CEM_2004

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La compatibilit lectromagntique - CEM

Compatibilit lectroMagntique

CEM

Compatibilit lectroMagntique

CEM

Fabrice CAIGNETLAAS - [email protected]

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1. Introduction - prsentation

2. Les dfaillances et leurs remdes

3. Les mthodes de mesures

4. La modlisation

5. Conclusion orientations

Plan CoursPlan Cours

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Chap. I: Introduction prsentation

Dfinitions

Le langage de la CEM

La CEM au niveau systme

Les dfaillances et leurs causes

Les principales lois mises en jeux

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CEM : Compatibilit lectroMagntique (EMC)

La Compatibilit ElectroMagntique (CEM) est le fait, pour des quipements de supporter mutuellement leurs effets lectromagntiques.

Selon le dcret franais concernant la CEM, il s'agit de la capacit d'un dispositif, quipement ou systme, fonctionner de manire satisfaisante dans son environnement lectromagntique, sans introduire lui mme de perturbations lectromagntiques de nature crer des troubles susceptibles de nuire au bon fonctionnement des appareils ou des systmes situs dans son environnement.

Selon le dcret franais concernant la CEM, il s'agit de la capacit d'un dispositif, quipement ou systme, fonctionner de manire satisfaisante dans son environnement lectromagntique, sans introduire lui mme de perturbations lectromagntiques de nature crer des troubles susceptibles de nuire au bon fonctionnement des appareils ou des systmes situs dans son environnement.

Onde electro-magntique

DefinitionDefinition

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Dbut des annes 30 : dbut des communications radio

- Apparition des problmes dinterfrences radio (dus aux moteurs lectriques etc.)

- 1933 : Cration du CISPR (Comit International Spcial des Perturbations Radiolectriques) par la CEI (Commission lectrotechnique internationale) qui dveloppe des normes pour viter les interfrences.

- Durant la deuxime guerre mondiale, lutilisation dappareils lectroniques (radio, navigation, radar) sest acclre. Beaucoup de cas dinterfrences entre radios et systmes de navigation arienne.

- Le CISPR continue son activit en produisant plusieurs publications techniques prsentant des techniques de mesure des perturbations, et recommandant des valeurs limites dmissions. Plusieurs pays europens ont adopt ces valeurs limites recommandes par le CISPR.

Un peu dhistoireUn peu dhistoire

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- Due la sensibilit de plus en plus accrue des circuits lectroniques,lAmerican Federal Communications Commission (FCC) a publi en 1979 desnormes limitant les missions lectromagntiques de tous les appareilslectroniques. Les valeurs limites dfinies par la FCC correspondentdans lensemble celles recommandes par le CISPR.

- Laugmentation la plus significative des problmes dinterfrences estapparue avec linvention des composants lectroniques haute densit,tels que le transistor bipolaire dans les annes 1950, le circuit intgrdans les annes 1960, et les puces microprocesseur dans les annes1970. Par ailleurs, le spectre frquentiel utilis devient beaucoup pluslarge, ce pour subvenir aux besoins de plus en plus croissants detransmission dinformation.

Un peu dhistoireUn peu dhistoire

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Principe de base CEM : Compatibilit lectroMagntique

Champs magntiques et lectromagntiques

Tout conducteur travers par un courant lectrique rayonne un champ magntique H. Si un conducteur lectrique formant une boucle S est travers par le champ magntique H, toute variation de H va induire une f..m. dans la boucle entranant la circulation d'un courant de perturbation dans le circuit si cette boucle est ferme

La perturbation est proportionnelle la surface de boucle et la variation . Elle devient importante pour des phnomnes transitoires rapides ainsi que lorsque la surface de boucle est importante.

dtdH

Introduction - prsentationIntroduction - prsentation

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i

Gnration dun champ

dv/dt

Phnomne dantenne

On gnre Champ Magntique On gnre une Onde Electromagntique


Les paramtres mis en jeux sont dordre gomtrique et dpendent des frquences et des nergies

Loi de Biot et Savart

BEM


fc=

c= 300000 km/s, f = frquence en Hertz, = longueur donde en m

4=antenne

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iB

Couplage

MAGNETIQUE

vE

Couplage

ELECTRIQUE

On gnre un courant On gnre une tension



Les paramtres mis en jeux sont dordre gomtrique et dpendent des frquences et des nergiesAttention toute particulire aux variations de courants

Adaptation

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CEM : Compatibilit lectroMagntique (EMC)


Susceptibilit mission

nergie lectromagntique venant de lextrieur

nergie lectromagntique mise

(Pollution lectromagntique)

Les deux concepts majeurs de la compatibilit lectromagntique du composant

Circuit IntgrSystmesEMI

(ElectroMagnetic Interferances)

EMI(ElectroMagnetic Interferances)

EMC(ElectroMagnetic Compatibility)

EMC(ElectroMagnetic Compatibility)

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La Compatibilit ElectroMagntique (CEM) est le fait, pour des quipementsde supporter mutuellement leurs effets lectromagntiques

Ces dernires annes, plusieurs facteurs se sont conjugus pour augmenter l'importance de la CEM :

Perturbations de plus en plus importantes lies l'augmentation de la

tension et de l'intensit

circuits niveau d'nergie de plus en plus faible, donc de plus en plus

sensibles

Distances entre les circuits sensibles (souvent lectroniques) et les

circuits perturbateurs (souvent de puissance) qui se rduisent

Explosion du nombre des matriels de tlcommunication.

CEM : en rsum

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CEM : en rsum


Un systme lectromagntiquement compatible respecte 3 critres :

- Il ne produit aucune interfrence avec dautres systmes

- Il nest pas susceptible aux missions dautres systmes

- Il ne produit aucune interfrence avec lui-mme.

Dcomposition dun problme de CEMDcomposition dun problme de CEM

Couplage

Dgats

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La notion de couplage lectromagntique


Couplage avec la masse

Couplage avec dautres conducteurs

hSC r0= Approximation de la capacit donne par deux surfaces mtalliques en regard

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Mobile


La CEM est un problme de compatibilit au niveau systmeLa CEM est un problme de compatibilit au niveau systme

Personal entrainments

Systmes de scurit

missionmission

Composant

Equipments

Cartes

SusceptibilitSusceptibilit

Source

Source

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Onde lectromagntique

Faute systmeFaute matrielle

Faute logicielle

Perte de fonction

p

mixedCouplage par cbles et E/S

Susceptibilit des systmes lectroniques aux agressions lectromagntiques

Destruction


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Ces dernires annes, plusieurs facteurs se sont conjugus pour augmenter l'importance de la CEM : perturbations de plus en plus importantes lies l'augmentation de la tension et de l'intensit circuits niveau d'nergie de plus en plus faible, donc de plus en plus sensibles distances entre les circuits sensibles (souvent lectroniques) et les circuits perturbateurs (souvent de puissance) qui se rduisent explosion du nombre des matriels de tlcommunication (sources).


