seulement d une fraction quelques du courant signal mais galement cause de la r sonance de la boucle de signaux non intentionnels haute fr quence par diaphonie interne aux appareils crosstalk par pollution des alimentations et de la terre ces courants parasite de mode commun contribuent significativement au rayonnement du c ble Slow Speed Interface a what is normally expected A PL MHz residue B Figure 4 33 Contamination de mode commun sur les c bles Mardiguian Dans la situation de la figure 33 le c ble n est cens transporter qu un signal logique relativement basse fr quence En r alit l horloge interne couple des impulsions parasites directement sur la ligne signal mais galement travers les capacit s parasites du transformateur d alimentation dans le r
52. ff rences de potentiel entre deux points de terre syst me terre unique La mise terre telle que nous l avons mentionn e jusqu ici n est qu une r f rence de potentiel que nous pouvons d finir comme le z ro Volt Sur un circuit embarqu avion bateau auto il s agit de la structure du v hicule Pour des quipements fixes il peut s agir soit de la carcasse m tallique de l armoire contenant le mat riel du b timent ou d une liaison effective la terre sur lequel est construit l quipement Du point de vue de la protection contre les perturbations la r f rence z ro doit tre un potentiel de r f rence mais elle ne doit pas n cessairement tre la terre Dans certains cas il se justifie m me d avoir une r f rence libre circuit flottant Fixer la r f rence z ro la terre a pour principal objectif la s curit Les anglophones utilisent deux trois termes pour distinguer ces deux cas Ground parfois common est la masse ou r f rence z ro et earth ground est la r f rence effectivement connect e la terre Pour la suite nous utiliserons les d finitions suivantes Commun R f rence 0 V d un circuit Terre Point commun effectivement reli la terre Circuit flottant Circuit dont le point commun n est pas reli terre R vision f vrier 2006 Ch 4 CEM page 37 4 4 1 Terre de s curit La protection des personnes appel es manipuler un syst me exige de relier le ch ssi
53. flottant la source dans la fig 4 13 alors que le 2e a son point commun reli terre par une source Vg l ampli de la fig 4 13 Celle ci repr sente soit la chute de potentiel dans le fil de liaison imp dance commune soit un potentiel de polarisation impos par la r alisation Les quatre possibilit s de liaison sont repr sent es en traitill A D dans la figure V G3 est la diff rence de potentiel entre le point de mise terre de l ampli et le potentiel de terre aux environs de la source Du fait que le blindage n est reli terre qu en un seul point une perturbation ne peut tre coupl e que par les capacit s C1 C2 C3 entre les fils transmettant le signal et le blindage La liaison A doit videmment tre rejet e puisqu elle oblige les courants de bruit du blindage passer dans le fil signal 2 produisant une perturbation dans l imp dance du fil Dans les cas B et D C3 est soumis la diff rence des potentiel de terre produisant un courant dans le conducteur 2 de plus C et C forment un diviseur couplant cette m me tension sur l entr e de l ampli V12 1 C1 C72 VG La liaison C court circuite la capacit C2 sans injecter de courant dans le conducteur 2 C4 et C sont mis en parall le mais ne peuvent plus coupler de tension de perturbation sur l entr e de l ampli Pour une source flottante et un ampli mis terre le blindage des fils d entr e doit tre reli au point commun de l amp
54. ier 2006 Ch 4 CEM page 43 4 5 2 Efficacit d un blindage On d finit l efficacit du blindage comme le rapport entre l nergie de l onde incidente l nergie de l onde transmise Elle repr sente donc le facteur d att nuation de l onde et on l exprime en dB Ei Hi S 20 Loge dB 20 Logg dB 4 13 L efficacit r elle d un blindage d pend bien s r de la qualit du mat riau utilis pour le blindage efficacit intrins que mais galement des ouvertures pratiqu es dans ce blindage portes passages de c bles zones d affichage boutons de commande Dans un premier temps nous allons analyser l efficacit intrins que du mat riau afin d obtenir des crit res de choix puis consid rer le probl me des ouvertures L efficacit intrins que est d termin e par trois termes l att nuation par r flexion l entr e du blindage l absorption dans l paisseur du blindage et enfin l effet des r flexions multiples engendr es par la r flexion la sortie du blindage S Sr Sa Sm dB 4 14 R vision f vrier 2006 Ch 4 CEM page 44 4 5 3 Att nuation par absorption Sa L amplitude d une onde d cro t exponentiellement lorsqu elle traverse un milieu donn pertes ohmiques provoquant une dissipation de chaleur E x Eo et 4 15 6 est la profondeur de p n tration soit la distance laquelle l onde a t att nu e d un facteur e Elle d pend de la fr quence de la perm abilit
55. igne ou l inverse d emp cher les variations de tension perturbations pr sentes sur la ligne de p n trer dans le consommateur Le circuit de d couplage est donc essentiellement un filtre passif circuit LC ou RC n cessaire lorsque l imp dance caract ristique Zo de la ligne est trop lev e Il a pour effet de s parer le circuit prot ger et son alimentation viter une variation de la tension d alimentation due aux courants du consommateur d liminer le couplage entre circuits imp dance commune d parasitage d emp cher le bruit de la ligne d alimentation de p n trer dans le circuit Dans de rares cas il est possible de pr voir un d couplage sur des lignes transmettant de l information R vision f vrier 2006 Ch 4 CEM page 54 4 6 1 Imp dance de ligne type de c blage L imp dance caract ristique d une ligne d pend de la forme des conducteurs et de la permittivit relative du di lectrique qui les s pare Le tableau suivant donne les formules pour des dispositions courantes source H W Ott Fils parall les siw gt gt h et h gt gt t PEE W r Fil plat sur plan de terre mea a S t h fils plats cote cote Eva Les 3 premiers cas se retrouvent dans le c blage interne d un bo tier c ble plat c ble plat avec plan de terre barres rigides les trois derniers se r alisent facilement sur circuit imprim multicouches double face ou simple
