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EMC

Diaphonie de piste PCB (CEM)

Estime la diaphonie de piste PCB (couplage capacitif et inductif) pour l'analyse de pré-conformité CEM.

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Formule

V_cap = V_A × C_m × 2πf × Z, V_ind = L_m × 2πf × (V_A/Z)

Comment ça marche

La diaphonie des traces de PCB se produit par deux mécanismes : le couplage capacitif (champ électrique) et le couplage inductif (champ magnétique). Le couplage capacitif injecte un courant proportionnel à dV/dt de la trace de l'agresseur : V_cap = V_A × C_m × 2πf × Z, où C_m est la capacité mutuelle par mètre et Z est l'impédance de terminaison de la victime. Le couplage inductif injecte une tension proportionnelle à Di/dt : V_ind = L_m × 2πf × (V_A/Z), où L_m est l'inductance mutuelle par mètre. La diaphonie totale est la somme vectorielle. Les deux mécanismes augmentent avec la fréquence, faisant de la diaphonie l'une des principales préoccupations de la CEM pour les traces numériques à haut débit. La diaphonie NEAR-END (NEXT) fait la somme des deux contributions ; la diaphonie FAR-END (FEXT) les annule partiellement. La diaphonie est mesurée en dB par rapport à la tension de l'agresseur.

Exemple Résolu

Problème : Deux pistes de microruban de 50 Ω fonctionnent en parallèle avec une capacité mutuelle de 20 pF/m et une inductance mutuelle de 10 nH/m. L'agresseur transmet 3,3 V à 100 MHz. Calculez la diaphonie capacitive, inductive et totale. Solution : 1. Couplage capacitif : V_cap = 3,3 × 20×10¹² × 2π × 10× 50 = 3,3 × 20×10¹² × 3,14×10¹ = 2,07 mV 2. Couplage inductif : V_ind = 10 × 10 × 2 π × 10 × (3,3/50) = 10 × 10 × 3,14 × 10 × 0,066 = 0,207 mV 3. Diaphonie totale : v_xT = √ (2,07² + 0,207²) = 2,08 mV 4. Diaphonie en dB : XT = 20 · log (2,08/3300) = 20 · log (6,3 × 10) = −64 dB Résultat : une diaphonie de −64 dB est typique pour cette géométrie. Une valeur inférieure à −40 dB est généralement acceptable pour la plupart des signaux numériques.

Conseils Pratiques

  • ✓Augmentez l'espacement des traces : la diaphonie diminue approximativement comme le carré de la distance pour le couplage en champ lointain ; le fait de doubler l'espacement réduit souvent la diaphonie de 12 à 18 dB.
  • ✓Utilisez une trace de garde attachée à la terre en plusieurs points entre les traces sensibles de la victime et les traces bruyantes de l'agresseur pour intercepter le couplage par champ électrique.
  • ✓Minimiser la longueur des lignes parallèles : la diaphonie est proportionnelle à la longueur du parallèle ; le routage orthogonal sur les couches adjacentes réduit considérablement la diaphonie.

Erreurs Fréquentes

  • ✗En supposant que la diaphonie n'est qu'un problème d'intégrité du signal, elle crée également des sources d'émission rayonnées ; le bruit de la trace de la victime peut être réémis s'il est acheminé vers un câble ou un connecteur.
  • ✗Routage de paires de signaux à haut débit en parallèle sur de longues distances sans règles d'espacement — La norme IPC-2141A recommande une règle de 3 W (séparation des traces ≥ 3 fois la largeur des traces) pour maintenir la diaphonie en dessous de −40 dB.
  • ✗Mélanger différentes lignes d'impédance dans la même couche de couche : les discordances augmentent les réflexions, ce qui peut aggraver la diaphonie.

Foire Aux Questions

Cela dépend de l'impédance de la source et de l'impédance de charge. La diaphonie capacitive est pire lorsque la trace de la victime a une impédance de charge élevée. La diaphonie inductive est pire lorsque la victime a une faible impédance. Pour les paires différentielles dans les systèmes 50/100 Ω, les deux sont à peu près similaires ; la règle IPC 2141 3W permet de contrôler les deux.
Oui Le bruit injecté dans la trace d'une victime peut être transmis aux connecteurs d'E/S et rayonner par les câbles. Il s'agit d'un mode de défaillance courant dans les tests CEM : l'antenne rayonnante n'est pas la source d'agression elle-même mais un câble d'E/S couplé par diaphonie.
Un plan de référence solide fournit un chemin de retour à faible impédance directement en dessous de chaque trace, réduisant ainsi la surface effective de la boucle et le coefficient de couplage entre les traces adjacentes. La diaphonie entre les traces stripline (enterrées entre deux plans de référence) est supérieure de 6 à 20 dB à celle des microrubans à la même séparation de traces.

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