Lvolution de la CEM

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0.7m, 5V 100,000 transistors, 50MHz 10mA/ns Peu de problmes

d'lectromagntisme

0.12m, 1V 200M transistors, 1-2GHz 5A/ns Emission parasite, susceptibilit aux

agressions

10 ans dvolution en Microlectronique 10 ans dvolution en Microlectronique

1992 2002


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Exemple : CEM dans un systme complexe

Exemple : CEM dans un systme complexe

Tir de IEEE Spectrum, Sept. 1996.

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Exemple : CEM dans un systme complexeExemple : CEM dans un systme complexeTir de IEEE Spectrum, Sept. 1996.


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Exemple : Les dcharges lectrostatiquesExemple : Les dcharges lectrostatiques

ElectroStatic discharge : ESD

kV


Destruction

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Exemple : Sur-tensions et chocs de foudreExemple : Sur-tensions et chocs de foudre

Ce sont des perturbations impulsionnelles de forte amplitude.Leur origine peut tre naturelle dans le cas du choc de foudre, ou industrielle lors de la coupure de circuits inductifs ou de la manoeuvre d'appareillage de connexion en HT.

Dans le cas des surtensions de manoeuvre, les consquences sont peu nombreusespour le matriel lectrotechnique, mais elles peuvent entraner la destruction du matriellectronique si celui ci n'est pas protg.

Les chocs de foudre sont eux des perturbations brusques et trs importantes, ellesseront traites dans un dossier spcifique.


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Exemple : impulsion nuclaire lectromagntiqueExemple : impulsion nuclaire lectromagntique

Ce sont des perturbations damplitude extrmement forte.

Dans ce cas la plupart des quipements lectriques sont touchsdtruits


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Sources permanentes (frquence fixe)

- Emetteurs radio

- Radars

- Bruits des moteurs lectriques

- Communications fixes et mobiles

- Ordinateurs, crans, imprimantes

- Redresseurs

- Etc.

Sources transitoires (large de bande de frquence)

- La foudre

- Impulsion nuclaire dorigine orageuse (NEMP : Nuclear Electromagnetic Pulse)

- Dfauts dans les lignes dnergie

- Interruption de courant (disjoncteurs)

- Dcharge lectrostatique

- Etc.

Quelles sont les sources principales de perturbation?Quelles sont les sources principales de perturbation?


Sources permanentes large bande de frquence

- Systmes lectroniques

- Microprocesseurs

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Frquences et niveaux de bruit associs aux diffrentes sources de perturbations typiques

Frquences jusqu environ 300 MHzMoteurs collecteur(bruit de commutation)

Temps de monte de 1 10 nsUne dizaine de kV

Dchargelectrostatique

Transitoires rapides (temps de monte quelques ns, amplitude de quelques kV)

Appareils de coupuredu courant

Transitoires de type double-exponentielle, temps de monte de lordre de 1 ms, dure de quelques dizaines de ms, amplitude denviron 10 kV.Formes donde oscillatoires 100 kHz.Creux de tension (jusqu une dure de 100ms)Harmoniques jusqu environ 2 kHz

Rseau lectrique

CommentairesType de source


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Sur une trs large bande de Frquence qq MHz a qq GhzTres faible qq 10mV, mais importante volution du di/dt

Circuits logiques(hautes performances)

Autour de qq mHzFaible qq 100mV

Circuits logiques(de bases)

Autour de 1-2GHz suivant les normes de communicationQuelques V

Radio-tlphonie

Spectre de bruit continu de 1 kHz 100 MHzAlimentation dcoupage

CommentairesType de source

Frquences et niveaux de bruit associs aux diffrentes sources de perturbations typiques


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100mA

3 A

32 bit processor500MHz

62.5ns

2ns

16 bit processor16 MHz

I

time time

I

volution des pics de courants avec lintgration


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Principe de base CEM : Illustration de linfluence des paramtres gomtriques

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Dcibel

Les grandeurs utilises en CEM sont souvent exprimes en quantit

logarithmique dB (dcibel).Pourquoi???

Ceci est d dune part au fait que les calculs deviennent plus simples : les produits se transforment en additions et les quotients en soustractions.Dans les problmes dinterfrences, il est souvent ncessaire decomparer des signaux de trs grande et de trs faible amplitudes. Le rapport des amplitudes se transforme alors en leur diffrence en dB.

Le dB reprsente un rapport logarithmique de deux valeurs. Il est donc sans unit.

Le langageLe langage

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dB = 20 log10 Vout/Vin

dBV = dcibel volt = 20 log10 V1V = 10-6V1 dBV = dcibel microvolt = 20 log10 V +120dB

En RF

1. Petites formulations

Dcibels


Dcibel

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Voltage

Aux vues des grandes diffrences damplitudes des signaux use of dB (decibel) in EMC

On trouve : dBV, dBA.dBV = 20 log ( V)

dBA = 20 log ( A ) 0.1

10

1

100

0.01

Volt dBV

0.001

0.001

0.1

0.01

1

0.001

MilliVolt

dBV

0.0001

VdBV = 20 log (V/ 1V)

Mais aussi dBV

Unit spcifique


1 dBV = dcibel microvolt = 20 log10 V +120dB

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PdBmW = 10 log (P/ 1mW) = 10 log (P) + 30

The most common power unit is the dBmW (dB milli-Watt)

We can also have the equivalence between VdBVand PdBmW with P = V / Z :

1W

1MW

1KW

1GW

Power(Watt)

1mW

PuissancePuissance

1 mV = ___ dBV

1 W = ___ dBmW

0dBm in 50 = ___ dBV

Exercise: Specific units

Power(dBm)

1W


Attention

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Unit spcifique

Les valeurs de rfrences communes dans la CEM


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Norme DECT GSM DCS UMTS

Frq 1880 900 1800 1900

P (W) 0.25 2/8 1 1

Porte Km 0.15 30 20 20

Canaux 20 2x25 2x75 ?

TFTS

1670

30dB

250

2x5

2x = de chaque ct

Unit spcifique : panorama de la tlphonie mobile


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140 (dB)

120

100

80

60

40

20

3 MHz100m

30 MHz10m

300 MHz1m

3 GHz10 cm

30 GHz1 cm

300 GHz1 mm

TV VHF

Amateurs

Amateurs GSM

TV UHF

Radars militaires

Satellites

Radars mto

Four microonde Tl

page TV VHF

DECT

TFTS

Unit spcifique : panorama


Frquence

Longueur donde

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1 mV = ___ dBV

1 W = ___ dBmW

0dBm in 50 W = ___ dBV

Unit spcifique : exercices


Sous 50 , 1V donne une puissance de 137dB, soit 107dBm (P = V2/R)

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- Les perturbations harmoniques sont situes dans un spectre basse frquence stendant jusqu quelques kHz.

