Quelles sont les émissions réalisées?

La compatibilité électromagnétique (CEM) permet aux appareils électroniques de fonctionner dans un environnement électromagnétique partagé sans causer ni subir d'interférences.Les émissions produites sont un sous-ensemble critique de bruit électrique non désiré qui se propage le long de voies conductrices telles que les lignes électriques, les câbles de signal et les connexions au sol. Contrairement aux émissions irradiées qui traversent l'espace, les émissions effectuées traversent des interfaces filaires et sont habituellement mesurées sur la plage de fréquences de 150 kHz à 30 MHz pour les équipements commerciaux et industriels.Ces perturbations peuvent perturber les performances des appareils voisins, causer la corruption des données, voire entraîner des défaillances du système.

Normes et règlements clés

Les organismes de réglementation du monde entier fixent des limites aux émissions conduites pour protéger le spectre électromagnétique.

  • CISPR 22 / CISPR 32 – Normes internationales pour les équipements de technologie de l'information et les dispositifs multimédias, qui définissent les limites tant pour le secteur que pour les ports de télécommunication.
  • FCC Partie 15 Sous-partie B – Règlement de la Federal Communications Commission des États-Unis sur les radiateurs non intentionnels.
  • IEC 61000-6-3 / 61000-6-4 – Normes d'émission génériques de CEM pour les environnements résidentiels, commerciaux et industriels.
  • FR 55032 / EN 55035 – Normes harmonisées européennes pour les équipements multimédias.

Ces normes précisent les méthodes de mesure, les gammes de fréquences et les niveaux sonores maximaux admissibles. Par exemple, les limites de la catégorie B de la partie 15 de la FCC sont plus strictes que celles de la catégorie A, ciblant les applications résidentielles. Les ingénieurs devraient consulter la norme spécifique applicable à leur catégorie de produits et au marché cible. Vous trouverez des limites détaillées sur le site Web de la FCC ou sur le portail de la CEI .

Sources communes d'émissions réalisées

Les émissions produites proviennent de circuits et de sous-systèmes qui génèrent du bruit à haute fréquence et qui le couplent sur des lignes de puissance ou de signal.

  • Alimentations électriques de commutation (SMPS)[ – Le changement rapide de transistors dans les convertisseurs DC-DC crée des harmoniques et des sonneries qui peuvent retourner vers le secteur AC ou les charges en aval.
  • Circuits numériques – Les horloges à grande vitesse, les bus de données et les interfaces d'entrée et d'entrées-sorties produisent des courants transitoires qui injectent du bruit dans les rails d'alimentation.
  • Motor Drives and Relays – Le changement de charge inductif génère des pics de tension et des arcs, conduisant au bruit à large bande dirigé.
  • Émetteurs sans fil – Bien que principalement une source RF, des antennes mal appariées ou une mauvaise disposition peuvent coupler l'énergie sur les lignes électriques.
  • Câbles défectueux ou non blindés[ – Les câbles longs agissent comme antennes pour les courants à mode commun; un mauvais blindage ou un mauvais échafaudage peut les transformer en conduits d'émission.
  • Les harmoniques à basse fréquence et les circuits contrôlés par phase – Le tirage de courant non linéaire crée des harmoniques à basse fréquence qui sont également une forme d'émissions conduites.

L'identification de la source dominante est la première étape de l'atténuation. L'étude en champ proche avec une pince de courant ou une sonde en champ proche peut aider à localiser les origines du bruit sur un ensemble de PCB ou de câbles.

Techniques de mesure des émissions réalisées

Une mesure précise est essentielle pour la conformité. La configuration standard comprend :

  • Line Impedance Stabilisation Network (LISN) – Placé entre la source d'énergie et l'équipement en essai (EUT).Le LISN fournit une impédance définie (généralement 50 ш φ 50 μH) sur la plage de fréquences de mesure et isole l'EUT du bruit externe.
  • EMI Récepteur ou analyseur de spectre[ – Mesure la tension à travers les ports de sortie LISN. Des détecteurs à crête et à moyenne sont utilisés pour correspondre à la perception humaine de l'interférence. La bande passante de résolution (RBW) est réglée à 9 kHz ou 120 kHz selon la norme.
  • Déploiement des essais – Les émissions réalisées sont mesurées sur les lignes électriques (phase, neutre, sol) et sur les ports signal/télécom si nécessaire. L'EUT fonctionne en mode normal pendant que les émissions sont enregistrées dans la gamme de fréquences spécifiée (habituellement 150 kHz à 30 MHz).

Les essais préalables à la conformité avec un analyseur de spectre et de LISN peuvent faire gagner du temps et des coûts avant la certification formelle. Pour une plongée plus profonde, se reporter à la documentation des normes CISPR.

Stratégies d'atténuation des émissions réalisées

La réduction des émissions effectuées nécessite une combinaison de filtrage, de blindage, de mise à la terre et de conception soignée. Voici les techniques les plus efficaces, de la sélection des composants à l'intégration au niveau du système.

Filtre d'entrée

Les filtres au point d'entrée de puissance sont la principale défense contre le bruit dirigé.