56. imp dance commune On voit que lors de la conception d un syst me il convient de porter une attention particuli re au branchement des c bles communs aux diff rents circuits et plus sp cialement aux alimentations qu il faudra s parer autant que faire se peut Lorsqu une connexion en toile devient physiquement impossible les l ments branch s en s rie sur une m me ligne se perturbent l un l autre Par extension de la fig 4 8 N circuits on constate que le premier l ment de la s rie est perturb par l imp dance de la premi re section de ligne travers e par l ensemble des courants de tous les l ments Vp1 Z1 1 Hp 4 7 Le 2 me l ment est perturb par Vp1 plus par la chute de tension dans la 2 me section de ligne Vp2 Vp1 22 2 Ip 4 8 et ainsi de suite l l ment le plus perturb est celui qui se trouve en bout de ligne l l ment le moins perturb celui qui se trouve en d but de ligne En r sum pour r duire les perturbations par imp dance commune il faut e Si possible connecter chaque circuit individuellement aux alimentations connexion en toile e Sinon placer les circuits les plus sensibles en premier dans la cha ne d alimentation e Utiliser des fils d alimentation faible imp dance grande section si possible rectangulaire R vision f vrier 2006 Ch 4 CEM page 35 4 3 4 2 Potentiels de terre Boucles de terre Mis part quelques stru
57. infinie extr mit s libres Pour traiter des circuits r alistes il faut int grer les r sultats pr c dents sur toute la structure ce qui pose en fait deux probl mes d une part l effet de la courbure du champ sph rique correspond un d phasage des incr ments de vecteurs issus des diff rentes parties du circuit il faut faire une somme vectorielle et non arithm tique des modules que nous avons calcul or nous n avons exprim que les modules jusqu ici d autre part lorsque les dimensions du circuit ne sont plus n gligeables vis vis de alors le courant n est pas le m me en tous les points du circuit d phasage suppl mentaire d la propagation dans le circuit Nous reprendrons ceci au 4 3 5 Pour estimer le rayonnement ou la susceptibilit des circuits pratiques il faut traiter diff remment les cas du champ proche et du champ lointain Dans l analyse des dip les nous avons tabli une limite riim 27 Ce crit re est souvent employ tel quel dans la litt rature et en CEM Il correspond simplement la distance partir de laquelle le terme en 1 r devient pr pond rant Toutefois cette distance les termes en 1 r et en 1 r sont encore loin d tre n gligeables ils valent tous 1 dans la parenth se On peut admettre que l on se trouve r ellement en champ lointain soit lorsque l imp dance d onde atteint n soit lorsque la courbure de champ ne provoque pas une erreur sup rieure
58. ions ou choisir une valeur de R suffisante pour obtenir un taux d amortissement sup rieur 0 5 Vo TO Vin RATIO dB DAMPING FACTOR 8 0 1 0 4 0 50 6 0 8 1 0 4 56 8 os FREQUENCY TO RESONANT Ses RATIO f fr Figure 4 27 R ponse du circuit de d couplage C est pourquoi on est amen utiliser 2 types de ferrites diff rents fig 4 28 L anneau 1 a une imp dance constante dans le domaine utile on parle d anneau de type r sistif L anneau 2 pr sente une augmentation d imp dance proportionnelle la fr quence semblable une inductance on parle d anneau de type inductif En basse fr quence les deux anneaux ont un comportement inductif R vision f vrier 2006 Ch 4 CEM page 58 BEAD IMPEDANCE OHMS 1 2 3 4 5 10 20 30 40 50 100 200 300 FREQUENCY MEGAHERTZ Figure 4 28 Anneau de ferrite imp dance en fonction de la fr quence Dans les deux cas il n y a pas d augmentation de la r sistance de la ligne d alimentation en courant continu On n augmente donc pas les pertes sur l alimentation Par contre en haute fr quence si les condensateurs sont de qualit et reli s une bonne terre le circuit att nue fortement les perturbations 4 7 Conception des circuits imprim s 4 8 Mesures et qualification R vision f vrier 2006 Ch 4 CEM page 59 R vision f vrier 2006 Ch 4 CEM page 60 4 Compatibilit lectromagn tique CEM ner reeereeneeeemeeeeemeerenmeesnneee
59. ique mais si l on constatait d j la pr sence d interf rences il suffisait de changer de fr quence d mission pour r soudre le probl me Avec la multiplication des metteurs les probl mes sont devenus plus sensibles et en 1933 la CEI commission lectrotechnique internationale a recommand la cr ation d un comit sp cial sur les interf rences radio CISPR Ce dernier a tabli les m thodes de mesure et des recommandations sur les limites de niveaux d mission admissibles Avec l av nement du transistor 1950 puis des circuits int gr s 1960 et la tendance remplacer le traitement analogique des signaux par un traitement num riques d s 1970 les vitesses et donc le domaine fr quentiel des perturbations n a fait que cro tre et les probl mes de compatibilit empirer Avec la multiplication des ordinateurs personnels et l augmentation des vitesse d horloge le probl me est devenu crucial si bien que d une base volontaire recommandations les pays en sont arriv s dicter des lois normes CENELEC en Europe FCC aux USA toutes bas es sur les recommandations CEI quelques variations sp cifiques pr s Ces normes sont destin es limiter la pollution lectromagn tique et par cons quence de concevoir des quipement capable de travailler correctement en pr sence de ces niveaux mais seuls les essais d mission sont exig s Elles distinguent les applications usage domestiq
60. ir l anneau et faire passer le c ble l int rieur Une fois referm e la sonde exploite la loi d Amp re le champ magn tique circulant dans l anneau est proportionnel la somme des courants traversant la surface englob e par l anneau Cette somme repr sente justement le total des courants de mode commun Figure 4 36 Sonde de courant HF C Paul Un enroulement bobin autour de l anneau d tecte les variations de flux magn tique et permet ainsi la mesure des courants HF selon une courbe de transfert donnant le rapport entre la tension mesur e et le courant c est dire l imp dance de transfert de la sonde fonction de la fr quence Une courbe typique est donn e la figure 37 QP Z 5 HO 1 AAOGV QP AONVAANT UIASNYUL 1MHa IMHe 10MH 100MH 1000MH FREQUENCY Figure 4 37 Imp dance de transfert d une sonde de courant C Paul R vision f vrier 2006 Ch 4 CEM page 33 Dans la phase de conception d un produit on ne dispose pas de prototype permettant de mesurer les courants de mode commun c est pourquoi M Mardiguian propose une estimation du rayonnement bas sur l analyse de la boucle de terre 4 3 3 3 Susceptibilit une onde plane A r diger R vision f vrier 2006 Ch 4 CEM page 34 4 3 4 Couplage par conduction Les perturbations se transmettent