- Les perturbations hautes frquences se situent dans un spectre stendant jusqu plusieurs GHz.

Harmoniques : notions de frquence

HzkHz MHz GHz


hautes frquencesbases frquences

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Rappel du thorme de Fourier (Joseph)mathmaticien franais n Auxerre (1768-1830).


Harmoniques : la transforme de Fourier

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Harmoniques : la transforme de Fourier

Y0Y1

Y5

Y9

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Harmoniques

Exemple dapplication du thorme de Fourier sur un signal carr

Notion de taux de distorsion

Reprsentation temporelleReprsentation temporelle


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Harmoniques

Exemple dapplication du thorme de Fourier sur un signal carr

Notion de taux de distorsion

Reprsentation spectraleReprsentation spectrale


Harmonix

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Domaine temporel

Volt

Time

Domaine FrquentielFourier transform (FFT)

Freq (Log)

dB

Invert Fourier transform (TFFT)

Principes


Harmoniques et la CEM : reprsentation frquentielle

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Frequency (Log)

dBV

Tolerate high energy at low frequency (like 10MHz)

Tolerate only very low energy in critical bands (like 2GHz)

Users specification

Pourquoi le domaine des frquences et si important?


Mise en place dun systme devant rsister un certain niveau de Pollution lectromagntique.

Too high energy, not compatible with the specifications

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Transformation de Fourier

Small sinusoidal wave above noise

Seems to be only noise



Domaine temporel Domaine Frquentiel

Mise en vidence de frquences extraire

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Formes donde typiques et leur spectre frquentiel

Formes donde typiques et leur spectre frquentiel


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Exemple : Pics de courant internes dans un circuits intgr(commutation dun inverseur CMOS)

FourierAmplitude (A)

Temps

Clock 1GHz, rise time 50ps1ns

50ps

EnergieImportante 30GHz!



Gnration de tres nombreusesharmoniques

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Harmoniques : Principeaux gnrateurs dharmoniques

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0

19 38

30 Hz10000Km

FrquenceLongueur donde

300 Hz1000Km

3 KHz100Km

30KHz10Km

Dnomination des plages de frquence

Audiofrquences BassesFrquences

Energie lectrique Chauffage induction

Tlcommunications

Applications principales

Tlphonie par cbleTlphonie ondes longues


Harmoniques : Panorama

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300KHz1Km

3 MHz100m

30 MHz10m

300 MHz1m

3 GHz10 cm

30 GHz1 cm

Moyennes

HautesHF

Trs HautesVHF

Ultra HautesUHF

SuperHautesSHF

Extrm.HautesxHF

SOS

Tlphonie ondes courtes

Radio AM

FM

Tlvision Radar

GSM

300 GHz1 mm

microonde

Terribl.HautesTHF


Harmoniques : Panorama (suite)

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30 MHz10m

300 MHz1m

3 GHz10 cm

30 GHz1 cm

Very highVHF

Ultra highUHF

SuperhighSHF

Extrem. highxHF

FM

Televison Radar

300 GHz1 mm

Tremend.highTHF

1 2 4 8 12 30GHz

L S C X K

Infra rouge

Visible (0.7m)

Microwave

BlueTooth

Local Wireless

3THz100m

Microwaves

Quelles sont les gammes de frquence critiques ?


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Spcification dun systme : Niveau de perturbation

La CEM dans le systmeLa CEM dans le systme

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Susceptibilitmission%100

Niveau de Perturbationen dB

Limite dmission Limite dimmunitNiveau de compatibilit

Probabilit de gnrer ce niveau de perturbation

Probabilit dtre gn ce niveau de perturbation

Marge de compatibilit

Marge dmission

Marge dimmunit

Notions de niveaux critiques ?


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Specification for board emission

Emission Parasite (dBV)

-10

0

10

20

30

40

50

60

70

80

1 10 100 1000f (MHz)

Emission mesure

EMC compatible

quipement

Board

On reprsente le niveau dnergie mise par un systme en fonction de la frquence

mission


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Niveau de Susceptibilit

(dBmA)

-40

-30

-20

-10

0

10

20

30

40

50

1 10 100 1000f (MHz)

Specification for board susceptibility

Current injection limit

Measured susceptibility

A very low energy produces a fault

On reprsente lnergie susceptible de perturber un systme en fonction de la frquence

SusceptibilitLa CEM dans le systmeLa CEM dans le systme

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Susceptibility level (dBmA)

-40

-30

-20

-10

0

10

20

30

40

50

1 10 100 1000f (MHz)

Somme des perturbations

Susceptibility level

High risk of interference

Safe interference

marginUnsafe margin

Principe pour garantir limmunit dun systme

missionSusceptibilit &


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0 50 100 Frquence (GHz)

0.1

1.0

10

100

0.5

5.0

50

Attnuation (dB)

Absorption 60 Ghz

Absorption 120 Ghz

Autre dnomination : Niveau dabsorption


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CARACTERISTIQUES DES PERTURBATIONS ELECTROMAGNETIQUESCARACTERISTIQUES DES PERTURBATIONS ELECTROMAGNETIQUES

Une perturbation lectromagntique se traduit par l'apparition d'un signal lectriqueindsirable venant s'ajouter au signal utile. C'est ce signal importun qui peut dgrader le fonctionnement d'un quipement.

Les sources des missions lectromagntiques peuvent tre d'origine :

Naturelle : atmosphriques, galactiques, solaires, bruit thermique terrestre, ...

Artificielle. Parmi ces sources, certaines sont :

intentionnelles : metteurs radiolectriques, fours micro-ondes, fours induction, ...

non intentionnelles : systmes d'allumage des moteurs explosion, tous les systmes d'enclenchement et de coupure d'un signal lectrique, lampes dcharge, horloge des systmes informatiques, ...


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V

t

Les consquences de ces variations restent faibles, la tension ne variant que dans la limite des 10%. Exemple : Sur certains rcepteurs, comme l'clairage, cela peut provoquer du flicker (papillotement).

Fluctuations de tensionFluctuations de tension

Les dfaillancesLes dfaillances

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Creux de tension et coupures brvesCreux de tension et coupures brves


Il s'agit d'une diminution de la tension comprise entre 10% et 100%, pendant unedure allant de 10 ms (une demi priode) 1 mn. Elles sont provoques par la mise sous tension de gros rcepteurs, de condensateurs, par la proximit d'un court circuit sur un circuit voisin, par la coupure associe au renclenchement automatique d'un dispositif de protection.Les consquences vont du dcrochage des moteurs asynchrones, l'initialisationdes systmes automatiques voire la perte de l'alimentation.

