3 Transmission d`un signal parasité par un champ magnétique
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Rapport de Travaux Pratiques Compatibilité Electromagnétique Gregory Heinrich Alexandre Harly Observations du correcteur : Table des matières TABLE DES MATIERES .................................................................................................................................... 2 1 OBJECTIFS ................................................................................................................................................. 3 2 LIGNES COUPLEES.................................................................................................................................. 4 2.1 ADAPTATION DES LIGNES .......................................................................................................................... 4 2.2 ONDE ARRIERE SEULE ................................................................................................................................ 4 2.2.1 Masse latérale ................................................................................................................................. 4 2.2.2 Masse centrale ................................................................................................................................ 5 2.3 ONDE AVANT SEULE .................................................................................................................................. 5 2.3.1 Masse latérale ................................................................................................................................. 5 2.3.2 Masse centrale ................................................................................................................................ 5 3 TRANSMISSION D’UN SIGNAL PARASITE PAR UN CHAMP MAGNETIQUE ........................... 6 3.1 3.2 MESURE SUR LE CABLE BLINDE ................................................................................................................. 6 MESURE SUR UN CABLE BLINDE................................................................................................................. 6 1 Objectifs Depuis 1996, les fabricants de circuits électroniques ont l’obligation de vérifier la normalisation CEM. Ceci devient de plus important à mesure que la fréquence des dispositifs augmente, car l’énergie transportée par les radiations émises est proportionnelle au carré de leur fréquence. D’autre part, la réduction des tensions d’alimentation des circuits implique que les bruits revêtent un caractère de plus en plus nuisible. Ce TP a pour objectif de familiariser et sensibiliser les étudiants à l’importance de l’isolation électromagnétique de circuits électroniques. Dans la première partie du TP nous étudierons l’effet d’une ligne parasitante sur une ligne parasitée lorsque celles-ci sont couplées. Ensuite, nous verrons quelques techniques permettant de réduire la parasitage d’une ligne par un champ magnétique généré par une bobine. 2 Lignes couplées La manipulation à effectuer consiste à câbler sur une plaquette un circuit dont le schéma est donné dans le sujet du TP. La ligne parasitante est chargée grâce à un signal en échelon dont le temps de montée est « lent ». La variation de charge et le déplacement de courant sur la ligne 1 vont faire apparaître un signal sur la ligne parasitée. On voit alors apparaître sur la ligne 2 : - une onde arrière, qui se forme en C et qui se dirige vers Zc, - une onde avant, qui se forme en D et se dirige vers Zd. 2.1 Adaptation des lignes (fig. 1) Quelle valeur choisir pour l’échelon en entrée ? Nous savons que le générateur a une résistance interne de 50. Celui-ci est en série avec une résistance de 50. Par application du principe du circuit diviseur de tension, la tension observée aux bornes de la résistance externe avoisine la moitié de la tension spécifiée sur le générateur. On peut donc par exemple demander au générateur de fournir 8 V pour retrouver une tension de 4V (cela simplifiera les calculs des paramètres des ondes avant et arrière). Afin de limiter les oscillations (i.e. le bruit) dues à l’influence des harmoniques du signal d’entrée, on prendra un temps de montée du créneau relativement élevé pour réduire le spectre en fréquence du signal. Le signal émis se propage entre les points A et B en un temps . C’est le temps nécessaire au courant pour parcourir une distance de 10m. si l’on ne considère que la ligne 1, on peut mesurer ce temps de propagation en observant conjointement les signaux d’entrée et de sortie. Le signal de sortie est en fait le signal d’entrée retardé de . Dans la pratique, on a donc un temps de propagation de 50ns, c’est-à-dire une vitesse de propagation : Vprop d 10m 2 200km.h 1 c t 50ns 3 2.2 Onde arrière seule 2.2.1 Masse latérale (fig. 2,3,4) Si l’on augmente le temps de montée du signal d’entrée, on observe un tassement du signal observé en sortie, de valeur maximale moyenne 1.5V. Celui-ci s’étend sur une durée de 2 : c’est l’onde arrière. D’autre part, comme : K 1 U 4 et U=4V, on en déduit ( K 1) 1.5V . V max ondearrière On se place dans le cas d’une ligne courte : c’est-à-dire que l’on prend un temps de montée plus grand que le temps de propagation dans la ligne. L’onde arrière devient de plus en plus tassée à mesure que la ligne est courte. 2.2.2 Masse centrale (fig. 5) En masse centrale, on obtient ( K 1) 0.75V . On a donc un blindage plus efficace car l’amplitude des parasites diminue. 2.3 Onde avant seule 2.3.1 Masse latérale (fig. 6) Dans cette configuration le diélectrique peut être considéré homogène. Ceci implique que les vitesses de propagation des ondes en mode différentiel et en mode commun sont égales. On arrive aussi à K=1. Ce n’est donc pas l’onde avant que l’on observe, car celle-ci est d’amplitude quasi-nulle, étant donné l’hypothèse d’un milieu homogène. 2.3.2 Masse centrale (fig.7) 3 Transmission d’un signal parasité par un champ magnétique 3.1 Mesure sur le câble blindé On mesure la tension en sortie du montage. Dans la configuration A, le câble est simplement muni d’un blindage, sans que celui-ci ne soit relié à la masse du circuit. Cette configuration nous servira de référence pour mesurer l’efficacité des montages à base de blindage. Dans la configuration B, on relie l’extrémité du blindage placée du côté de la tension mesurée à la masse. On obtient la même tension induite (atténuation de 0 dB). En effet, ceci n’a pour effet que de mettre le blindage au potentiel 0 et de faire un « prolongement » de la masse. Dans la configuration C, on relie les deux extrémités du blindage à la masse. On relie aussi ces deux extrémités entre elles. Ceci a pour effet d’augmenter considérablement la surface sur laquelle le flux du champ induit se répartit. On obtient une atténuation de –26dB. Enfin, dans la configuration D, on coupe le lien direct entre les deux extrémités du blindage. On coupe aussi le câble reliant le capteur à la masse. L’atténuation est bien meilleure, en raison d’une réduction significative des perturbations sur la masse. On obtient une atténuation de –62dB. Ce système n’est pourtant pas idéal : la configuration implique que le signal reçu du capteur génère une tension différentielle (la composante de mode commun est nulle). Ce n’est pas le cas dans la plupart des capteurs. On pourrait néanmoins utiliser un amplificateur d’instrumentation pour générer cette tension différentielle. 3.2 Mesure sur un câble blindé Dans cette configuration on utilise une paire torsadée. Dans la configuration E on n’utilise pas de blindage, et pourtant on mesure une nette atténuation de la tension induite (-16.4 dB). Ceci s’explique de la manière suivante : les paires torsadées ont des propriétés géométriques remarquables. En effet, si l’on calcule la moyenne du flux induit reçu de l’extérieur, on se rend compte que la somme vectorielle des composantes de ce flux tend vers 0 lorsque la géométrie de la paire tend vers la perfection. On augmente donc l’immunité du circuit au bruit. Dans la configuration F, on n’observe pas d’atténuation de la tension induite, pour la même raison qu’en B précédemment. Dans la configuration G, de même qu’en C plus haut, on bénéficie du fait que le flux du champ induit se répartit sur une surface plus importante. On observe alors une atténuation de –27dB. En H, on combine les effets immunitaires de la paire torsadée et du signal d’entrée non relié à la masse. Toutefois, comme en D, ceci impose au capteur de fournir un signal à composante de mode commun nulle.