61. laire soit sous la forme d une oscillation amortie qui sont en fait la r ponse impulsionnelle d une partie du syst me une tr s courte impulsion unipolaire assimilable une impulsion de dirac On les caract rise par leur temps de mont e temps n cessaire pour passer de 10 90 de l amplitude cr te et par la dur e de l impulsion unipolaire 50 de l amplitude ou par la p riode de l oscillation amortie et son taux d amortissement L oscillation amortie tant d j la r ponse visible dans le canal de transmission une impulsion unipolaire nous ne les tudierons pas plus en d tail R vision f vrier 2006 Ch 4 CEM page 9 Transients Lightning Strikes Relay Closures Electrostatic Discharge Power Line Transients Spikes Time Domain Pulses Unipolar and or oscillatory damped Sinusoid MISE TIME 9 5 ps 10 ps 00 be te Le tn g d TIME ps 9 Figure 4 10 Formes d ondes transitoire CPA Ritenour Plus le temps de mont e est court plus le spectre de ces perturbations s tend vers les hautes fr quences Les coups de foudre peuvent tre repr sent s par une impulsion unipolaire de dur e d environ 50 us et de temps de mont e de l ordre de 500 ns avec une valeur de cr te de 30 50 kA W Duff Les d charges lectrostatiques si elles sont d amplitude largement plus faibles H Ott de l ordre de 40 A sont beaucoup plus rapide
62. lificateur Les m mes raisonnements sont faire dans le cas o la source est mise la terre alors que l ampli est flottant Pour une source mise terre et un ampli flottant le blindage des fils d entr e doit tre reli au point commun de la source Cette analyse a t faite pour des c bles bifilaires torsad s et blind s Pour des c bles coaxiaux le blindage remplace le conducteur 2 point commun de l ampli il n y a donc pas d autre liaison effectuer R vision f vrier 2006 Ch 4 CEM page 41 Dans les cas o source et ampli sont li s terre on est conduit relier le blindage aux deux extr mit s aux points communs dans l espoir que le courant de la boucle de terre passe dans le blindage relativement faible imp dance plut t que dans le conducteurs signal 2 Une perturbation sera de toute fa on coupl e Pour obtenir une bonne protection il faut absolument rompre cette boucle de terre en utilisant un transfo d isolement un couplage optique ou un ampli diff rentiel 4 4 5 2 Liaison du blindage des amplificateurs Les amplificateurs grand gain sont g n ralement r alis s l int rieur d un bo tier m tallique servant de protection contre les champs lectriques externes couplage capacitif 4 1 1 Ce bo tier pr sente des capacit s parasites contre les conducteurs d entr e et de sortie de l ampli Le conducteur 2 est les point commun de l ampli Cis C3s SHIELD f T C3s C25
63. m entire tent eraa mettre latente rene terne 20 432 2 Estimatonde la mutuelle neinn e aa tim tin tnt item etes 21 432922 Infl ence du blindage tn nrn nt tre Ar A nine tetre Eaa E a Er Ea 22 4 3 2 2 3 Diminution du rayonnement 23 43 224 Blindage comme protection contre les couplages inductifs ss ssssessessssseeesseseesreserseesee 24 43 2 2 5 Imp dance d transfett nininini ei E E E E E liver 25 4 3 2 2 6 lt Erite E an rA E EE EAK A N EEEN E EA TENERNE 25 4 3 3 Rayonnement et susceptibilit EM des circuits simples 26 4 3 3 1 Rayonnement en mode diff rentiel ss 26 433 1 Champ lointain dineremnernen tiennent rene lient 27 433 12 Champ proche ssssssriasinitlinirimerennnenenenreneinelntn tement 28 4 3 3 1 3 Cas des circuits de dimension gt 4 US iiiennee 28 4 3 3 2 Rayonnement en mode COMMUN seen 29 43 3 2 1 Justification de la pr sence de courant de mode commun 29 4 3 3 2 2 Calcul direct du rayonnement des courants de mode commun 31 43 33 Susceptibilit une onde plane se 33 4 3 4 Couplag par cond ctiotis sisisi e i e a E E etes A Eoi et 34 434 1 Couplage par imp dance commune 34 434 2 Potentiels de terre Boucles de terre 35 4 4 C blage et mise terre essissiiesoscssssseseorscscsrasssooissssssessossssrssacosiesoosrosacse suisssor ssoisro seis se res e es 36 44 1 lt l rre d s c fit n sonara en ENEAN di nn int enr nn Pr 37 44 2 Syst me terre UNUE nsir
64. magn tiques qui nous ont permis d tablir les formules de champ EM rayonn On peut ventuellement assimiler ces circuits soit une boucle de courant soit un ensemble de deux dip les parall les mais si les conditions de travail sont par trop loign es des hypoth ses alors les estimations particuli rement en champ proche peuvent tre totalement inexploitables avec des erreurs pouvant atteindre 60 dB Il convient donc de choisir l approximation la plus appropri e de mani re obtenir une estimation raisonnable Remarquons tout d abord que les test CEM pour les champs rayonn s se font des distances de 1 3 ou 10 m dans le domaine 30MHZ 1 GHz ou plus Si nous utilisons les crit res 27 ou 34 2x pour d finir la limite champ proche champ lointain nous pouvons constater que la limite de fr quence pour le champ lointain devient d distance de mesure fmin crit re standard 27 fmin Crit re Zo 10 34 27 Im 48Mhz 144MHz 3m 16Mhz 48MHz 10m 5Mhz 15MHz Par cons quent dans la tr s grande majorit des cas on se trouve en champ lointain 4 3 3 1 Rayonnement en mode diff rentiel Dans notre circuit la source impose un courant dans la boucle en fonction de la tension U du g n rateur et de l imp dance totale du circuit US I Z avec Z Zo t ZL 4 35 Ce courant circule en sens oppos dans les deux fils de la liaison pistes de circuit imprim ou c ble exter
65. male de l ouverture soit de 50 cm 30 MHz 5 cm 300 MHZ et 1 5 cm 1000 MHz Avec l augmentation des fr quences d horloge dans les syst mes num rique on atteint tr s vite des bandes passantes sup rieures 300 MHZ 4 5 6 1 R seau d ouvertures Lorsque plusieurs ouvertures de m mes dimensions sont r parties des distances inf rieures la longueur d onde par exemple un r seau de fentes de ventilation la r duction d efficacit du blindage est approximativement proportionnelle la racine du nombre N d ouvertures So m 20 Loez T 20 Lo 10 Log n 4 29 Par contre si les ouvertures sont sur des faces diff rentes du blindage le rayonnement se fait dans des directions diff rentes et il n y a pas cumulation Il est donc avantageux de chercher r partir les ouvertures sur les faces du blindage 4 5 6 2 Fentes et joints L acc s l int rieur du blindage exige au moins une partie d montable couvercle porte Il y aura donc une fente tr s mince entre la partie fixe et la partie amovible si l on ne prend pas de pr cautions la longueur de la fente est la longueur d une face du bo tier La fixation par vis ne r duira la longueur de la fente que pour autant qu il y ait continuit lectrique entre les diff rentes pi ces Il faut donc pr voir une zone de bon contact lectrique autour de la vis traitement de surface et veiller aux risques d oxydation ou de d gradation lectrolytique sous l eff