  • Coupes de mode commun – Une âme ferrite à deux enroulements qui présente une forte impédance aux courants de mode commun tout en permettant la transmission de signaux différentiels. Critique pour atténuer le bruit qui apparaît également sur les deux lignes par rapport au sol.
  • Capacitateurs X et Y – Condensateurs X (ligne transversale et neutre) filtrent le bruit à mode différentiel; condensateurs Y (ligne à sol ou neutre à sol) filtrent le bruit à mode commun. Utilisez des condensateurs à sécurité pour le secteur AC.
  • Les filtres CL[ – Les filtres LC à faible passage (p. ex. un filtre π) peuvent être ajustés pour supprimer des bandes de fréquences spécifiques. Les valeurs de l'inducteur et du condensateur doivent être choisies pour éviter toute résonance dans le spectre sonore.
  • Perles de ferrite – Efficaces pour le bruit à haute fréquence (au-dessus de 10 MHz).Elles sont placées sur des fils individuels ou autour de faisceaux de câbles pour ajouter une perte sans résistance élevée au courant continu.

La conception du filtre doit tenir compte des erreurs d'impédance, des parasites des composants et de la nécessité de respecter les limites d'émission, tant conduites que irradiées.

Bouclier et mise à la terre

Un blindage et une mise à la terre appropriés empêchent le bruit de s'attacher aux câbles et d'échapper à l'enceinte.

  • Câble blindage – Les boucliers en treillis ou en feuilles sur câbles de puissance et de signal doivent être terminés à une référence de sol à faible impédance à une ou aux deux extrémités, selon la fréquence.
  • Plans ronds et mise à la terre d'étoile[ – Un plan sol solide sur un PCB réduit l'impédance du sol et minimise les chutes de tension en mode commun.
  • Châssis La masse – Le châssis de l'équipement doit être collé directement à la terre (ou au sol de sécurité) avec une sangle à faible inductance.
  • Ferrite Cores on Cables – L'ajout d'un noyau ferrite (snap-on ou toroïdal) autour d'un câble augmente l'impédance en mode commun et réduit les émissions conduites du câble agissant comme une antenne.

Pratiques exemplaires de la mise en page des BPC

Les choix de conception au niveau de l'Office ont une incidence majeure sur les émissions réalisées.

  • – Gardez les voies de signal à grande vitesse et leurs courants de retour proches ensemble pour réduire l'inductance de boucle et le couplage de champ magnétique. Utilisez un plan de sol continu directement sous les couches de signal.
  • Séparer les sections analogiques et numériques – Partitionner la carte pour empêcher le bruit de commutation numérique d'entrer dans les voies d'alimentation analogiques ou électriques.
  • Découplage des condensateurs – Placer les condensateurs à faible ESR aussi près que possible des goupilles de puissance IC. Plusieurs valeurs (par exemple, 0,1 μF + 1 nF + 100 pF) peuvent couvrir une large gamme de fréquences.
  • Rordonnée de course[ – Gardez les traces de commutation à haut courant courtes et larges. Évitez de diriger les signaux sensibles près des traces de puissance bruyantes ou des nœuds de commutation.
  • Mise en page de l'alimentation – Positionnez les composants du filtre d'entrée près du connecteur pour piéger le bruit avant qu'il ne se propage à travers la carte.

Sélection des composants

Choisir des composants à faible IME simplifie la conformité :

  • Clocks spread-Spectrum – Moduler la fréquence de l'horloge diffuse l'énergie sur une bande plus large, réduisant les émissions de crête à des harmoniques spécifiques.
  • Les conducteurs à faible vitesse[ – L'utilisation de CI à taux de déplacement contrôlé (p. ex. LVCMOS au lieu de CML à haute vitesse, si possible) réduit le contenu en haute fréquence.
  • Filtres EMI intégrés[ – Certains connecteurs et IC incluent le filtrage intégré pour le bruit en mode commun et différentiel.

Exemple pratique : Atténuer les émissions d'un SMPS

Envisager un convertisseur de retour de 12 V et 3 pour une charge numérique. Sans atténuation, les émissions de courant alternatif effectuées dépassent les limites de la classe B de FAC de 2 MHz à 10 MHz. Les étapes suivantes mettent la conception en conformité :

  1. Ajouter une étranglement à mode commun (2 mH, notée pour 3 A) entre le redresseur et le condensateur d'entrée.
  2. Placer un condensateur Y 0,1 μF du sol DC à la terre (en utilisant un condensateur Y2 évalué en sécurité).
  3. Remplacer le condensateur en vrac d'entrée par un type de système à bande basse et ajouter un condensateur de film de 10 nF en parallèle.
  4. Améliorer la technique d'enroulement du transformateur pour réduire la capacité inter-enroulement.
  5. Replacez la boucle de commutation primaire de façon serrée sur le PCB, avec un plan au sol sur le côté secondaire.

Après ces changements, la nouvelle mesure montre une marge de 15 dB μV à toutes les fréquences.

Conclusion

Les émissions réalisées constituent un défi omniprésent dans l'électronique moderne, mais elles peuvent être systématiquement traitées par une combinaison de connaissances en matière de normes, de mesures précises et de techniques d'atténuation éprouvées. En commençant par un filtrage robuste aux entrées de puissance, une mise en page soignée des tableaux et une mise à la terre adéquate, on peut établir une conception conforme.