Découplage et Filtrage

Découplage et Filtrage
Lycée Fourcade 13120 Gardanne Académie d’Aix-Marseille – PICs 1 / 4
1) Filtrage d’alimentation
Une alimentation peut être représentée par un modèle de Thevenin.
ETH
RTH
CHARGE
RC
La tension aux bornes de la charge ne sera jamais ETH, il y a un diviseur de tension
Vcharge=ETH.RC/(RTH+RC)
Si la valeur de RTH est très petite devant la charge Vcharge est très proche de ETH (c’est
généralement le cas).
La charge peut varier de manière importante, par exemple dans un amplificateur linéaire de puissance
ou lors de la commutation d’un relais. Le courant d’alimentation varie également, la tension
VRTH=RTH.I augmente donc Vcharge diminue !
Il est nécessaire de filtrer ces variations dues à un besoin d’énergie ponctuel. On place aux bornes de
l’alimentation un condensateur de forte valeur (100uF à 2200uF) qui servira de « réservoir » d’énergie.
L’ensemble RTH, C1 formant un filtre passe bas dont la fréquence de coupure sera aussi basse que
possible.
ETH
RTH
C1
100uF
3
21
84
Vcharge

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Lycée Fourcade 13120 Gardanne Académie d’Aix-Marseille – PICs 2 / 4
Modèle équivalent d’un condensateur :
C LS RS
RP
La qualité d’un condensateur dépend de RP,LS,RS.
RP doit être aussi grande que possible, elle définit le courant de fuite du condensateur.
RS doit être aussi petite que possible, le condensateur devant se comporter comme un court circuit
aux fréquence élevées.
LS doit être aussi petite que possible, aux fréquences élevées l’impédance de C est très faible
mais celle de LS augmente.
Les condensateurs de forte valeur sont toujours électrolytique (on parle également de condensateur
chimique). De part leur technologie, ils présentent une inductance LS importante et une résistance de
fuite RP parfois non négligeable.
La valeur de fr étant basse, ils ne peuvent éliminer les perturbations de hautes fréquences.
On a recourt à condensateurs de technologie polyester (MKT, MSK2, MSK4) qui présentent de
bonnes caractéristiques en hautes fréquence mais qui ne possèdent pas de capacité élevée (1nF à
1uF)
Pour les variations importantes de courant mais relativement lente on a recours à un
condensateur électrolytique de forte valeur
Pour les variations rapides de courant mais relativement faibles on a recours à un
condensateur polyester de faible valeur (facultatif la plupart du temps).
ETH
RTH
C1
100uF
3
21
84
C2
100nF
Ces deux condensateurs sont placés à proximité des bornes d’alimentation.

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2) Découplage des circuits numériques
Une ligne d’alimentation (un fil ou une piste de circuit imprimé) peut être modélisée comme ceci :
RS
LS
S’agissant d’un fil, RS est généralement proche de 0 et
négligeable. LS également très faible (quelques nH), son influence dépend des fréquences la
traversant (ZL=jLw). Si l’alimentation est destinée à des circuits numériques, il y aura à l’intérieur de
ceux-ci des commutations nombreuses, avec des temps de monté/descente très courts, donc de
nombreuses harmoniques de fréquences élevées sur le courant d’alimentation.
Circuit d’alimentation d’un composant numérique:
En rouge de chemin du courant d’alimentation du circuit numérique.
ETH
RTH
C3
100uF
&
1
23
L1
L2
Aux fréquences élevées le condensateur C1 est inefficace (en raison de son inductance série interne)
Le courant d’alimentation du circuit numérique traverse RTH, L1, L2. Ces dernières présentent une
impédance élevée aux hautes fréquences, la tension d’alimentation chute. Plus grave, les
variations de courant perturbent les autres circuits numériques, il y a rayonnement électromagnétique
et donc une mauvaise CEM.
ETH
RTH
C3
100uF
&
1
23
L1
L2
L3
L4
&
1
23
Les fréquences portées par les courants étant élevées il est facile de les filtrer avec des
condensateurs polyesters dont la valeur habituelle est 100nF.
S’agissant d’empêcher les variations de courant de remonter les lignes d’alimentation on dit que
l’on découple les circuits numériques.
ETH
RTH
C3
100uF
&
1
23
L1
L2
L3
L4
&
1
23
En rouge et orange, le chemin des courantes hautes fréquences.
Pour être efficaces les condensateurs de découplage doivent être placés
aussi prêt que possible des broches d’alimentation des circuits
numériques.

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1
2
J1
CONN-H2
C1
100uF
C2
100nF
C3
100nF
RA4/T0CLKI/C1OUT
6
RA5/AN4/SS/HLVDIN/C2OUT
7
RA6/OSC2/CLKO
10
RB0/AN12/INT0/FLT0
21
RB1/AN10/INT1
22
RB2/AN8/INT2
23
RB3/AN9/CCP2A
24
RB4/AN11/KBI0
25
RB5/KBI1/PGM
26
RC0/T1OSO/T13CKI 11
RC1/T1OSI/CCP2B 12
RC2/CCP1 13
RC3/SCK/SCL 14
RC4/SDI/SDA 15
RC5/SDO 16
RC6/TX/CK 17
RC7/RX/DT 18
RE3/MCLR/VPP 1
RB6//KBI2/PGC
27
RB7/KBI3/PGD
28
RA7/OSC1/CLKI
9
RA0/AN0/C1IN-
2
RA1/AN1/C2IN-
3
RA2/AN2/C2IN+/VREF-/CVREF
4
RA3/AN3/C1IN+/VREF+
5
U1
PIC18F2620
VDRV
2
TXIN
3
RXIN
7RXOUT 1
TXOUT 5
U2
DS275
GND=VSS
VCC=VDD
1
2
J2
CONN-H2
VSS
VDD
C1 est proche du bornier d’alimentation
C2, C3 sont proches des bornes d’alimentation des circuits numériques.
Pour en savoir plus :
http://www.esiee.fr/~poulichp/CEM/IntroductionCEM/chapitre1.PDF
http://www.xilinx.com/support/documentation/application_notes/xapp623.pdf