66. mp dance couplage inductif Z4 lt 3770 Ici l imp dance de l onde est inf rieure aux 377Q de l air En premi re approximation la source de perturbation est un courant pas de champ E r 0 2r 27rr Z1 Zair Z Tuc y 2nf Lot 4 25 Pour une distance suffisante Z1 reste gt gt Z2 et nous pouvons toujours utiliser l approximation 4 21 E 2nfuor Or Grfr2 Sr 20 Loey 36807 p f 146 10Log dB 4 26 L att nuation par r flexion d un champ magn tique est donc nettement plus faible qu en champ lointain Elle augmente avec la fr quence et avec la distance Pour r assez faible la valeur de 4 26 s annule ou devient n gative Dans ce cas l approximation Z1 gt gt Z2 n est plus valable En fait il faut bien s attendre ce que l onde r fl chie s annule lorsque Z1 Z2 d o Sr 0 dB Par contre lorsque Z1 lt Z2 il appara t nouveau une onde r fl chie et Sr gt 0 dB A nouveau dans une situation r elle la source de perturbation met r 0 une faible proportion de champ E si bien qu on se trouve quelque part entre 4 26 et 4 22 Le calcul dans le cas le plus d favorable nous oblige utiliser 4 26 que nous limiterons 0 dB pour les cas o l approximation 4 21 n est plus valable R vision f vrier 2006 Ch 4 CEM page 47 r DISTANCE FROM SOURCE TO SHIELD METERS 250 ELECTRIC FIELD 1 200 ELECTRIC FIELD r 30 150 PLANE WAVE REFLECTION LOSS dB 100 MAGNETIC FIELD r 30 300 x
67. mposante dc avec une constante de temps t R Cy Cw R vision f vrier 2006 Ch 4 CEM page 18 Pour diminuer la perturbation sachant que l on ne peut agir ni sur VS ni sur fs il faut e Diminuer R C est travailler avec des circuits basse imp dance la limite tant impos e par les caract ristiques des l ments lectroniques e Diminuer Csy On peut agir sur Csy en loignant les deux circuits distance entre les deux armatures du condensateur parasite en diminuant la surface du condensateur par orientation des conducteurs ou choix d une piste plus mince sur un circuit imprim ou enfin en blindant le conducteur Les deux premi res possibilit s de r duction de C ne sont r alisables que lorsque la source de perturbation et la victime sont fixes l une par rapport l autre par exemple dans un m me bo tier auto perturbation De plus leur efficacit est tr s limit e A titre d exemple C Paul indique la capacit entre fils pour diff rentes configurations Fils parall les de diam tre d s par par une distance D C DS z RCD si D gt gt d 4 20 Fil parall le au plan de terre diam tre d hauteur h C TOO z ET 4 21 2 C ble coaxial diam tre int rieur d diam tre ext rieur D C ED d 4 22 Et H Ott donne le graphique pour les fils parall les en fonction du rapport D d SEPARATION D FOR 22 GAUGE WIRE INCHES Ye la Ve 1 12 2 2V2 3 3 2 A COUPLING
68. n est g n r e en s rie avec le conducteur les deux extr mit s ne sont pas au m me potentiel Pour diminuer la perturbation nous nous r f rons l quation 4 24 et constatons 3 moyens d action e Diminuer la surface de boucle fils aller et retour des circuits surface A e Orienter la surface parall lement la direction de B diminuer cos 6 e loigner les deux circuits diminuer B Comme pour le couplage capacitif il est rare de pouvoir loigner les circuits La m thode de r duction la plus efficace consiste torsader la paire de conducteur aller retour du circuit perturb L effet en est double d une part on r duit la surface de la boucle d autre part on segmente la surface en une s rie de sous surfaces dont l orientation change de 180 chaque demi pas d o un changement de signe de la tension induite dans 2 boucles voisines et une annulation de l effet global chaque pas de torsade Pour tre efficace il faut absolument imposer que tout le courant de retour passe par un des fils de la paire Le circuit doit viter tout chemin de passage parall le formant avec le fil de retour une boucle de terre En r sum e Ma triser le chemin de retour du courant e Torsader les paires aller retour R vision f vrier 2006 Ch 4 CEM page 21 4 3 2 2 1 Estimation de la mutuelle On part toujours de l quation de Biot Savart donnant l induction magn tique autour du conducteur source de la
69. nde transmise on passe d abord de 1 2 puis de 2 1 E 2Z2 2Z1 S 47122 T 47122 H 7 t ZitZ2 ZitZo 1 ZitZo 1 ZZ 20 L att nuation due la r flexion est le rapport Ej Et H H Z1 Z2 2 Zo Sr 20 Log AA 20 Logyz si Z2 lt lt Z 4 21 L imp dance 22 est celle du blindage Nous l avons calcul e au paragraphe 4 3 1 L imp dance Z1 est celle de l air elle d pend de la distance par rapport la source de perturbation Nous sommes donc oblig s de distinguer voir paragraphe 4 1 entre champ lointain champ proche haute imp dance couplage capacitif et champ proche basse imp dance couplage inductif 4 5 4 1 Champ lointain Z1 377 Q Dans ce cas m me tr s haute fr quence l approximation Z2 lt lt Z est justifi e En rempla ant Z1 par 377 Q et Z2 par la formule 4 12 dans 4 21 on obtient Or Sr 168 10 toe 2e dB 4 22 urf On constate que cette att nuation diminue de 10 dB d cade avec la fr quence et qu 1 MHz le cuivre att nue encore l onde de 108 dB Par contre un mat riaux moins conducteur ou plus perm able ne r fl chit plus autant l onde incidente Remarquons galement que la r flexion intervient surtout sur la face d entr e du blindage Rappelons que nous nous consid rons en champ loign d s que la distance entre la source et le blindage est r gt y S n Par exemple pour une perturbation 50 Hz il s agit de 1000 km A l oppos une transition de
70. ne R vision f vrier 2006 Ch 4 CEM page 27 Figure 4 29 Rayonnement en mode diff rentiel 4 3 3 1 1 Champ lointain Pour autant que la longueur L du circuit soit faible vis vis de la longueur d onde c ble lectriquement court nous pouvons calculer le circuit comme deux dip les de longueur L s par s d une distance s Les champs de ces deux dip les sont oppos s mais d phas s en raison de la s paration Ils sont maximum dans le plan des deux fils perpendiculairement ceux ci vecteurs parall les aux deux dip les Du fait de ce d phasage les deux champs ne se compensent pas exactement et l on calcule le champ maximum rayonn bL Epmax 1 316 wS 4 36 Ip courant diff rentiel A f fr quence du signal Hz L longueur du circuit m s largeur du circuit s paration en les fils m dA Ls surface du circuit m Remarquons que ce r sultat m me s il a t tabli sur la base de deux dip les lectriques correspond exactement aux formules du dip le magn tique de m me surface dA Ls En d autre termes la forme du circuit n a aucune importance ici Exemple Calculons le courant diff rentiel maximum pour qu un c ble de 1 m de longueur et dont les fils sont s par s de 1 mm soit juste compatible avec la recommandation CISPR22 une distance de 10m pour un signal 30 MHZ La norme indique un champ maximum de 30 dBuV soit un champ E de 31 61 V m 31 6E
