Int

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Le problème général de la CEM
Les modes de transmission des perturbations
électromagnétiques
Principales victimes des perturbations
électromagnétiques et comportement
Unités en CEM
Conversion temps/fréquences
Spécifications de la CEM
2
OBJECTIF DE LA CEM
RENDRE COMPATIBLE LE FONCTIONNEMENT DUN
SYSTEME SENSIBLE AVEC SON ENVIRONNEMENT
ELECTROMAGNETIQUE
3
INTERFERENCES ELECTROMAGNETIQUES
Une interférence électromagnétique est le
résultat de la perturbation dun système
électrique, électronique, etc. par un autre
circuit, ou un phénomène électrique extérieur au
système.
Linterférence nest pas le signal perturbateur
lui-même mais le fait quil se couple avec un
système suffisamment vulnérable pour être affecté.
CONCEPT DE SOURCE/VICTIME
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Control de lémission (réduire le niveau de la
source de bruit) (limiter la propagation)
Control de la susceptibilité (augmenter
limmunité de la victime) (limiter la propagation)
conduite
rayonnée
rayonnée
conduite
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SITUATION TYPIQUE DINTERFERENCE
Il y a situation dinterférences dès que la somme
des perturbateurs dépasse le seuil de
susceptibilité du circuit sous test (zone
hachurée)
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LES MODES DE TRANSMISSION DES PERTURBATIONS
ELECTROMAGNETIQUES
7
MODE COMMUN / MODE DIFFERENTIEL
Le mode commun est LE problème récurrent de la
CEM

• Tous les mécanismes de couplage en mode commun
  sont efficaces en HF
• Impédance commune
• Diaphonie inductive et capacitive
• Champ à câble ou piste
• Champ à boucle de masse

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(No Transcript)
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COUPLAGE PAR IMPEDANCE COMMUNE
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COUPLAGE PAR IMPEDANCE COMMUNE
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CALCUL DE LIMPEDANCE DUN PLAN DE CUIVRE
APPLICATION
IMPEDANCE DUN PLAN DE CUIVRE DE 10cm10cm A LA
FREQUENCE DE 30 MHz
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CALCUL DE LIMPEDANCE DUNE PISTE
LIMPEDANCE DUNE PISTE DE CIRCUIT IMPRIME DE
LONGUEUR L, DE LARGEUR d ET DEPAISSEUR e
SE CALCULE PAR

• EN BASSE FREQUENCE

• EN HAUTE FREQUENCE

(L en m, d et e sont exprimés en mm)
(L, d et e sont exprimés en mètres)
APPLICATION IMPEDANCE DUNE PISTE DE LONGUEUR
L10cm, DE LARGEUR d1mm ET DEPAISSEUR e35µm A
LA FREQUENCE DE 30 MHz
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COUPLAGE PAR DIAPHONIE
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COUPLAGE PAR DIAPHONIE INDUCTIVE

• La diaphonie inductive apparaît lorsque deux
  circuits sont parallèles sur une certaine
  longueur.

• Un courant Ip variable dans le temps crée un
  champ H. Par phénomène dinduction, un courant Iv
  apparaît dans la ligne victime.

• Ce type de diaphonie est prédominant en HF car
  les impédances en bout de ligne diminuent.

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COUPLAGE PAR DIAPHONIE INDUCTIVE
Modélisation du couplage par diaphonie

• Les deux lignes se couplent comme le primaire et
  le secondaire dun transformateur par
  lintermédiaire de la mutuelle inductance M.

Tension induite dans la boucle victime
U2.P.F.M.Ip
FFréquence du courant perturbateur MMutuelle
inductance entre les deux lignes IpCourant dans
la ligne perturbatrice
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COUPLAGE PAR DIAPHONIE CAPACITIVE
COUPLAGE PAR DIAPHONIE CAPACITIVE
Couplage entre un champ électrique et un fil

• La diaphonie capacitive apparaît lorsque des
  circuits sont parallèles sur une certaine
  longueur.

Vp
Vv

• La tension Vp crée un champ E qui lui même induit
  une tension Vv aux bornes de la ligne victime. Un
  courant Iv est ainsi établit dans la ligne
  victime.

• Ce type de diaphonie est prédominant en BF car
  les impédances des circuits sont (habituellement)
  plus élevées que celles des lignes.

