LCIE N° : T 19082 / 750090/M1 COOPER SECURITE SAS COOPER ...
Captronic 23 novembre 2017 - LCIE
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Modules radio et performances CEM
Captronic – 23 novembre 2017
François POITEVIN
Expert CEM
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Utilisation des modules radio
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Objectif
► Etudier la coéxistence des modules radio avec les
électroniques.
► Assurer leur Compatibilité Electromagnétique (CEM).
► Définir les règles et principes à prendre en compte lors de
l’intégration d’un module radio sur un circuit imprimé, dans
un équipement ou un système.
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La radio
► Premières liaisons radio dans les années 30.
► Apparition de phénomènes de perturbations par les moteurs électriques.
► Création du CISPR (Comité International Spécial des Perturbations Radioélectriques) par la CEI (Comité Electrotechnique International) en 1933 pour éviter ces interférences.
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L’électronique
► Développement de l’électronique depuis l’apparition du transistor vers les années 50 et des circuits intégrés dans les années 60.
► Eux aussi génèrent des perturbations.
► 1979: la FCC publie des normes limitant les niveaux d’émission.
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La CEM
► Perturbation de lignes téléphoniques le long des voies de chemin de fer.
► Passage du son d’une voie à l’autre dans un central téléphonique : « Diaphonie ».
► Plantage d’un équipement numérique en cas de décharge électrostatique,
► Erreur de mesure induite par un émetteur radio.
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Caractéristiques CEM des électroniques
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CEM = Acoustique ?
► Acoustique : problèmes de compatibilité.
► Trop de bruit dans une pièce empêche la communication verbale.
► Bruit parasite pendant l’enregistrement d’un concert (classique…).
► Insonorisation d’une pièce ou d’une maison.
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Acoustique = rayonnement et conduction
Rayonnement
dans l’air
Conduction dans
la structure
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Acoustique
Rayonnement
dans l’air
Conduction dans
la structure
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Electromagnétisme : conduction et rayonnement
Courant
électrique
Rayonnement
électromagnétique
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Rayonnement et conduction
Courant
électrique
Rayonnement
électromagnétique
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Fréquence de résonance d’un conducteur
Câble : L = 5 m
Piste : L = 20 cm
Antenne au-delà de 3 MHz
Antenne au-delà de 75 MHz
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Rayonnement des circuits électroniques
Imc
Imc
Imd
Rayonnement des
câbles
Rayonnement des
cartes
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Signal sinusoïdal
Temps
Fréquence
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Signal trapézoïdal
Temps
Fréquence Harmoniques de la fréquence de
répétition
La fréquence max. dépend du front de montée du signal
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Spectre d’emission des circuits électroniques
Un circuit électronique est un emetteur radio !
Exemple de résultat de mesure en émission rayonnée :
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Sensibilité des électroniques
► Sensibilité aux perturbations rayonnées HF:
Démodulation HF dans les circuits audio,
Erreurs de mesures,
Déclenchements / dysfonctionnements de systèmes.
► Essais CEM correspondant : NF EN 61000-4-3 et -6
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Détection d’enveloppe
Un circuit électronique est un récepteur radio !
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Caractéristiques des systèmes radio
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Principe d’une liaison radio
Emetteur Récepteur
Pas d’émission hors bande
(RNE)
F0 F0
Signal Filtrage
Forte réjection hors
bande
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Caractéristiques de l’émetteur
► Fréquence: fixe et connue.
► Puissance d’émission : le niveau de champ doit être fort pour la communication. Problème si l’antenne est proche de l’électronique.
► Gain d’antenne : « orientation » du rayonnement dans l’espace.
► Evaluation du champ rayonné:
Exemple : à 5 cm d’une antenne 10 mW, E = 13 V/m
Immunité des électroniques résidentielles : 3 V/m
Immunité des électroniques industrielles : 10 V/m
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Caractéristiques du récepteur
► Fréquence : plage de réception restreinte,
► Sensibilité très forte dans la bande,
► Forte réjection aux autres fréquences.
► Sensibilité possible à d’autres fréquences (Fréquence Intermédiaire par exemple),
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Coexistence radio – électronique
CEM fonctionnelle
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CEM et radio sur le même terrain…
CEM : Emission CEM : immunité
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Intégration = proximité
Sur une carte : Dans une installation :
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Perturbation du module récepteur radio
► Conséquence : désensibilisation et perte de portée.
► Particularité : grande sensibilité mais plage de fréquence réduite.
Rayonnement des circuits numériques
Antenne
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Bruit dans la bande de réception
Electronique numérique : risque d’harmoniques dans la bande. Désensibilisation et perte de portée.
F0
Bande passante du
récepteur
Bruit dans la bande de réception
Spectre d’émission
rayonnée de l’électronique
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Protection de la réception - 1
► Déterminer les sources :
Horloges,
Bus de communication,
Composants numériques,
Électronique de puissance à découpage,
Étincelles,
Autres services radio,…
► Eloigner les sources : zoning.
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Protection de la réception - 2
Utiliser un plan de masse pour limiter le rayonnement des pistes ou câbles bruyants.
Pas de
rayonnement
Piste ou câble
perturbateur Plan de masse : réflexion du champ en opposition de
phase
Champ généré par la piste annulé par la réflexion du plan
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Protection de la réception - 3
Choisir les fréquences d’horloge (harmoniques hors de la bande de réception).
96 MHz
Spectres des signaux d’horloges
24 MHz 24.5 MHz
Bande de réception
Harmonique 4 dans la bande !
Harmoniques hors bande de réception
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Protection de la réception - 4
► Filtrer l’entrée du récepteur pour rejetter le bruit hors bande.
► Nécessaire quand le filtre préselecteur est insuffisant (ou inexistant…)
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Perturbation de l’électronique par l’émetteur
► Risque de détection d’enveloppe,
► Même problème que l’immunité aux champs rayonnés (essai NF EN 61000-4-3).
Rayonnement de l’antenne
Circuit audio : microphone
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Protection de l’électronique - 1
► Plan de masse pour protéger les pistes sensibles : limitation du couplage sur la piste.
![Page 35: Captronic 23 novembre 2017 - LCIE](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062516/62b2af547e5c7a5d0653a531/html5/thumbnails/35.jpg)
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Protection de l’électronique - 2
► Eloigner les composants sensibles (principalement analogiques) de l’antenne :
Ampli Ops,
Convertisseurs AN et NA,
Circuits audio ou de mesure.
► Blinder si l’éloignement est insuffisant.
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Protection de l’électronique - 3
► Filtrage des pistes sensibles.
► Filtrage simple par capacité à la masse.
► Fréquence unique et connue : optimisation facile du filtre.
Rayonnement du module radio
Courant parasite injecté
sur la piste
Longueur à prendre en compte pour
l’évaluation de la self parasite
Condensateur de filtrage à la masse
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Optimisation du filtrage - 1
► Schéma équivalent d’un condensateur :
► ESL : self série équivalente (10 nH/cm).
► Perte d’insertion :
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Optimisation du filtrage - 2
► Utilisation de la self série (longueur des connexions) pour accorder le filtre à la fréquence de la perturbation.
► Exemple : filtrage de l’émission à 433 MHz d’un module radio.
Condensateur de 27 pF à la masse
F = 433 MHz pour 5 mm
F = 250 MHz pour 15 mm
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Conclusions
► La coexistence radio – électronique est possible avec une conception soignée.
► La mise en œuvre de modules radio nécessite aussi l’étude d’autres points :
Analyse de risque (dispositifs médicaux),
Compatibilité des différents services radio,
Protection des données (cyber-sécurité).
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