71. nt la surface du plan en haute fr quence il ne sert rien d augmenter l paisseur du plan de terre car les courants restent en surface en raison de l effet pelliculaire L imp dance entre 2 points du plan s par s d une distance I est 2 1 Z Rif 1 Be 4 9 Hr Rrf 0 26 10 6 T Q carr 4 10 r o ur et o sont la perm abilit et la conductivit du plan relatives celle du cuivre On constate que l imp dance est proportionnelle l tant que I lt 10 mais qu elle tend vers l infini pour ls N 4 3X 4 En d autres termes m me un plan de terre n est pas une bonne surface quipotentielle si les modules qui doivent y tre reli s sont distants de plus que le 8e de la longueur d onde R vision f vrier 2006 Ch 4 CEM page 39 4 4 4 Syst mes de terres mixtes En basse fr quence capteurs syst mes audio les syst mes terre unique se comportent g n ralement mieux En tr s haute fr quence transmissions VHF c est le plan de terre qui convient Le crit re de choix d pend de la fr quence et des dimensions du syst me lorsque les dimensions sont nettement inf rieures 20 g n ralement en dessous de 1 MHz on choisit la terre unique et pour des dimensions nettement sup rieures 20 on utilise le plan de terre en dessus de 10 MHz Dans la zone interm diaire entre 1 et 10 MHz le point de terre unique et le plan de terre pr sentent chacun leurs avantages et inconv ni
72. ontal Par contre le champ E somme vectorielle de E et Es diminue avec le cube de r et avec la fr quence Par cons quent l imp dance de l onde est variable tant avec la fr quence qu avec la distance Dans le plan horizontal elle vaut cos0 0 Zw Mo gt No 4 8 2nr On parle alors de champ haute imp dance En premi re approximation nous pouvons consid rer qu partir der nous sommes en champ lointain 27 s alors qu en dessous nous sommes en champ proche et utiliser uniquement les formules donnant Es H et Zw ad quates pour analyser estimer les champs mais il faut rester conscient que ce n est qu une approximation R vision f vrier 2006 Ch 4 CEM page 13 4 3 1 2 Petite boucle de courant dip le magn tique On peut galement calculer les champs rayonn s par une boucle de rayon b lt lt plac e dans la plan horizontal autour de l origine et parcourue par un courant I On cr e ainsi un moment magn tique proportionnel la surface de la boucle m Inb IdA dans l axe z Electrically small Loop Magnetic Dipole b lt lt Magnetic Moment Spherical Coordinates OU mM CRE i H aun 2 sin 0 be g E Je jBor E E H 0 Figure 4 16 Champ d un dip le magn tique C Paul CPA Ritenour Nous retrouvons une forme tr s semblable celle du dip le Hertzien qui r sulte de la dualit des champs lectriques et magn tiques I
73. proportionnels au carr de la fr quence E H f Champ proche L onde EM n est pas plane composante dans la direction de propagation Si l antenne d mission est grande un ph nom ne de diffraction intervient zone de Fresnel un l ger d placement peut modifier les champs du tout au tout L imp dance d onde varie avec la distance Dip le lectrique source haute imp dance mettant principalement du champ lectrique courte distance Le champ E n est pas toujours perpendiculaire la direction de propagation il varie avec l inverse du cube de la distance et avec l inverse de la fr quence E 1 r E 1 Le champ H est perpendiculaire la direction de propagation il varie avec l inverse du carr de la distance mais est ind pendant de la fr quence H 1 r H ind p de f L imp dance d onde est proportionnelle l inverse de la distance Zw no 2 7 e Dip le magn tique source basse imp dance mettant principalement du champ magn tique courte distance Le champ H n est pas toujours perpendiculaire la direction de propagation il varie avec l inverse du cube de la distance mais est ind pendant de la fr quence H 1 r H ind p de f Le champ E varie avec l inverse du carr de la distance et est proportionnel la fr quence E 1r E f i r L imp dance d onde est proportionnelle la distance Zw ca No lt No
74. que l on retrouve dans les normes de compatibilit Emission rayonn e Mesure des champs EM rayonn s par l quipement sous test Susceptibilit aux rayonnements Capacit de fonctionner en pr sence de champs EM donn s Emissions conduites par l quipement Mesure des perturbations inject es dans le r seau ER N e Susceptibilit la conduction Capacit de fonctionnement en pr sence de perturbations conduites r seau ou c ble de donn es R vision f vrier 2006 Ch 4 CEM page 4 Ces 4 types d essais sont illustr s ci dessous Noisy component a Radiated emissions Potentially susceptible component b Radiated susceptibility A RS Noisy component SE io c Conducted emissions Potentially ee susceptible CE 1 component d Conducted susceptibility Figure 4 3 Les quatre types d essai de compatibilit C Paul Du fait que le rayonnement se fait tant directement depuis les appareils qu partir des c bles alimentation liaisons de donn e les essais ne peuvent se faire que sur un syst me complet quip de ses c bles Par exemple pour obtenir une certification de compatibilit pour une imprimante les essais doivent se faire avec un PC quip transmettant une s rie de caract res assurant un cas d favorable de transitions dans les lignes de donn es une suite de H C est l ensemble qui est alors consid r comme l quipement sous test abr g en anglais
75. r visible des intervalles pouvant varier entre quelques secondes et plusieurs jours elles sont donc particuli rement difficiles identifier d pannage et caract riser Souvent tr s variable d un v nement l autre seule une analyse statistique permettra de d finir la forme et le spectre de ces missions Un exemple typique de source permanente est l horloge d un syst me num rique Si elle est en fonction tant que le syst me est enclench le niveau d mission peut cependant varier en fonction du contenu des donn es trait es dans l appareil Une analyse statistique du niveau d mission reste donc indispensable mesure du niveau moyen et du niveau quasi cr te La foudre et les d charges lectrostatiques sont des exemples de sources intermittentes R vision f vrier 2006 Ch 4 CEM page T 4 2 2 Sources large bande et bande troite Une source est bande troite si sa largeur de bande est plus petite qu une bande de r f rence celle du r cepteur instrument de mesure ou victime Toute l nergie mise est alors re ue par le r cepteur et d finit le niveau des perturbations Celui ci ne change donc pas si l on change la bande passante du r cepteur On peut alors se contenter de sp cifier le niveau de champ lectrique V m correspondant la fr quence consid r e Narrowband NB Receiver Selectivity Curve Amplitude Emission Bandwidth lt
