Prévention des interférences électromagnétiques et solutions pour les connecteurs automobiles

Aujourd'hui, les systèmes électroniques des automobiles sont cadencés à plusieurs centaines de mégahertz, avec une planification inférieure à la nanoseconde pour les bords d'attaque et de fuite des impulsions utilisées, et des taux de pixels inférieurs à la nanoseconde sont utilisés pour les circuits vidéo de haute qualité. Ces vitesses de traitement plus élevées posent un défi permanent à l'ingénierie des tables claires. C'est pourquoi la prévention et le traitement du problème des interférences électromagnétiques dans les connecteurs automobiles méritent notre attention. Les circuits sur le taux d'oscillation deviennent plus rapides (temps de montée/descente), les niveaux de tension/courant deviennent plus importants, le problème s'aggrave. Par conséquent, aujourd'hui, par rapport aux années précédentes, la compatibilité électromagnétique (CEM) est plus difficile à gérer. Les courants d'impulsion rapides qui précèdent les deux sections d'onde d'un circuit montrent clairement que les sources de bruit dites en mode différentiel, les champs électromagnétiques autour du circuit, peuvent être couplés à d'autres composants et s'infiltrer dans les parties connectées. Le bruit qui est couplé rationnellement ou capacitivement est une interférence de mode commun. Les courants de perturbation RF sont identiques les uns aux autres et le système peut être modélisé comme étant constitué d'une source de bruit, d'un "circuit victime" ou "récepteur" et d'une boucle (typiquement une plaque de base). L'ampleur de la perturbation est caractérisée par un certain nombre de facteurs : la puissance de la source de bruit, la taille de la zone autour de laquelle le courant de perturbation se déplace et le taux de changement. Ainsi, bien qu'il y ait une forte probabilité de perturbations indésirables dans le circuit, le bruit est presque toujours co-modélisé. Une fois qu'un câble est connecté entre le connecteur automobile d'entrée/sortie (E/S) et le châssis ou le plan de masse, certaines tensions RF peuvent provoquer la présence d'un courant RF de quelques milliampères suffisant pour dépasser la fréquence d'émission autorisée.

