Méthodologie pour simuler et modéliser une carte électronique en CEM et intégrité du signal

Pour répondre aux besoins publics, les industries de conception et de fabrication des cartes électroniques ou PCB (Printed Circuit Board) s’orientent vers une technologie électronique avec implémentation à haute densité. Les électroniques sont de plus en plus contraintes de fonctionner dans des environnements sévères. Comme tous les équipements électriques, les PCB et les circuits électroniques doivent systématiquement satisfaire aux contraintes de compatibilité électromagnétique (CEM) [E 1 320] [E 2 475]. À la différence des autres domaines de l’ingénierie, la conception en CEM des PCB nécessite des notions fondamentales [E 1 302] et des éléments de connaissance en matière de théorie des circuits et d’électromagnétisme. Les tests de CEM de conformité sont mis au point avec des méthodologies adaptées aux équipements électriques et à leurs environnements de fonctionnement [E 1 315].

Cependant, quels que soient les équipements et plus particulièrement les PCB, il faut noter que les tests en CEM sont souvent onéreux et demandent un temps d’exécution pouvant être fastidieux. Pour remédier à ce coût, il est possible d’agir en amont durant la phase de conception en mettant au point des modèles analytiques ou numériques des émissions et des susceptibilités en modes rayonné et conduit. À l’image des tests expérimentaux, il existe divers types des modèles en CEM. Tout d’abord, on peut noter les modèles systémiques pouvant s’appliquer aux circuits relativement complexes. Des modèles analytiques des émissions de rayonnement en champ proche des PCB peuvent être considérés. À l’inverse, l’influence du rayonnement EM se modélise aussi avec des fonctions analytiques de couplage avec les éléments des PCB. Des modèles d’émission et de susceptibilité conduite des composants sont également des solutions pour les fabricants des équipements. Pour les ingénieurs de conception, tous ces différents modèles permettent de prédire les éventuels effets en CEM avant d’effectuer la réalisation. Pour les PCB, il est important de souligner qu’il est imaginable de développer des techniques de réduction des effets de CEM par exemple en utilisant des circuits à Temps de Propagation de Groupe (TPG) négatifs.

En plus des modèles de CEM composants [E 2 475], les interconnexions électriques jouent un rôle important dans la conception en CEM des PCB. Une modélisation des composants localisés passifs à base des réseaux de neurone est proposée dans la littérature. Des cas de modélisation d’interconnexions électriques validés avec des Lignes de Transmission (LT) micro-ruban ont été proposés.

Le présent article est destiné à développer une méthodologie de simulation en CEM conduite d’un circuit électronique représentant un PCB. La méthode dépend de la définition de l’environnement de test à l’origine des bruits de perturbation comme le cas de l’alimentation et des sources de décharges. Ensuite, le schéma équivalent électrique de couplage des tensions ou des courants représentant les émissions de CEM conduites est nécessaire. Dans ce schéma, tous les éléments sensibles ou pouvant influencer les paramètres d’Intégrité de Signal (IS) et d’Intégrité de Puissance (IP) devront être modélisés. Pour cette étude, on s’intéresse au cas des composants passifs R, L et C, actifs comme un oscillateur et un microcontrôleur (µC ou MCU), et également à l’effet des interconnexions électroniques. Puis, la Sûreté de Fonctionnement (SdF) vis-à-vis des perturbations de CEM affectant le circuit sera estimée.

Le lecteur trouvera en fin d'article un glossaire et un tableau des sigles et des notations utilisés.