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Variation de frquenceVariation de frquence


Composante continue sur le rseauComposante continue sur le rseau

Dsquilibre de phases Dsquilibre de phases

C'est essentiellement la transmission de courants porteurs utiliss par :les distributeurs d'nergie pour vhiculer les ordres tarifairesles composants de commande distance (CAD)les systmes de communication interne de type interphone sur rseau

Tous ces signaux peuvent perturber certains composants trs sensiblesnotamment aux harmoniques.

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Les effets termeLes effets terme

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iB

CouplageMAGNETIQUE

vE

CouplageELECTRIQUE

On gnre un courant parasite caractris par :

- amplitude- frquence

On gnre une tension parasite caractris par :

- amplitude- frquence


Les principales lois mises en jeuLes principales lois mises en jeu

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MODES DE TRANSMISSION DES PERTURBATIONSMODES DE TRANSMISSION DES PERTURBATIONS


Couplage par rayonnement

Couplage par conduction

Il existe deux mode de propagation des perturbations lectromagntiquesCouplage par rayonnement Couplage par conduction (la perturbation se propage le long des cables) :

Mode communMode diffrentiel

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Mode Conduit Mode rayonn

supplier

Les alimentations (VDD/VSS) propagent les parasites

Les ondes EM se propagent travers lair

Les modes de couplage :

1GHz

Les dfaillances et leurs causesLes dfaillances et leurs causes

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Mode diffrentiel (mode symtrique)Mode diffrentiel (mode symtrique)


cest le mode de fonctionnement de tous les signaux lectroniques et des alimentations

La propagation s'effectue en mode diffrentiel lorsque la perturbation est transmise un seul des conducteurs actifs. Le courant de mode diffrentiel se propage sur l'un des conducteurs, passe traversl'quipement et revient par un autre conducteur.

Impdance de mode commun

ddp

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Mode commun (ou asymtrie)Mode commun (ou asymtrie)


La propagation s'effectue en mode commun lorsque la perturbation est transmise l'ensemble des conducteurs actifs. Le courant de mode commun se propage sur tous les conducteurs dans le mme sens et revient par la masse travers les capacits parasites

Ils peuvent tre induits par un champ externe dans la boucle forme par le cble, le plan de terre et les impdances de connexion des quipements et la terre.

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Couplage par rayonnement (diaphonie Crosstalk)Couplage par rayonnement (diaphonie Crosstalk)


les perturbations sont vhicules par le milieu ambiant (air). La diaphoniepourra tre :

inductivecapacitive

les perturbations sont vhicules par le milieu ambiant (air). La diaphoniepourra tre :

inductivecapacitive

La description du champ lectromagntique gnr par un systme estsouvent difficile car chaque systme contient en gnral plusieurs sources qui contribuent au rayonnement. :

Il peut y avoir un certain nombre de (petits) boucles de courant, dontchacun peut tre assimil un diple magntique.

ll peut y avoir une contribution importante des courants en mode commun circulant dans les cbles de connexion. Ces derniers peuvent treassimils des diples lectriques.

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Couplage inductifCouplage inductif


Une variation de courant dans un conducteur cre un champ magntique qui rayonne autour de ceconducteur. Un circuit voisin peutalors voir apparatre une tension induite perturbatrice si la variation de courant est importante.

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Couplage capacitifCouplage capacitif


Il existe toujours une capacit non nulle entre deux lmentsconducteurs. Toute diffrence de potentiel entre ces deux lmentsva gnrer la circulation d'un courant lectrique au travers de cette capacit parasite. Ce courant parasite sera d'autant plus levque la tension et la frquence de ce courant sont leves.

Couplage avec la masse

Couplage avec dautres conducteurs

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La valeur de la capacitparasite Cp sera :

proportionnelle la surface S en regard des deux circuits

inversement proportionnelle la distance h entre les deuxcircuits.

Couplage capacitifCouplage capacitif


Si ces capacits parasites sont ngligeables en 50 Hz, elles ont une importance considrable en HF o elles sont l'origine de dysfonctionnements

Si ces capacits parasites sont ngligeables en 50 Hz, elles ont une importance considrable en HF o elles sont l'origine de dysfonctionnements

hSC r0=

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Modle en HF & BFModle en HF

Mode de couplage en resum :Mode de couplage en resum :


SourceSource

ChampE & H

ChampE & H

Couplage capacitif

Couplage capacitif

Couplage inductif

Couplage inductif





champ conduction

Modle en BF

Courants et tensions induitsCourants et tensions induits

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COUPLAGE PAR IMPEDANCE COMMUNECOUPLAGE PAR IMPEDANCE COMMUNE

Un couplage par impdance commune se produit lorsque deux mailles ont en commun un tronon dont l'impdance ne peut tre considre comme ngligeable

Le courant circulant dans la maille M1 provoque une diffrence de potentiel dans la maille M2

Eviter les tronons communsOn relie alors les masses en un seul point.Diminuer les impdances, par exemple en largissant les pistes.

Eviter les tronons communsOn relie alors les masses en un seul point.Diminuer les impdances, par exemple en largissant les pistes.

RemdesRemdes

Les dfaillances les remdesLes dfaillances les remdes

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COUPLAGE PAR IMPEDANCE COMMUNECOUPLAGE PAR IMPEDANCE COMMUNE

ExempleExemple

Exercice : Si l'amplificateur a un gain de 1000 et que la rsistance de charge fait 50 Ohms, quelle rsistance de la piste en rouge rendrait l'amplificateur instable ?

la piste qui apparat en rouge est commune la maille d'entre et celle qui alimente la charge partir de l'alimentation.

Le courant de sortie Is va donc rinjecter une tension l'entre de l'amplificateur.

un condensateur de dcouplage pour les signaux variablesun condensateur de dcouplage pour les signaux variablesSolutionSolution


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COUPLAGE CAPACITIFCOUPLAGE CAPACITIF

Eviter les tronons communs On relie alors les masses en un seul point. Diminuer les impdances, par exemple en largissant les pistes.

Eviter les tronons communs On relie alors les masses en un seul point. Diminuer les impdances, par exemple en largissant les pistes.

RemdesRemdes


Capacit parasite liant deux lignes dun circuit imprim trop proches

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CAlageLes dfaillances les remdesLes dfaillances les remdes

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La modlisation lectromagntiqueLa modlisation lectromagntique

Mthodologie de conception

Conception PCBPrototype PCB Mesure CEM

frequenc

dB

peaks

Dtection des problmes en fin de cycle de conception

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DESIGN

Architectural Design

Design EntryDesign Architect

FABRICATION

Version n

EMC Measurements

GONO GO

+ 6 mo

nths

+ $$$$

$$$$

Compliance ?

Version n

EMC compliant

System on chip specification


Mthodologie de conception

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Optimisation des mthodologie de conception orient CEM

DESIGN

FABRICATION

EMC compliant

EMC SimulationsCompliance ?

