couplages des perturbations

SUPERIEURE de
PLASTURGIE
ECOLE
CEM : Couplages des Perturbations
19/06/01 CEM - couplages des perturbatio 1
COMPATIBILITE ELECTROMAGNETIQUE :
COUPLAGES DES PERTURBATIONS
1. Introduction
La Compatibilité ElectroMagnétique (CEM) est l'aptitude d'un appareil électrique à
fonctionner dans un environnement électromagnétique déterminé sans être perturbé et sans perturber
les autres.
• Il doit avoir un niveau d'immunité ou "susceptibilité" suffisamment élevé.
• Il ne doit pas émettre trop de perturbations.
L’amélioration de la CEM est obtenue par différents types d’actions :
1. Diminution des sources externes
Par exemple, nous pouvons réduire les perturbations dues aux décharges électrostatiques
en augmentant l’humidité des locaux, en utilisant un sol antistatique etc.
2. Augmentation de la susceptibilité
Un système électronique peut être « durci » en choisissant les composants les moins
sensibles aux perturbations (différentes familles technologiques : TTL CMOS etc.)
3. Réduction des couplages
Pour une source externe déterminée, le niveau de perturbations reçues par un appareillage
dépend des couplages, c’est à dire du chemin de propagation entre la source et la victime.
Figure 1 Compatibilité Electromagnétique.
2. Modes de propagation
Les perturbations peuvent se propager de deux manières : soit en conduction, soit en
rayonnement.
Dans le premier cas les perturbations interviennent soit en mode commun (MC) soit en mode
différentiel (MD).
Dans le second cas les perturbations sont rayonnées sous forme de champ électrique et de
champ magnétique.
Source Victime
Chemin de
propagation
Susceptibilité Rayonnement
et conduction
Champ E
champ H
Courants
parasites

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3. Modèle des deux boites
3.1. Mode différentiel
Les signaux utiles sont généralement transmis en mode différentiel, appelé aussi mode
« série », mode « normal » ou mode « symétrique ».
Exemple : alimentation, transmission sur 2 fils etc.
Figure 2 Mode différentiel.
La tension de mode différentielle est mesurée entre les 2 fils, elle peut être mesurée avec une
sonde différentielle. L’étage d’entrée des systèmes électroniques comporte souvent un amplificateur
différentiel.
Le courant de mode différentiel se boucle sur les 2 fils de liaison, il circule en sens opposé sur
chacun des fils.
Ce courant peut être mesuré au moyen d’une sonde de courant parcourue par les 2 fils en sens
opposé.
Figure 3 Mesure du courant de mode différentiel.
3.2. Mode commun
Le mode commun est très peu utilisé pour les signaux utiles, il correspond souvent à un mode
parasite. Il est aussi appelé mode « parallèle », mode « longitudinal », ou mode « asymétrique ».
Figure 4 Mode commun.
Les tensions de mode commun se développent entre les fils de liaisons et la référence de
potentiel : masses des appareils, fil de protection équipotentielle PE.
IMD On mesure 2 IMD
IMD
Emetteur Récepteur
Z
Z
IMC
I
MC
/2
IMC/2
Emetteur Récepteur
Z
Z
I
MD
VMD
I
MD
Liaisons à la
masse

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La tension de mode commun est définie comme étant égale à la valeur moyenne de la d.d.p.
entre les différents fils et la masse.
Le courant de mode commun est égal au courant qui s’écoule à la masse, ce courant se partage
entre les différents fils de liaison, dans le même sens sur chacun des fils.
Il peut être mesuré par une sonde de courant parcourue par les 2 fils dans le même sens.
Figure 5 Mesure du courant de mode commun.
3.3. Perturbations
Les signaux parasites des systèmes se superposent aux signaux soit en mode différentiel, soit
en mode commun.
Figure 6 Différents modes de perturbations.
Les perturbations de mode différentiel sont a priori plus gênantes car elles sont en série et donc
directement superposées aux signaux utiles : eMD.
Cependant les perturbations de mode commun : e
MC sont généralement de bien plus forte
amplitude. De plus, elles se transforment très facilement en mode différentiel dès qu’il y a un
déséquilibre des impédances d’entrée des systèmes électronique.
En conséquence, ce sont les perturbations de mode commun qui posent le plus de
problèmes en CEM.
Figure 7 Conversion du mode commun en mode différentiel.
On mesure IMC
IMC/2
IMC/2
Emetteur Récepteur
Z
Z
eMD
eMC
Z2
Z
1
C2 C1
eMC
eMD
eMD ≠ 0
si Z1 ≠ Z2
ou si C1 ≠ C2

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3.4. Modèle des 2 boîtes
Le "modèle des deux boîtes" représenté par la Figure 8 regroupe les 2 modes : commun et
différentiel sur un seul schéma représentant une liaison bifilaire entre un émetteur et un récepteur.
Figure 8 Modèle des deux boîtes.
Les relations entre les courants et tensions du modèle des deux boîtes sont exprimées par les
équations :
VMC =
2
V V21 +
VMD = V1 - V2
IMC = I1 + I2
IMD =
2
I - I21
4. Etude des Couplages
La transformation des signaux issus des sources en signaux parasites pour les systèmes
électroniques est réalisée selon 6 modes de couplage :
- Couplage par impédance commune
- Couplage conducteur / plan de masse
- Couplage du champ électrique sur un conducteur
- Couplage du champ magnétique sur une boucle
- Diaphonie inductive
- Diaphonie capacitive
Ce découpage selon ces 6 modes permet de comprendre les mécanismes mis en jeu ainsi que
les actions à entreprendre pour améliorer la CEM en fonction de la prédominance d'un mode sur les
autres.
Cependant le couplage des perturbations fait toujours intervenir plusieurs modes simultanés.
Emetteur Récepteur
Z
Z
IMC
I1
VMD
V2 V1
I2

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4.1. Couplage par impédance commune
Figure 9 Couplage par impédance commune.
La d.d.p. parasite qui apparaît est créée en mode commun.
Amélioration de la CEM :
1. Diminuer l'impédance de masse.
2. Limiter les courants qui circulent entre les masses des différents appareils.
Solutions :
1. L'impédance de la masse est minimisée par l'utilisation de fils de liaisons larges et courts.
En particulier, on veillera à utiliser des tresses métalliques larges pour relier les carcasses des
appareils à la masse.
L’utilisation de circuits multicouches permet de diminuer l’impédance de la masse des circuits
imprimés.
2. Les courants perturbateurs sont réduits si l’on réalise un maillage serré des masses.
Les circuits particulièrement sensibles pourront avoir une masse dédiée.
Exemple : la « masse informatique » Attention cependant aux boucles formées dès
qu’un ordinateur est connecté à une machine qui n’est pas reliée à cette masse !
Les courants qui circulent dans les masses des circuits imprimés peuvent être réduits par un
bon découplage des alimentations.
Penser à bien découpler l’alimentation des circuits intégrés numériques, ces derniers
consomment un pic de courant à chaque commutation de leurs portes logiques.
Les courants parasites peuvent avoir moins d’influence si on prend garde à répartir les
fonctions sur les circuits imprimés : il faut alimenter les étages perturbateurs en premier, il
faut séparer les masses des étages numériques et analogiques.
Système 1 Système 2
Z
Z
Iparasite
Z
masse
d.d.p. parasite
Perturabtions
externes