76. rser le blindage pour p n trer dans l air de l autre cot A chaque interface il y a variation d imp dance donnant naissance une onde r fl chie et une onde transmise Onde incidente Onde r fl chie r flection sur la face de sortie p gt Blindage zone d absorption Onde transmise Figure 4 15 R flexion et transmission dans un blindage 4 5 1 Imp dance caract ristique L imp dance d un milieu est le rapport entre le champ E et le champ H Elle se calcule par _ jou _E Zo mure 4 11 Pour l air isolant o o lt lt j e champ lointain Zair 377 Q 1 A a Pour un milieu conducteur o o gt gt joe le module de l imp dance est ZolQ 2k Q o avec perm abilit du vide Ho 0 4 x 10 6 H m cste di lectrique du vide o 8 85 10 12 F m conductibilit du cuivre Scu 5 82 107 Q l m Pour les blindages on pr f re exprimer leur propri t s relativement celle du cuivre en introduisant dans les H Ucu formules leur conductibilit et leur perm abilit relatives celles du cuivre or et ur cu L imp dance caract ristique du blindage devient u Zb 3 68 10 7 Ne 4 12 Mat riau conductibilit relative perm abilit relative imp dance caract Argent 3 59 e 7 4f Cuivre 3 68 e 7 f Or 4 40 e 7 ff Aluminium 4 71 e 7 ff tain 9 50 e 7 ff Acier 3 68 e 5 f DAS a 3 00 e 4 Vf Acier inox 0 02 500 5 82 e 5 f R vision f vr
77. rtionnel la racine de la bande passante comme pour une source non coh rente par contre la relation de phase a une implication directe sur la valeur de cr te on peut alors si la phase est la m me pour touts les composantes admettre que la valeur de cr te du niveau mesur est la somme des diff rentes composantes Comme en CEM on cherche le plus souvent qualifier la valeur de cr te alors l affirmation est correcte si l hypoth se de phase est v rifi e Par contre dans une source non coh rente la relation de phase entre les composantes est al atoire et le niveau est la combinaison des valeurs efficaces des composantes par cons quent il est proportionnel la racine carr e de la bande passante du r cepteur Les lampes gaz aliment es en continu les d charges par effet corona les corps noir sont des exemples de sources incoh rentes R vision f vrier 2006 Ch 4 CEM page 8 4 2 3 Sources intentionnelles et non intentionnelles Les sources intentionnelles sont bien s r les metteurs de communication Ici on souhaite transmettre une information distance et les puissance d mission sont lev es Une tude statistique en suisse a t publi e en 1993 par J Baumann G J Behrmann et H Garbe Un spectre typique montre les missions des stations les diff rentes bandes tant indiqu es on rep re facilement le type d metteur 500 kw brosdcasting station Bercn nster 27 be pay fros measuremen
78. s temps de mont e de l ordre de la ns dur e de l ordre de 50 ns Dans le cas des sources permanentes il faut compl ter l information par la fr quence de r p tition du ph nom ne parasite et par son rapport cyclique rapport de la dur e de l impulsion sa p riode de r p tition dont d pend le niveau d nergie donc l amplitude spectrale W Duff indique l ordre de grandeur de ces param tres pour les principales sources dont l origine est l ouverture d un contact et donc la formation d une tincelle Table 2 4 Typical Transient Sources Fluorescent Lamps Ignition Systems Idle Speed Fast Speed Relays and Solenoids Casual Use Pinball Machine Teletype Brush Commutator Motor On Off Switches Wall Switch Lathe Copy Machine Figure 4 11 Principales source de transitoires et caract ristique W Duff A ces sources il faut ajouter tous les circuits de commutation tels que les alimentations hach es et les circuits num riques Les fr quences s tendent ici de quelques dizaines de kHz quelques centaines de MHz augmentant r guli rement avec l volution des PC Les temps de mont es sont bien videmment en fonction inverse ce qui explique que les circuits num riques deviennent la principale cause d mission de perturbation d s qu on se trouve proximit d un tel quipement Les signaux consid rer sont alors de forme trap zo dale pr sentant les deux tats
79. s le bo tier et toutes les parties conductrices accessibles au toucher la terre CHASSIS CHASSIS rs re q v AVV l Zi 1 j l Ds J i 115V STRAY Z2 j IMPEDANCES L 7 L INSULATION i BREAKDOWN Figure 4 10 Probl mes de s curit En effet dans le cas o le ch ssis n est pas reli la terre partie de gauche de la figure les l ments parasites toujours pr sents entre le ch ssis et la terre d une part entre le ch ssis et les diff rentes parties du circuit d autre part d terminent le potentiel du ch ssis Ce potentiel peut devenir dangereux pour l tre humain d j en fonctionnement normal Si de plus un d faut d isolation appara t mettant en contact le ch ssis avec l alimentation primaire du circuit partie de droite de la figure alors l homme peut se trouver directement en contact avec le circuit alternatif de puissance et tre mis en danger Si par contre le ch ssis est reli par un bon contact la terre conducteur de protection isol en jaune vert connecteur central des prises 220V alors en fonctionnement normal le potentiel du ch ssis par rapport la terre est nul et l homme ne risque rien De m me en cas de d faut d isolation un fort courant s tablit dans la ligne d alimentation provoquant la rupture imm diate du fusible et la protection est assur e 4 4 2 Syst me terre unique L analyse du couplage des perturbations nous a montr qu il fallait absolum
80. s laquelle le terme C a fortement diminu Remarquons que ce r sultat suppose le blindage et sa liaison terre parfaitement conducteurs annulant ainsi toute p n tration d un champ lectrique externe ce qui ne sera jamais compl tement r alis R vision f vrier 2006 Ch 4 CEM page 20 4 3 2 2 Couplage inductif Tout courant circulant dans un circuit lectrique cr e un flux magn tique proportionnel ce courant Si un deuxi me circuit victime forme une boucle de surface A il intercepte une partie de ce flux Une tension induite appara tra dans la victime si le flux varie au cours du temps dB 4 24 Up cos8 dt o 6 repr sente l angle entre la normale la surface A et la direction de la densit de flux magn tique B ou induction magn tique On appelle M l inductance mutuelle entre les deux circuits elle repr sente d une part la roportionnalit entre B et le courant Is d autre part la g om trie de la victime relativement la source de prop s Pp g Re TT Rs N Mev perturbation surface A distance d angle 0 lt Figure 4 22 Couplage inductif entre deux circuits L expression de la perturbation devient dis 4 25 Vp Msv q 7joMsv Is RL f RL 4 26 Up RpR VpTjoMsv RAR Le dernier membre est exprim pour un courant sinuso dal de fr quence f 2nf Cette expression montre que la perturbation est ici aussi directement proportionnelle la fr quence La perturbatio