GO

System on chip specification

Architectural DesignArchitecture

GuidelinesDesign Entry

Design Architect

EMC DesignGuidelines

EMC Models

Tools

Simulations(SPICE)

Simulations(SPICE)

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PCB de

IBIS et modle curIBIS Model

Prdiction optimiste de lmission du systme Bonne prdiction de

lmission du systme


Optimisation des mthodologie de conception orient CEM

PCB de test

Simulation

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Les lois lectriques mises en jeu : ModlisationLes lois lectriques mises en jeu : Modlisation

Loi dohm.

Aucun conducteur ntant parfait, ils possdent une rsistance interne

W

e L

1 carr

W

eeWW

SlR ===

Al = 0.0277 .m rsistivit de laluminiumCu = 0.0172 .m rsistivit du cuivree = paisseur du mtal (m).

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Loi dohm : leffet de peau.

Le conducteur est soumis une ddp de frquence trs leve (souvent suprieur au GHz )

les lectrons empruntent prfrentiellement la priphrie duconducteur modifiant ainsi sa rsistance

=> section efficace de conducteur plus faible, donc une rsistance effective plus leve.

J J ez

= 0 Expression de la densit de courant dans un conducteur

o J0 est l'amplitude relle du courant la surface, o z est la profondeur dans le conducteur (m).o est l'paisseur de peau (m)

paisseur de peau :

F.CAIGNET



Capacit dune interconnexion : capacit plane

Premire approximation de la valeur de la capacit dun conducteur plan

h

w

ground

e

rhWC r = 0

0 = 88.5 fF/cmr (SiO2) = 3.9

Simulation lectromagntique

F.CAIGNET




Prise en compte des effets de bord : cas plus raliste.

Attention ils est parfois inutile dutiliser cette formulationAttention ils est parfois inutile dutiliser cette formulation

W

ht

t/4 t/4

+++

+

=22221ln

220

th

th

thh

tWC r

La piste de section rectangulaire est remplace par un ovale composdun rectangle et de deux demi cercles : cas raliste des pistes

F.CAIGNET




Prise en compte des effets de bord : cas simplifier

h

e

w

CS CFCF

C11 = CS+2CF : capacit totale du conducteur vers la masse par unit de longueur (fF/mm).

+

+=

425.011.0

011 475.1443.113.1 he

hW

hWC r

F.CAIGNET



Capacit dune interconnexion : capacit de couplage

h

e

w d

Dfinition gomtrique

CSCF

C12

CS CF

Dfinition des paramtresdes interconnexions

Sakurai [SAKU83] propose une valuation de la capacit de couplage C12

38.132.008.1

012 43.082.1

+

+

=

hd

hW

heC r

F.CAIGNET


W1

W2C12

CcCs


Capacit dune interconnexion : capacit de croisement

Formulation propose par Nouet (97) pour les Circuits intgrs

( ) ( ) CSX CWWCWWCC 42 211221 +++=Cx = capacit totale de croisementCs = capacit de couplage inter niveau par unit de surface (F28)C12 = capacit linique de bord (solveur 2D)Cc = capacit unitaire de coin (solveur 3D)W1 = largeur du conducteur 1W2 = largeur du conducteur 2

F.CAIGNET



Les effets inductifs

Inductance quivalente dun fil seul

=dhL r

4ln21

0

L : inductance du fil en H/m0=1.257e-6 H/m et r=1 pour l'aird= diamtre du fil (m)h = hauteur du fil par rapport au plan de masse (m).

d

h

F.CAIGNET


h

e

w


Les effets inductifs

Inductance quivalente dun fil conducteur section rectangulaire (piste de PCB, piste de CI)

+=h

WW

hL r 48ln

21

011

L11 = inductance du conducteur (H/m)0=1.257e-6 H/et r=1 lairW = largeur du mtalh = hauteur par rapport au substrat.

F.CAIGNET



Les effets inductifs : couplage par impdance commune

effet d un courant circulant dans un conducteur d impdance non nulle

Lois empiriques des conducteurs classiques avec F en MHz plan de cuivre d paisseur e en mm

fil cylindrique de diamtre d en mm et de longueur L en m

piste de cuivre de 35m d paisseur, delongueur L en mm et de largeur W en mm

F.CAIGNET



La modlisation notion de champ lointain

Les champs lectrique et magntique s entretiennent mutuellement mais partir de de la source, il y a quilibre nergtique

F.CAIGNET



Exemple dimpdances quivalentes :

d

h

Fil au dessus dun plan de masse

=dhZ ln

21

0

=dh

Cln

2

=dhL ln

2

=dhZ 4ln

21

0

=dh

C4ln

2

=dhL 4ln

2

si d

F.CAIGNET



Schmas lectrique quivalent

Cox

R L CoxR

Choix du modles dune interconnexion seule

Les critres de choix : les valeurs des R, L,et CLes critres de choix : les valeurs des R, L,et C

Modle C Modle RC Modle RLC

F.CAIGNET




Choix du modles pour deux interconnexions couples

CG2CC

CG2

R2

Rl

CC/2CC/2

CG2/2 CG2/2

CG1/2CG1/2

R2

Rl

CC/2CC/2

CG2/2

CG2/2

CG1/2CG1/2

Ll

L2

KM

(a) (b)

(c)

Modle C Modle RC

Modle RLC

Le choix du modle de simulation influe sur la complexit.Et donc sur les temps de simulation

Le choix du modle de simulation influe sur la complexit.Et donc sur les temps de simulation

F.CAIGNET


RL

CL/2 CL/2

RL/2

CL/3 CL/3 CL/3

RL/2

1 cellule 2 cellules

Ou

A B



Choix dun modles distribu ou non???

Un modle distribu permet davoir une meilleur prcision sur lvaluation des parasites

Un modle distribu permet davoir une meilleur prcision sur lvaluation des parasites

RL/n

CL/2n

RL/n

CL/2n CL/2n CL/2n

F.CAIGNET


R LCox

RSi

R

RSi

L

Cox

LSi

R L Cox

GSi CSi

(a) Mode "Quasi-TEM" (b) Mode "Effet de peau" (c) Mode "Onde lente"


La modlisation suivant les frquences considres

La modlisation par circuit quivalent dpend des frquences mises en jeux, et donc des modes de propagation, ou des phnomnes mises en jeux.