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COUPLAGE PAR DIAPHONIE CAPACITIVE
Modélisation du couplage par diaphonie capacitive
Ligne 1 source
i
Cm
V
Ligne 2 victime

• Les deux lignes se couplent par lintermédiaire
  de la capacité ligne à ligne Cm qui matérialise
  le couplage capacitif.

Courant induit dans le circuit victime
I2.P.F.Cm.Up
FFréquence de la tension perturbatrice CmCapacit
é mutuelle entre les deux lignes UpTension
perturbatrice
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Diaphonie capacitive
Diaphonie inductive


victime
victime
chemin de couplage
source

• choisir un diélectrique denrobage des fils avec
  er faible

• réduire la surface de boucle

• réduire la surface de boucle
• blinder le fil

• éloigner les lignes ou ne pas les mettre parallèle

• limiter les dI/dt

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COUPLAGE PAR RAYONNEMENT ELECTROMAGNETIQUE
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• Le champ électrique est généré par une DDP entre
  deux points de lespace
• Il a pour effet dinduire un courant sur les fils
  parallèles aux lignes de champ

• Le champ magnétique est généré par une
  circulation de courant
• Il a pour effet dinduire une DDP dans les
  boucles perpendiculaires aux lignes de champ

UN CHAMP ELECTROMAGNETIQUE EST COMPOSE DUN CHAMP
ELECTRIQUE ET DUN CHAMP MAGNETIQUE
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BLINDER ET ASSURER UNE BONNE CONTINUITE
ELECTRIQUE
MATERIAU (conductivité, absorption) EPAISSEUR DE
METALLISATION TRAITEMENT DE SURFACE ETAT DE
SURFACE OUVERTURE, FENTES
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EN PRATIQUE, UN BLINDAGE EST UN ATTENUATEUR
FONCTIONNANT SELON DEUX MECANISMES COMBINES
REFLEXION ET ABSORPTION
Champ reçu en un point donné, sans blindage
EFFICACITE DE BLINDAGE (Eb)
Champ reçu en un point donné, avec blindage
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(No Transcript)
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(No Transcript)
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• Leffet de peau (pelliculaire) est un phénomène
  de conduction le courant alternatif circule
  préférentiellement en surface des conducteurs.
• Laffaiblissement de la densité surfacique du
  courant (enA/m) suit une loi exponentielle avec
  une constante despace notée d, appelée
  épaisseur de peau.

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Il faut distinguer 3 cas en fonctions de
limpédance de londe
En champ lointain (distance entre la source de
rayonnement et la barrière dgtl/2p, E/H120p)
( si épaisseur barrière e gt épaisseur de peau d )
En champ proche magnétique (dltl/2p), impédance de
londe très petite
En champ proche électrique (dltl/2p), impédance de
londe très grande
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CHAMP PROCHE, CHAMP LOINTAIN IMPEDANCE DONDE
28
(No Transcript)
29
(No Transcript)
30
(No Transcript)
31
(No Transcript)
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ATTENUATION DUNE PAROI MUNIE DUNE OUVERTURE
l
h
dist. D
Une ouverture de longueur L dans un écran se
comporte comme un dipôle de même longueur et
re-rayonne de lautre côté de lécran une partie
de la puissance reçue.
Latténuation est quasi nulle quel que soit le
rapport L/h (en réalité Eb passe par des
résonances et anti-résonances de la fente).
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ATTENUATION DUNE PAROI MUNIE DUNE OUVERTURE
Pour Lltl/2 louverture présente une certaine
atténuation.
Eb100-20 Log L -20Log F 20 Log (12.3 Log
L/h) 30
perte par réflexion
facteur de minceur
perte par traversée
L grande dimension de louverture en mm h
hauteur de louverture en mm e épaisseur de la
paroi en mm F fréquence en MHz Eb efficacité de
blindage en dB

• La correction suivante doit être apportée à la
  formule lorsque lon est en situation de champ
  proche (E ou H).

prédominance électrique
prédominance magnétique
avec D distance de la source rayonnante (m)
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EFFICACITE DUNE OUVERTURE GUIDE
Avec PgtL et FltFc
L plus grande dimension de louverture (en
mm) P profondeur de louverture guide (en mm) F
fréquence en MHz Fc fréquence de coupure en
MHz Fc
150000/L
Application spatiale

• Trou dévent des équipements embarqués sur
  satellite.

