EMC

Estimation des émissions rayonnées

Estime les émissions rayonnées en champ lointain d'une boucle de courant PCB avec le modèle d'antenne à petite boucle. Comparaison avec CISPR 22/FCC classe B.

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Formule

E ≈ 263 × f² × A × I / r [V/m, f in MHz, A in m²]

Référence: Henry Ott, Electromagnetic Compatibility Engineering

f— Frequency (MHz)

A— Loop area (m²)

I— Loop current (peak) (A)

r— Distance (m)

Comment ça marche

Les émissions rayonnées par les PCB sont principalement causées par des boucles de courant, des traces transportant du courant à haute fréquence depuis de petites antennes à boucle. Le champ électrique à la distance r d'une petite boucle de courant dans l'espace libre est approximé par E ≈ 263 × f² × A × I/r [V/m], où f est en MHz, A est la surface de la boucle en m² et I est le courant de pointe en A. Conversion vers l'unité de mesure commune : E [dBμV/m] = 20 · log( E × 10). La CISPR 22 Classe B fixe une limite d'émission rayonnée de 40 dBμV/m à 3 m pour les fréquences de 30 à 230 MHz. Marge = 40 − E_mesuré [dBμV/m]. La réduction de la surface de boucle (routage de retour à la terre plus serré) ou de la fréquence de commutation est souvent plus efficace qu'un blindage post-conception.

Exemple Résolu

Problème : Un convertisseur de commutation PCB génère une crête de 10 mA à 100 MHz via une boucle de 1 cm². Quel est le champ E estimé à 3 m et quelle est la marge par rapport à la norme CISPR 22 Classe B ? Solution : 1. Convertissez les unités : I = 10 mA = 0,01 A ; A = 1 cm² = 1 × 10⁄4 m² ; f = 100 MHz ; r = 3 m 2. E = 263 × 100 ² × 1 × 10 × 0,01/3 = 263 × 10 000 × 10 000 × 0,01/3 = 263 × 10 000 × 3,33 × 10¹ = 8,77 μV/m 3. E [dBμV/m] = 20 ·log (8,77) = 18,9 dBμV/m 4. Marge = 40 − 18,9 = 21,1 dB Résultat : une marge de 21 dB est confortable, mais il y a probablement plusieurs boucles sur le circuit imprimé, de sorte que l'effet cumulatif peut être plus élevé. Réduisez la zone de boucle ou le courant de commutation pour améliorer la marge.

Conseils Pratiques

✓Minimisez les zones de boucle : acheminez les courants de retour directement sous les traces du signal, utilisez un plan de masse solide et maintenez les condensateurs de découplage à proximité du circuit intégré.
✓Utilisez la règle empirique : réduire de moitié la surface de la boucle réduit le champ E de 6 dB, ce qui est généralement moins cher que l'ajout d'un boîtier blindé.
✓Pour le scan préalable à la conformité, utilisez une sonde de champ H en champ proche pour identifier la boucle d'émission dominante avant d'apporter des modifications.

Erreurs Fréquentes

✗En supposant que la formule donne une valeur absolue précise, il s'agit d'une simple estimation en champ lointain qui ignore les réflexions dans le plan du sol, le facteur d'antenne de l'antenne réceptrice et le couplage de sources multiples.
✗En oubliant que les émissions augmentent à mesure que f², le doublement de la fréquence permet de quadrupler le champ émis ; c'est pourquoi les horloges à haute fréquence constituent la principale source d'émission.
✗Mesurer uniquement à 3 m et passer : la norme CISPR 22 nécessite un balayage de 30 MHz à 1 GHz ; les émissions maximales se produisent souvent à des harmoniques plus élevées de la fréquence de commutation.

Foire Aux Questions

Quelle est la différence entre les limites rayonnées CISPR 22 et FCC Part 15 ?

La CISPR 22 (désormais remplacée par la CISPR 32) fixe des limites pour les équipements multimédia, principalement utilisés en Europe. La classe B de la FCC Part 15 utilise des limites similaires (40 à 43 dBμV/m à 3 m en dessous de 230 MHz). Les deux convergent vers approximativement les mêmes valeurs dans la pratique.

La formule s'applique-t-elle aux traces de microruban sur un PCB ?

Oui, mais à peu près. Un tracé de microruban sur un plan de sol forme une boucle partielle ; la surface effective de la boucle est déterminée par la hauteur du tracé au-dessus du plan et sa longueur. La formule fournit une estimation d'ordre de grandeur utile pour les décisions de conception avant la conformité.

Puis-je utiliser cette estimation pour prédire si mon produit réussira les tests CEM ?

Uniquement à titre d'indicateur approximatif. La formule suppose une seule boucle isolée en espace libre. Les produits réels ont de nombreuses boucles, résonances et réflexions. Utilisez-le pour une analyse comparative de la conception (quel correctif réduit le plus les émissions ?) plutôt qu'une prédiction absolue de réussite ou d'échec.

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