F.CAIGNET



La modlisation : utilisation de logiciels dextraction de paramtres

Ces logiciels sont des solvers lectromagntiques, resolvant les quations de Maxwell. On trouve des solveur dis

- ondes lentes (extraction de RL et C equivalent)- hyperfrquence (Z quivalent)

F.CAIGNET



Simulation : dlai de propagation sur une ligne seule (latence)

Dbut Fin

Dbut de ligne

A

B

90%C

D

Fin de ligne

0.0 0.2 0.4

Temps (ns)

Tension (V)

F.CAIGNET



Simulation : dlai de propagation sur une ligne seule (latence, bande passante)

F.CAIGNET



Simulation : le couplage diaphonique

L =6 mm

CC

Agresseur

Victime

h

e

wLTyp

d

CSCS

CC

R R

Signal Agres seur

Victimeperturbe.

t

V

Temps (ns)

Tension (V)

VDD/2

F.CAIGNET


TempsVss

Agresseur

Victime

VddTension

Temps

Vdd

Vss

Agresseur

Victime

Tension

Temps

Vdd

Vss

Agresseur

VictimeTension

Temps

Vdd

VssAgresseur

Victime

Tension


Simulation : le couplage diaphonique : commutation simultane

Commutation sans Crosstalk

Victime perturbe

t90%

Dlai induit par couplage

tXT

Modification des dlais de rponseModification des dlais de rponse

F.CAIGNET



Rsum de la modlisation des conducteurs

Tout conducteur dans un dilectrique rpond aux lois de llectromagntisme statique.

Pb : comment modliser le courant circulant dans les conducteur?Pb : comment modliser le courant circulant dans les conducteur?

=rr

rrr r.dE)rV(

=S

.dSjIr

Modlisation = mise en place dun schma lectrique quivalentModlisation = mise en place dun schma lectrique quivalent

F.CAIGNET


Pull Up

VDD

VSS

Pull Down

IDD (0.5mA)

1

0

Pull Up

VDD

VSS

Pull Down

1

0Output capa

Output capaISS

(0.5mA)

mecanisme basic du courrant de coeur : Exemple de linverseur CMOS

Vin

Origine de lmission : Les circulations de courants

La circulation de courrant se fait par charge et dcharge de la capacit au travers des alimentations.

La circulation de courrant se fait par charge et dcharge de la capacit au travers des alimentations.


F.CAIGNET


Pull Up

VDD

VSS

Pull Down

IDD (0.5mA)

1

0

Pull Up

VDD

VSS

Pull Down

1

0Output capa

Output capaISS

(0.5mA)

Mcanisme basic : exemple de linverseur CMOS

Vin



F.CAIGNET


0.7m, 5V 100,000 transistors, 50MHz 10mA/ns Peu de problmes

d'lectromagntisme

0.12m, 1V 200M transistors, 1-2GHz 5A/ns Emission parasite, susceptibilit aux

agressions

10 ans dvolution en Microlectronique 10 ans dvolution en Microlectronique

1992 2002


F.CAIGNET


Stronger di/dtStronger di/dt

Scaled current

Voltage supply decreases Current amplitude keeps

constant Faster switching

Increased EMC problems

Increased EMC problems

Time

di/dtVoltage

Current

di/dt

Voltage & Current



F.CAIGNET


Augmentation des courants avec les gnrations technologies

100mA

3 A

32 bit processor500MHz

62.5ns

2ns

16 bit processor16 MHz

I

time time

I



F.CAIGNET


150 MHz oscillation

time (ns)

Measurement)

Power supplyfluctuation

BVDD

VSS

VSS

Bonding, Lead

A BVDD

Bonding, Lead

i

1Volt

DIL 28

Objectif : modliser le bruit li au courant sur les alimentations


F.CAIGNET


Modliser le bruit li au botier

Lead = 20mm

CHIP50mA in 1ns

VDD=3.3V

VSS=0.0

Lead = 20mm mm/nHL 1

tiLV

=



F.CAIGNET


10mm (10nH)

CHIP

VDD

VSS

100mA in 1ns

V=L i/ t

1V loss

time (ns)

Supply (V)



Exemple de limportance des circulations de courant dans les botier

F.CAIGNET


Far from ground,high inductance

large loops

Groundplane

IC

Supplyleads

Close from ground,small inductance

small loops



Mthode de rduction des fluctuation dalimentation : rduire les boucles de courant, et donc rduire le L quivalent

F.CAIGNET


10 100 1000

Frequency (MHz)

20

40

60

Energy (dB) 1nF

250pF

I

5nH

C

5nH

1time

I (A)

100mA125ns



Mthode de rduction des fluctuation dalimentation : introduire une capacit de dcouplage

F.CAIGNET


[Component] ST74FCT16244 [Manufacturer] ST[Package]| variable typ min max|R_pkg 800m 500m L_pkg 6nH 5.5nH C_pkg 8pF 4pF[Pin] signal modelR_pin L_pin C_pin1 /1OE in12 1Y1 out13 1Y2 out14 GND GND5 1Y3 out16 1Y4 out1


Input Buffer I/O specification(Modle IBIS)


Macro-modle dun Circuit intgr pour le botier

F.CAIGNET


Dual in Line(DIL)

64 pins L=2-15nH C=1-10pF

Shrink dualin line(SDIL)


SmallOutlinepackage(SOP)


Quad FlatPack (QFP)


L_pkg = 1nH/mm, C_pkg = 0.2pF/mm

R,L,C estimationMacro-modle dun Circuit intgr pour le botier


F.CAIGNET


Ball gateArray(BGA)

800 pins L=0.5-10nH C=1-10pF

Fine PitchBall gateArray(FBGA)

1500pins

L=0.5-10nH C=1-20pF

Mold ChipScalepackage(MCSP)

1500pins

L=0.5-5nH C=1-15pF

Ball Gate Array

R,L,C estimation

Macro-modle dun Circuit intgr pour le botier


F.CAIGNET


Ib

Rvdd

Cd

Lvdd

Rvss Lvss

Cb

VDD

VSS

-ICEM model promoted by UTE (IEC 62014-3)-Available in IBIS website www.eia.org/IBIS

Limit of the die

Macro-modle dun Circuit intgr pour les alimentations


Modle de courant

Modle de botier

F.CAIGNET




Input Buffer I/O specification(Modle IBIS)

Ibis

Macro-modle dun Circuit intgr dans le cas des entres et sorties

Les lois lectriques mises en jeu : ModlisationLes lois lectriques mises en jeu : ModlisationAccessoires Vlo

F.CAIGNET


Utilisation des donnes standard de IBIS

Zsub: couplage rsistif de susbtratCio : decouplage du rseau dalimentation des E/SI/O: dcrits dans IBIS (http://www.eda.org/ibis)

Ib

Rvdd

Core VDD

Core VSS

Cd

Lvdd

Rvss Lvss

Cb I/O

ZsubI/O VSS

I/O VDD

Cio

Macro-modle dun Circuit intgr : schma quivalent complet


F.CAIGNET


Physical Transistor level (Spice)

Gate level Activity (VHDL)

Interpolated Transistor level

(Powermill)

Huge simulationHuge simulation

Limited to analog Limited to analog blocksblocks

Difficult adaptation to Difficult adaptation to usual toolsusual tools

Limited to 1 M devicesLimited to 1 M devices

Simple, not limited Simple, not limited

Fast & accurate Fast & accurate

0

200

400

600

800

1000

1200

0 20 40 60 80 100 120 140time (ns)

Equivalent Current

generator

I(mA)

Modliser lactivit du cur

Macro-modle dun Circuit Intgr : pourquoi?