Afin de maintenir un blindage supérieur à 80 dB
en hyperfréquences, on impose Pgt3 L. Dans ce cas
le trou est cylindrique et L correspond au
diamètre de louverture.
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CALCUL DE BLINDAGES
DES EPAISSEURS DE PAROIES TRES FAIBLES SUFFISENT
EN HYPER POUR AVOIR UN BLINDAGE TRES IMPORTANT
ATTENTION AUX OUVERTURES MEME DE DIMENSIONS
REDUITES
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PRINCIPALES VICTIMES DES PERTURBATIONS
ELECTROMAGNETIQUES, ET COMPORTEMENT
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A-
CIRCUITS PASSE-BANDE OU ACCORDES (récepteur,
radio, TV, radar, etc....)
- Très sensible à la fréquence de travail et à
lintérieur de leur bande passante. - Très peu
sensibles hors bande (la réjection atteint 60 à
80 dB, en théorie). - En fait, la réjection hors
bande est réduite à cause
des résonances dues aux selfs parasites des
connexions et capacités parasites internes aux
circuits.
du phénomène de détection parasite denveloppe en
HF, produit par toute jonction non linéaire
(jonction PN ou NP, diodes écrêteuses, broche
oxydée, etc...).
B-
CIRCUITS PASSE-BAS OU BANDE DE BASE (amplis
opérationnels ou vidéo et circuits numériques)
- Moins sensibles, dans leur bande passante que
la catégorie A. - Plus vulnérables à des signaux
indésirables du fait de leur absence de
sélectivité.
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Lamplificateur analogique est supposé avoir
un seuil de sensibilité assez bas, une sortie
proportionnelle à la tension dentrée, dans la
bande passante, une réjection en fréquence, au
dessus de la fréquence de coupure Fco avec
En théorie, toute fréquence indésirable FEMI gt
FCO est atténuée dans le rapport
avec n ordre ou nombre détages du filtre
Un signal brouilleur hors-bande sort donc de
lamplificateur avec amplitude théorique égale à

Latténuation est limitée par des phénomènes
parasites offset détection denveloppe influe
nce du boîtier
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PHENOMENE DOFFSET

• Le signal HF est redressé par une diode de
  protection, par la jonction base émetteur dun
  transistor,
• apparition dune tension parasite continue en
  sortie

• sur Ampli OP biFET perturbateur de 1V/ 100 MHz
  en entrée
• offset de 100mv en sortie

Exemple
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DETECTION DENVELOPPE

• un signal HF modulé par un signal BF est détecté
  par des diodes parasites dun composant
  analogique
• démodulation du signal BF et amplification

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INFLUENCE DU BOITIER
Impédances parasites du boîtier
Composant
Entrée
perturbations HF
Puce
Sortie

• transmission directe du signal perturbateur de
  lentrée vers la sortie via les impédances
  parasites du boîtier

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B-
SUSCEPTIBILITE DES CIRCUITS NUMERIQUES
Leur seuil de détection relativement élevé semble
les rendre moins vulnérables que les circuits
analogiques. Par contre, leur grande vitesse,
correspondant à une très large bande passante,
les expose aux domaines de fréquences de
pratiquement toutes les agressions ambiantes.
-
Le comportement dune porte logique vis-à-vis
dun signal indésirable sera une fonction échelon.
-
Le paramètre décrivant le seuil de susceptibilité
est la marge de bruit.
-
43
CHANGEMENT DETAT LOGIQUE DEPASSEMENT DES MARGES
DE BRUIT ET COMMUTATION

• MARGE STATIQUE DE BRUIT DES CIRCUITS NUMERIQUES

Marge état haut VS1min -Ve1min (impulsion
négative en limite de déclenchement sur une
entrée à létat 1)
Marge état bas VS0max -Ve0max (impulsion
positive en limite de déclenchement sur une
entrée à létat 0)
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CHANGEMENT DETAT LOGIQUE DEPASSEMENT DES MARGES
DE BRUIT ET COMMUTATION