81. semble En Europe la CENELEC Comit Europ en de Normalisation ELECtrotechnique tablit les standards directement sur la base des documents du CISPR et ses normes portent le m me num ro pr c d de EN en lieu et place de IEC Si aucune variation nationale n existe ces standards deviennent des normes R vision f vrier 2006 Ch 4 CEM page 5 Dans la quantit de normes existantes il convient de distinguer deux cat gories 1 Les normes de base ou g n riques donnant les limites et m thodes de base applicable de mani re g n rale tous les quipements 2 Les normes sp cifiques une cat gorie de produits ou d application Les normes g n riques sont aux nombre de 4 d crivant s par ment l immunit et les missions pour deux cat gories d quipement gt EN 61000 6 1 Immunit pour les zone r sidentielles commerciale et d industrie l g re classe B gt EN 61000 6 2 Immunit pour les zones industrielles classe A gt EN 61000 6 3 Emission pour les zone r sidentielles commerciale et d industrie l g re classe B gt EN 61000 6 4 Emission pour les zones industrielles classe A Ci dessous sont pr sent es les limites d mission conduction 0 15 30 Mhz et rayonnement 30MHz 1Ghz pour les appareils classe B zone r sidentielles Measurement distance 10 m 66 Measured with LISN 60 gt A CISPR 22 QP S v a c a 2 AR g To 48
82. sti statoro susto E sE eoo S tE OSEE E SISE CEEE sissu ete denses este see 53 4 6 1 Imp dance de ligne type de c blage ss 54 4 6 2 Capacit de d COUPlAS sieste tete RAT A RARE SAR RE SP et eee ANRT dede dan 55 4 6 2 1 Cond nsateurs de travers e unn means Ans sn MR nn E a E Et 56 4 6 2 2 Effet du condensateur de d couplage sur un amplificateur 56 4 6 3 Anneau de ferrite d couplage L C ou R C ss 57 4 7 Conception des circuits iMpriM s sessssseeccsscesoescesoesocssecocsseesosseesoeseesoesocsseeocescesoeseesoesee 58 48 Mesures et qualification s sessoesooessocssoessoessosssosesocesocesseescsessscessessseessesesecssesesecesecesecesocssocse 58 R vision f vrier 2006
83. t site Long Term Survey of the Background Electromagnetic Environment in Switzerland J Boumann G J Behrmann and H Garbe Zurich Symp 1993 Measurement Period 1 Yeor maximum Li o 95th percentile a median gt Sth percentile A O minimum w 30 600 800 1000 Mu nn NS SETTTIIIS aa EREEREER Typical spectra averaged for 6 minutes x 2 2 2 Z A 0 1 30 MHz vertical polarization 1 m h 2 2 B 20 1200 Miz horizontal polarization zz Figure 4 9 Etude statistique des niveaux d mission en Suisse La statistique long terme montre les niveaux dans chaque bande de fr quence minimum maximum et domaine de probabilit 5 95 On voit que des champs de 1 20 V m sont tout fait possible selon le type d metteur et la position de mesure C est ce genre d analyse qui permet de choisir le niveau des essai d immunit au rayonnement par exemple la Navy exige des test sous 5V m dans tout le domaine de fr quence Une source est non intentionnelle si la fonction de l quipement est autre que la communication radio Dans ce cas les missions ne sont que parasites donc la puissance mise est d un niveau largement inf rieur aux sources intentionnelles Seule la proximit des ces sources peut conduire des risques d interf rence 4 2 4 Sources impulsionnelles La grande majorit des sources non intentionnelles sont des sources de transitoires soit sous forme d impulsion unipo
84. tain r gt gt 2x 1 Dans ce cas on ne conserve que les composantes de premier degr G 7 les autres sont n gligeables O La composante E est donc n gligeable et les vecteurs de champ H et E sont perpendiculaires entre eux et la direction de propagation r Les modules des champs sont alors Idl Idl E Zar e sin et H 2r sin 4 5 Ils varient donc avec l inverse de la distance et l imp dance de l onde est constante gale no Zw N a 1207 377 Q 4 6 o Ces champs sont maximum dans le plan horizontal 6 90 nuls dans l axe vertical Du fait que o c est la vitesse de la lumi re on retiendra que ces champs sont proportionnels la fr quence En fait lorsque les dimensions de la victime sont faibles vis vis de la distance r on peut assimiler l onde EM une onde plane Comportement en champ proche r lt lt 21 Ici on ne conservera que les termes d ordre le plus lev qui deviennent pr pond rants Idl Id E 4 mn FE No cos Eo 8 p PE No sin 4 7 Id 4n r sin0 Le champ E n est donc plus n cessairement perpendiculaire la direction de propagation E est bien nul dans le plan horizontal mais maximum dans l axe du dip le et ce maximum est le double du champ Es maximum Le champ H diminue avec le carr de r et est ind pendant de la fr quence donc existe aussi en courant continu en forme d anneau horiz
85. tif On constate donc que la pr sence de boucles de terre dans un montage augmente les perturbations Les seuls moyens de supprimer les perturbations par potentiel de terre sont de concevoir le syst me complet avec un seul point de mise terre d sign s par syst mes terre unique ou d utiliser des moyens de rompre les liaisons galvaniques entre terres amplificateurs d isolation amplificateurs diff rentiels circuits sym triques R vision f vrier 2006 Ch 4 CEM page 36 4 4 C blage et mise terre Comme on l a vu propos des diff rents couplages des perturbations le syst me de mise terre des circuits et des blindages est le principal moyen d viter les bruits Un tel syst me doit tre con u comme n importe quelle autre partie du circuit pour d finir o et comment les circuits doivent tre reli s la terre Consacrer du temps une telle r flexion se justifie aussi bien pour les grands syst mes que pour un simple circuit tenant sur une seule carte imprim e car le d pannage et la r solution des probl mes de mise terre apr s r alisation seront bien plus difficile donc bien plus co teux Les buts de la conception de bons syst mes de mise terre sont de deux ordres Premi rement minimiser les perturbations provoqu es par couplage travers une imp dance commune et deuxi mement viter de cr er des boucles de terre sujettes au couplage inductif et aux courants de circulation en raison des di