F.CAIGNET


-10

0

10

20

30

40

50

60

70

80

1 10 100 1000f (MHz)

d

B

V

EMC model

Measurements

Conducted Mode on VSS alim

DUT

1To receiver

Exemple : comparaison mesure/simulation


F.CAIGNET


Validation en mode conduit des I/O

Le spectre est essentiellement li au cur.Les E/S gnrent une signature haute frquence (>300MHz)


F.CAIGNET


3 modes de couplage identifis conduit:

Alimentations

Entres/sorties rayonn: Direct

Origine principale commutation des

portes logiques (30 Ampres en 500ps)

Rsum de la modlisation dun CI


F.CAIGNET


Exemple complet de la modlisation dun CI


Cas dune alimentation spare

F.CAIGNET


PCB model

L_pcb

L_pcb

R_pcb

R_pcb

C_pcb

C_pcb

Packagemodel (Ibis)

L_pkg

L_pkg

R_pkg

R_pkg

C_pkg

C_pkg

IC model(Icem)

Cd

I (t)VDD

1

49

50 Measure

Modlisation complte dun CI connect sur un PCB


F.CAIGNET


Lmission augmente avec les rductions technologiques

10dB

30dB

50dB

70dB

1.0m 0.7m 0.35m

1995 1997 1999 2001

Microcontrolers

0.18m90dB

More currentBigger circuitsFaster clocks

Emission reduction

techniques

20 dB

Research

Exemple sur un Microcontrleur 8 bits


F.CAIGNET


5.0

3.3

2.5

1.5

0.5 0.35 0.18 90nm 70nm

Alimentation du cur

Alimentation des I/O

Technology(m)

0.7

plus I/Os, moins de marge de bruit

Supply (V)

CEM et nombre dentres et sorties (I/O)


F.CAIGNET


Modlisation par quadriplesModlisation par quadriples

Utilisation des Quadriples pour la modlisation CEM est largement utilise.

Rappel :

F.CAIGNET



Utilisation des Quadriples pour la modlisation CEM est largement utilise.

Modle dmission

Onde : - conduit - rayonn

Modle de la victime : - charge

Reprsentation du milieu de propagation

- Ligne- Air-

F.CAIGNET



Reprsentation de la matrice Z (impdance quivalente)

Z12 = Z21= Z3Z22 = Z2+ Z3Z11 = Z1+ Z3

Z3 = Z12Z2 = (Z22-Z12)Z1 = (Z11-Z12)

(circuit ouvert)

F.CAIGNET



Quadriple aliment par un schma quivalent de Thvenin

F.CAIGNET



Quadriple aliment par un schma quivalent de Norton

Introduction dadmittance quivalent

F.CAIGNET



Reprsentation de la matrice Y (impdance quivalente)

Y12 = Y21= -YcY22 = Yb+ YcY11 = Ya+ Yc

Yc = -Y12Yb = (Y22+Y12)Ya = (Y11+Y12)

F.CAIGNET



intrt de la reprsentation en Z : les montages en srie

F.CAIGNET



intrt de la reprsentation en Y : les montages en parallle

F.CAIGNET



Reprsentation de la matrice C (Matrice Chane)

F.CAIGNET



Connexions en cascade :

F.CAIGNET



Matrices cascades :

F.CAIGNET



Relation entre les principales matrices

F.CAIGNET



exemple de mise en uvre des quadriples

Dbut Fin

R LCox

RSiZc

F.CAIGNET



cas dun agresseur et dune victimechamp magntique prdominant

VictimeAgresseur

Rappel du problme :

F.CAIGNET



Mise en forme de quadriple : schma lectrique quivalent

C1 et C2 sont les capacit de rappel la masse L1 et L2 sont les inductances propres C0 est la capacit de couplage M correspond la mutuelle inductance gnrant un courant tel que :


F.CAIGNET



Mise en forme : quadriple quivalent

Nous avons considr ici que C1 et

C2 sont les capacit parasites

ngligeable en basse frquence.


F.CAIGNET



Modlisation CEM dun champ magntique prdominant

Dans une reprsentation de Norton, il en rsulte que :

M2 > jL

Approximation couplage faible :

F.CAIGNET


Cette dernire expression peut tre vue comme tant due deux sources de courant excitant le circuit victime : lun reprsentant le couplage capacitif et lautre le couplage inductif



F.CAIGNET


Do les schmas quivalents :



F.CAIGNET



Cas dun agresseur et dune victimechamp lectrique prdominant

VictimeAgresseur

F.CAIGNET




Quadriple quivalent :

Pour la configuration ci-dessus, leffet des inductances L1, L2, et M est ngligeable dans la plupart des cas.

F.CAIGNET




Quadriple quivalent : Mise en forme

F.CAIGNET




Approximation faibles couplages Co

F.CAIGNET



Cas dun agresseur et dune victimeCas Gnral :

Le schma quivalent gnral reprsentant les deux couplages inductif

et capacitif est donn par :

Contribution inductive Contribution capacitive

F.CAIGNET


Modlisation CEM exemple dapplication Modlisation CEM exemple dapplication

Modlisation de pistes couples de circuits imprims

Une modlisation basse frquence (rgime quasi-statique) est possible lorsque

F.CAIGNET


Modlisation CEM exemple dapplication Modlisation CEM exemple dapplication

Modlisation de pistes couples de circuits imprims

On donne les expressions suivantes

F.CAIGNET


RF MCU

Memory

Bus control

DSP

ADCDAC

Test

Augmentation de la complexit (SoC) => augmentation des puissances

sources EM les plus puissantes (forte activi interne)

Parties les plus susceptibles

Susceptibilit des P aux agressions lectromagntiques

Extension des problmes au niveau circuit


F.CAIGNET


Oscilloscope 500MHz

10W amplifier

DC-2.2GHz waveformgenerator

CVI PC control

Direct power injectionBulk current injection

IEEE bus

Travaux exprimentaux 68HC12 (0.25m), MC33xxx (Bus

CAN) Dfinition dune mthodologie de

rduction de susceptibilit Motorola

Les techniques de mesureLes techniques de mesure

Appareillage de mesure classiqueAnalyseur de spectre 1-1000MHz

F.CAIGNET


TEM method, from SAE J1752/3 (Up to 1GHz)

Shielding50cm

10x10cm

SpectrumAnalyser

Chip under test


1. Mesure de lmission : la cellule TEM

F.CAIGNET



TEM method, issued for USA SAE J1752/3

50cm

10x10cm Measure

The best radiated mode method (IEC 61967-2)

Shielded box

Specific board

To spectrum analyzer


F.CAIGNET


Chip under test

Configuration switches

Outer side

Inner sideHF connectors



F.CAIGNET


The TEM cell is Adapted 50

L/unit lengthC/unit length

Cable 50 Ohm

Terminaison 50 Ohm

= 50CLZ0



F.CAIGNET


8.7cm

4.3cm

10cm

15cm

0.5cm

2cm 0.7cm

Cdie/septum 20-50fF

Cpackage/septum 50-200fF

Ldie/septum 250-400nH/m



Simulation lectromagntique de la cellule TEM

F.CAIGNET


Cdie_gndLpackage

Lseptum

50 50 Chip under test

Cdie_septumKCoupling

To PCB

Receiver

Chip under test

PCB

Couplage par capacit et inductances mutuelles



Modlisation lectrique de la cellule TEM

F.CAIGNET




Quels sont les modes de couplages mise en jeu?