• MARGE DYNAMIQUE DE BRUIT DES CIRCUITS NUMERIQUES

Seuil de déclenchement des logiques courantes
pour des impulsions parasites brèves
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CARACTERISTIQUES ESSENTIELLES DES FAMILLES
NUMERIQUES
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UNITES EN CEM
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UNITES PRATIQUES (Dérivées des unités normales)
1 - On utilise les sous-multiples
TENSION µV au lieu de V (facteur
10-6) COURANT µA au lieu de A (facteur
10-6) CHAMP ELECTRIQUE µV/m au lieu de
V/m (facteur 10-6) CHAMP MAGNETIQUE pT au lieu
de T (facteur 10-12) µA/MHz au lieu de
A/Hz (facteur 10-6) µV/m/MHz au lieu de
V/m/Hz (facteur 10-6)
2 - On utilise les dB au dessus de .....
dBµV au lieu de µV dBµA au lieu de
µA dBµV/m au lieu de µV/m dBpT au lieu de
pT dBµA/MHz au lieu de µA/Hz dBµV/m/MHz au lieu
de µV/M/Hz
48
CONVERSION TEMPS/FREQUENCE
49
CONVERSION TEMPS/FREQUENCE
Il y a deux façons de définir un signal physique

• Par son évolution en fonction du temps, cest à
  dire tel quon lobserve à loscilloscope.
• Par son spectre de fréquences tel quon lobserve
  à lanalyseur de spectre.

La représentation spectrale des perturbations est
indispensable en CEM car elle est utilisée par

• Les normes de CEM tant civiles que militaires.
• Les documentations fournisseurs de tous les
  blindages, filtres, écrans de câble et composants
  antiparasites.
• La majorité des méthodes de prédictions CEM
  simples.

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(No Transcript)
51
(No Transcript)
52
SPECIFICATIONS DE CEM (application dans le
domaine spatial)
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LENSEMBLE DES REGLES ET LIMITES CEM APPARAIT EN
GENERAL DANS 2 DOCUMENTS QUI SONT LA BASE EN CE
QUI CONCERNE LA CONCEPTION CEM DUN SATELLITE
NORMES DE REALISATION ELECTRIQUE (G.D.I.R)
CES 2 SPECIFICATIONS ADAPTEES AU PROGRAMME A
DEVELOPPER SONT DES DOCUMENTS AU NIVEAU SYSTEME.
CES SPECIFICATIONS DE CEM SONT EN GENERAL DERIVES
DES NORMES MILITAIRES AMERICAINES
MIL-STD-461C
MIL-STD-462
MIL-STD-1541A
MIL-B-5087B
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EXIGENCES CEM AU NIVEAU DES SOUS-SYSTEMES /
EQUIPEMENTS
CONTRAINTES SUR LE BRUIT EMIS MAXIMUM (CE,RE)

• Domaine temporel ou spectral,
• Conduit ou rayonné

CONTRAINTES DIMMUNITE AU BRUIT (CS,RS)

• Domaine temporel ou spectral,
• Conduit ou rayonné

CONTRAINTES DE REALISATION

• Exigences d interface alimentation (filtrage,
  protection),
• référence des potentiels électriques (circuit
  zéro volt),
• masse mécanique (continuité électrique),
• règles de câblage,
• mécanique des boîtiers (blindage)

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EXIGENCES AU NIVEAU EQUIPEMENT/SOUS-SYSTEME
RESPECT DES LIMITES DEFINIES DANS LA
SPECIFICATION CEM AUSSI BIEN EN EMISSION QUEN
SUSCEPTIBILITE
EXIGENCES EN EMISSION CONDUITE (CE)

• Lignes d alimentation,
• Lignes de signaux

EXIGENCES EN SUSCEPTIBILITE CONDUITE (CS)

• Lignes d alimentation,
• Lignes de signaux

EXIGENCES SUR LES EMISSIONS RAYONNEES (RE)

• Champ magnétique,
• Champ électrique

EXIGENCES EN SUSCEPTIBILITE RAYONNEE (RS)

• Champ magnétique,
• Champ électrique

EXIGENCES SUR LA TENUE AUX DECHARGES
ELECTROSTATIQUES
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EXEMPLES DE SPECIFICATIONS CEM
A) LIMITE D EMISSIONS CONDUITES
B) LIMITE D EMISSIONS RAYONNEES
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EXEMPLES DE SPECIFICATIONS CEM
A) SUSCEPTIBILITE AUX PERTURBATIONS
CONDUITES
B) SUSCEPTIBILITE AUX PERTURBATIONS
RAYONNEES
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(No Transcript)