Le couplage des bruits et le transport des bruits de mode commun sont générés par une planification irrationnelle. Parmi les causes typiques, on peut citer les différentes longueurs des fils individuels dans les différentes paires, ou les différentes distances par rapport au plan d'alimentation ou au châssis. Les composants défectueux, tels que les bobines d'induction magnétique et les transformateurs, les condensateurs et les dispositifs actifs (par exemple en utilisant des circuits intégrés ad hoc (ASIC)), constituent une autre cause. Les composants magnétiques, en particulier les inductances de stockage d'énergie dites "à noyau de fer", sont utilisés dans les convertisseurs de puissance et génèrent toujours des champs électromagnétiques. L'entrefer dans le circuit magnétique équivaut à une grande résistance dans un circuit en série, où la consommation d'énergie est plus importante. Par conséquent, la self à noyau, enroulée sur une tige de ferrite, génère un champ électromagnétique puissant autour de la tige et un champ puissant près des électrodes. Dans une alimentation à découpage utilisant une structure de traçage arrière, il doit y avoir un espace vide sur le transformateur dans lequel il y a un fort champ magnétique. L'élément dans lequel le champ magnétique est collé est le tube spiralé, de sorte que le champ électromagnétique est réparti sur toute la longueur du noyau. C'est l'une des raisons pour lesquelles les structures en spirale sont préférées pour les composants magnétiques fonctionnant à des fréquences élevées. Les circuits mal découplés deviennent généralement une source de perturbation. En supposant que le circuit nécessite des courants d'impulsion importants et que le découplage partiel ne garantisse pas une faible capacité ou des exigences de résistance interne très élevées, la tension générée par le circuit d'alimentation chute. Cela correspond à une ondulation, ou peut-être à une variation rapide de la tension entre les bornes. En raison de la capacité parasite du boîtier, les perturbations peuvent se coupler à d'autres circuits et provoquer des problèmes de mode commun. Lorsque des courants de mode commun contaminent les circuits d'interface E/S, il est nécessaire de traiter ce problème avant qu'il ne passe par le connecteur automobile. Différentes applications préconisent différentes méthodes pour traiter ce problème. Dans les circuits vidéo, où les signaux d'E/S sont asymétriques et partagent le même circuit commun, il est important de traiter le problème en filtrant le bruit à l'aide d'un petit filtre LC. Dans les réseaux d'interface série à basse fréquence, une certaine capacité parasite est satisfaisante pour shunter le bruit vers la carte de base. Les interfaces d'entraînement différentielles, telles qu'Ethernet, sont généralement couplées à la zone d'E/S via un transformateur, qui est couplé par des prises centrales fournies d'un côté ou des deux côtés du transformateur. Ces prises centrales sont reliées à la plaque de base par des condensateurs haute tension qui shuntent le bruit de mode commun vers la plaque de base afin que le signal ne soit pas déformé. Bruit de mode commun dans la zone d'E/S Il n'existe pas d'approche universelle du problème pour tous les types d'interfaces d'E/S. La principale préoccupation des planificateurs est de réduire le bruit de mode commun. La principale préoccupation des planificateurs est d'obtenir un circuit correct et ils négligent souvent des détails considérés comme sommaires. Quelques règles de base peuvent rendre le bruit dans les premières années de l'arrivée des connecteurs automobiles, jusqu'à petit : 1) seront des condensateurs de découplage mis en place dans le voisinage immédiat de la charge. 2) les changements rapides dans les bords avant et arrière de l'impulsion de courant, la spécification de la boucle doit être petite. 3) de sorte que les dispositifs à courant élevé (c'est-à-dire, les pilotes et ASIC) loin des ports I/O. 4) Détermination de l'intégrité du signal, afin de s'assurer que l'overshoot et undershoot est petit, en particulier en ce qui concerne le courant élevé des signaux vitaux (par exemple, l'horloge, le bus). 5) Appliquer les règles de l'art de l'interface E / S. 5) Appliquer un filtrage partiel, tel que la ferrite RF, peut absorber les interférences RF. 6) Fournir une faible impédance sur la carte inférieure ou dans la zone I/O de la référence sur la carte inférieure. Le bruit RF et les connecteurs automobiles, même si les ingénieurs choisissent d'utiliser plusieurs des méthodes de prévention énumérées ci-dessus pour réduire le bruit RF dans la zone I/O, ne peuvent pas garantir que ces méthodes de prévention peuvent réussir à répondre aux exigences d'une émission satisfaisante. Une partie du bruit est constituée d'interférences conduites, c'est-à-dire d'une activité de courant de mode commun sur la carte de circuit interne. La source de cette perturbation se situe entre le fond de panier et les circuits, etc. Par conséquent, ce courant RF doit emprunter un chemin à faible impédance (entre le fond de panier et les lignes de signaux porteurs). En supposant que le connecteur automobile ne présente pas une impédance suffisamment faible (au niveau du chevauchement avec la plaque de base), ce courant RF se déplace à travers la capacité parasite. Lorsque ce courant RF circule dans le câble, il génère inévitablement des émissions. Un autre mécanisme d'injection de courants de mode commun dans la zone d'E/S est le couplage d'une forte source de perturbation à proximité. Même un "blindage" du connecteur automobile est inutile, car la source de perturbation se trouve à proximité du connecteur automobile, par exemple dans l'environnement du PC. En supposant qu'il y ait un espace entre le connecteur automobile et le châssis, la tension RF induite à cet endroit peut dégrader la fonction CEM. Les méthodes de blindage des connecteurs automobiles comprennent l'ajout de lamelles ou d'entretoises. Le rodage du connecteur automobile permet de combler l'espace vide entre le connecteur automobile et le châssis. Cette méthode nécessite un joint. Un revêtement métallique est préférable et doit être manipulé de manière appropriée, c'est-à-dire uniquement si la surface n'est pas contaminée, si les mains ne touchent pas ou n'endommagent pas le revêtement et si la pression est suffisante pour adhérer à un bon contact à faible impédance. D'autres méthodes consistent à monter un connecteur automobile sur des languettes de connecteur ou peut-être à équiper le boîtier d'un connecteur automobile. Actuellement, la grande surface de contact est légèrement plus petite, et la spécification et l'élasticité de la pièce de jonction doivent être strictement contrôlées. Si la tolérance n'est pas appropriée, le connecteur automobile tombera trop profondément dans le châssis, de sorte que le chevauchement sera continu. Tous les ingénieurs CEM savent que dans un "bon" système, ce point doit être conforme aux exigences de lancement et que la chaîne de production doit être vérifiée à temps. Des patins non serrés ou déformés, des équipements dans des zones critiques sur l'huile, sont voués à l'échec. Les connecteurs automobiles EMI ont été sélectionnés pour les raisons suivantes 1) La mousse conductrice est extrêmement souple et peut être placée sur tout le périmètre du connecteur automobile. Cela élimine les problèmes associés à un autre boîtier, le liner. 2) Les ingénieurs mécaniques peuvent équiper le connecteur automobile dans les tolérances acceptables pour le boîtier du système. 3) Le connecteur automobile se termine par un chevauchement à faible impédance avec le boîtier afin de garantir un contact supérieur. La doublure à l'intérieur de la paroi du boîtier peut être fabriquée dans un matériau plus souple lorsqu'elle doit être peinte avec un produit de masquage.4) Dans le cadre d'une planification nécessitant un refroidissement forcé, la doublure présente une autre caractéristique : le joint entre le connecteur automobile et la paroi du boîtier doit être scellé afin de minimiser les fuites d'air. Dans un environnement poussiéreux, la doublure devrait jouer un rôle dans le système pour adhérer à la propreté.

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