86. tinguer une perturbation sans cons quence sur la fonction de l quipement et une perturbation provoquant des erreurs momentan es ou une panne du syst me que nous appellerons alors des interf rences La Compatibilit ElectroMagn tique CEM ou en anglais EMC prend ainsi un triple aspect e Ne pas produire d interf rences dans un autre syst me e Ne pas subir d interf rence de l environnement e Nepas interf rer avec lui m me auto interf rence L objectif de ce chapitre est de donner une introduction aux m thodes utilis es pour obtenir une telle qualit R vision f vrier 2006 Ch 4 CEM page 2 Bibliographie Henry W Ott Noise reduction techniques in electronic systems d John Wiley amp Sons Clayton R Paul Introduction to Electromagnetic Compatibility John Wiley amp Sons William G Duff Fundamentals of Electromagnetic Compatibility Interference Control technologies Virginia Michel Mardiguian Controlling Radiated Emissions by Design Kluwer Academic Publishers Howard W Johnson Marin Graham High Speed Digital Design Prentice Hall Stephen H Hall Garett W Hall James A McCall High Speed Digital Design John Wiley amp Sons Pierre Degauque Jo l Hamelin Compatibilit Electromagn tique 41 1 Historique On pourrait faire remonter la compatibilit lectromagn tique au tout d but des transmissions radio 1901 Marconi r alise la premi re transmission travers l atlant
87. tre le champ magn tique est pratiquement doubl l int rieur du blindage H 2 ZOZ Hix 2 Hi Pour un blindage en mat riau magn tique il y a risque de saturation en pr sence de forts champs magn tiques d o une d gradation suppl mentaire de l efficacit du blindage R vision f vrier 2006 Ch 4 CEM page 49 4 5 5 Effet global En champ lointain ou en pr sence d un champ lectrique nous utilisons la somme des att nuations par absorption Sa 4 17 et par r flexion en champ lointain Sr 4 22 ventuellement corrig e par l effet des r flexions multiples Sm 4 27 si le blindage est mince t lt amp On constate alors que l efficacit du blindage est due essentiellement la r flexion en basse fr quence qu elle passe par un minimum fr quence interm diaire puis augmente rapidement en haute fr quence lorsque l absorption est pr pond rante L effet des r flexions multiples d grade quelque peu l efficacit en basse fr quence Champ lointain ou champ E S total 10 100 1000 10000 100000 1000000 10000000 Fr quence Hz Figure 4 19 Efficacit d un blindage de cuivre paisseur t 0 5 mm L efficacit en champ lointain ou en champ lectrique est donc toujours assez lev e Par contre proximit d une source de champ magn tique il faut utiliser les pertes par r flexion en champ proche 4 26 croissant avec la fr quence si bien que l on constate une totale inefficacit
88. ue un PC interf re avec le r cepteur TV du voisin juste de l autre cot de la paroi o les niveaux admis et les distances entre metteur et r cepteur des perturbations sont les plus faibles et les autres applications en milieu industriel Seuls les militaires exigent actuellement des essais de susceptibilit l quipement est soumis des niveaux donn s de rayonnement lectromagn tique et doit fonctionner sans erreur Toutefois il est permis de supposer que dans un proche avenir des essais semblables seront galement exig s dans le domaine commercial en vue d une homologation CEM 4 1 2 Aspects fondamentaux de la CEM Lors de l analyse d un probl me de perturbation lectromagn tique on constate que le probl me englobe trois l ments une source de perturbation qui met de l nergie lectromagn tique un canal de couplage au travers duquel l nergie de ces perturbations se propage et enfin un r cepteur qui capte cette nergie la traite et la superpose sa fonction normale Si les perturbations re ues par ce dernier sont trop lev es et provoquent des interf rences alors on parle de victime de ces perturbations Source de Canal de Victime r cepteur perturbation couplage Figure 4 2 Transmission des perturbations Dans la majorit des cas le canal de transmission est involontaire et il y a toujours transmission de perturbations mais pour consid rer qu il y a interf rence il f
89. x dit condensateurs de travers e en anglais feed through capacitor de forme coaxiale se fixant dans le trou de travers e du bo tier et permettant un contact sans ajouter d inductance ET CHR 100 0 z 0 05 HF CAPACITOR WITH l IN LEADS z y A g 100 r 1 la I Q y w Q 10 VIS IDEAL PNY T 01 CAPACITOR i L s L 1 0 05 uF J F EO THRO GH CAPACITOR 0 1 1 10 100 1000 FREQUENCY MEGAHERTZ Figure 4 24 Condensateur de travers e et caract ristique en fr quence On voit que jusque vers 1 MHz le comportement de ce condensateur est semblable celui d un condensateur au mica avec des pattes de 6 mm Par contre d s 10 MHZ l inductance des pattes de ce dernier le rendent totalement inefficace alors que le condensateur de travers e conserve une caract ristique de condensateur 4 6 2 2 Effet du condensateur de d couplage sur un amplificateur G n ralement l effet du circuit de d couplage est double il prot ge le circuit des perturbations externes et simultan ment il l emp che de transmettre des perturbations La fig 4 24 illustre le cas du d couplage d un amplificateur en l absence du circuit de d couplage les perturbations de Ve se transmettent par Rp et Rp2 sur la base du transistor sont amplifi es et r apparaissent sur la sortie du circuit ici l metteur du transistor V L Voc Roi ct Ci Figure 4 25 D couplage d
90. xions diminuent De plus ces mat riaux posent d autres probl mes u diminue avec la fr quence il y a risque de saturation donc diminution effective de u et l usinage ou la mise en forme risquent galement de diminuer u R vision f vrier 2006 Ch 4 CEM page 51 4 5 6 Ouvertures dans le blindage Une ouverture dans un blindage laisse videmment passer l onde de l autre cot Son influence est li e la plus grande dimension lin aire de l ouverture plut t qu sa surface Intuitivement on peut comprendre ceci par le fait que sous l effet du champ des courants circulent dans le blindage Une ouverture oblige ces courants se d tourner Qu une ouverture de longueur D soit large ou mince aura peu d influence sur la d formation de ces courants donc peu d influence sur l att nuation de l onde Pour une longueur D lt X 2 l efficacit du blindage devient principe de Huygens approximation sinx x So 20 Log 4 28 On constate donc que l efficacit intrins que du blindage ne repr sente qu une limite id ale qui suppose un blindage sans aucun d faut La moindre ouverture la moindre fente d termine elle seule l efficacit pratique du blindage au moins en haute fr quence lorsque la longueur d onde devient du m me ordre de grandeur que D La bande passante des circuits prot ger d fini la fr quence maximale prendre en consid ration Pour obtenir une efficacit de 20 dB il faut donc que la longueur maxi

Download Pdf Manuals

Related Search

Related Contents

MANUAL DE INSTRUÇÕES  Instrukcja obsługi stacji Breeze Evolution z drukarką  Instruction Manual  Manuale NEUTRO SI 11 A.indd  Operating Manual  Formula 418  BAXTER Flo-gard 6201 Infusion Pump Service Manual  Wegleitung Arbeitssicherheit EKAS  beschreibung der prozesse  

Copyright © All rights reserved. Failed to retrieve file