LeadLead

Almost no couplingCoupling

current

TEM septum

On caractrise donc les rayonnement lie : au CI (cur + package)au pistes

F.CAIGNET


Measure in TEM cell

Frequency in MHz

L

e

v

e

l

i

n

d

B

V

-20-10

01020304050607080

10 100 1000

Orientation A

Orientation B

Custumer limit

(A) (B)

Plage de mesure : 10MHz 1GHz



F.CAIGNET


The TEM cell at work

Vout

50ohm

Chip emission



F.CAIGNET


Mme principe que pour la TEM, mais jusqu 18 GHz

Shielding

Septum DUT

Absorbant


2. Mesure de lmission : la cellule GEM

F.CAIGNET


10x10 cm opening

Shielding

Septum

DUT

Absorbant

E Field lines

H Field lines


2. Mesure de lmission : la cellule GEM

F.CAIGNET


German Std VDE UK 767.14 IEC 61967-4 International Standard

1ohm

SpectrumAnalyser

IC


3. Mesure de lmission : Mode conduit VDE

F.CAIGNET


Conducted emission of a micro-controller

Use of the 1ohm conducted emission method

dBV

Frequency


3. Mesure de lmission : Mode conduit VDE

F.CAIGNET


1995 1997 1999 2001 2003

TEM CellSAE J1752/3 IEC 61967-2

RadiatedDC-1GHz

GTEM Cell

RadiatedDC-18GHz

ConductedDC-1GHz UK 767.14VDE 1 IEC 61967-4


Rsum des mthodes de mesure de lmission

F.CAIGNET


Magnetic Probe SAE J1752/2(Japan) IEC 61967-3 International standard

Probe

DUT

Othercomponents

Receiver

Can locate high levels of emission, but depends on orientation


3. Mesure de lmission : Probe Magntique

F.CAIGNET


Magnetic Probe (IEC 61967-3)

Amax plot

X axis

X axis

Y axis

Y axis

IC location

AmaxdBV

freq


1. Mesure de lmission

F.CAIGNET


mesures dmissions rayonnes dans une chambre semi-anchoique

F.CAIGNET


Bulk Curent Injection (IEC 62132-2)

Injection Measure

Inductive coilsWidely used in embedded electronicsVery similar to EM wave in Automotive (DC-150MHz)

DUT


2. Mesure de la susceptibilit

F.CAIGNET


BCI in CAN Bus (IEC 62132-2)

Inductive coupling to the networkParasitic current injected on the chipLimited to 1GHz

Normal current

Parasitic current

Coil

CAN Bus

Microcontroler

DUT

Fault



F.CAIGNET


BCI measurement example

Lesssensitive

MoresensitiveConfig 1

Config 2

Frequency (MHz)

Currentprovokingfailure

0

10

20

30

40

50

60

70

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600

I(dBA) Current limit

Frequencylimit



F.CAIGNET


Direct Power Injection DPI (IEC 62132-3)

Quite simple to use Very simple to modelize at low frequencySeveral set-up problemsLimited 1 GHz

Injection

High power wave DUT



F.CAIGNET


10W Amplifier

Oscilloscope

PC Monitoring

Signal generator

IEE

E B

us or

Good signal

Failure signal

Printed Circuit Board

Device under test

Dout

Coupling Capacitance

DPI setup example

DUT



F.CAIGNET


Common mode methodologyFrequency range 150kHz - 1 GHz.Emulates real case equipment.

Workbench Faraday Cage from Philips (WBFC) IEC 62132-5



F.CAIGNET


Flow to compare measurements with simulations

Comparaison : Mesures/Simulations

Simulations Mesures

La modlisationLa modlisation

F.CAIGNET


-10

0

10

20

30

40

50

60

70

80

1 10 100 1000f (MHz)

d

B

V

EMC model

Measurements

Mode conduit

DUT

1To receiver

Spice Simulation



F.CAIGNET


Ib

Rvdd

Cd

Lvdd

Rvss Lvss

CbVSS

Limit of the dieLimit of the package

Lpack_vdd

Lpack_vss

Rsub

Cio

Lio

Cdie_septum

50

Inductor coupling

TEM cell To receiverMode rayonn



F.CAIGNET


Microprocessor in radiated mode

Mode rayonn

Prdire les + hautes frquences



F.CAIGNET


Siemens Automotive Toulouse

Equipment designers want to predict EMC before fabrication

Des models, pour quoi faire?


F.CAIGNET


EMC handled at end of design cycle

DESIGNArchitectural

Design

Physical design

FABRICATION

Version n

EMC Measurements

GONO

+ 6

month

s10M

$

Compliance ?

Version n



F.CAIGNET


DESIGN

Architectural Design

Design EntryDesign Architect

EMC compliant

EMC SimulationsCompliance ?

GO

NO GO

Design Guidelines

Tools

ModelsEMC



F.CAIGNET

La compatibilit lectromagntique - CEMConclusion - tendancesConclusion - tendances

Rsum :

La CEM devient un point bloquant du dveloppement des systmes

Deux aspects sont prendre en considration : lmission (on commence bien la matriser) La susceptibilit (quelques tudes)

Des mthodes de mesure existent (normalisation CEM) mais elles sont limites en frquence (1GHz)

La Modlisation se dveloppe (Mais quel modle doit ont utiliser pour modliser les CI).

F.CAIGNET


Quelles sont les limitations majeures actuelles: Les mesures et les standards sont dfinis pour une bande de 1GHz : difficult pour mesurer au del de 1GHz.

Mise en place de modles de haut niveau (VHDL-AMS, SYSTEM-C) Prise en compte de laspect programmation.

Conclusion - tendancesConclusion - tendances

Lactivit des puces nest pas prise en compte dans laspect CEM (mission) des modles sont en cours dlaboration.

Pour linstant laspect susceptibilit et auto-pollution ne sont pas considrs au niveau des puces

Quel sera lvolution des problmes CEM dans les 10 prochaines annes? Quels remdes??.

F.CAIGNET


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CEM_2004

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