Le blindage des circuits imprimés pour protéger votre conception

Au cours de l’an 7 avant J.-C., les soldats grecs — ou hoplites — portaient un grand bouclier circulaire concave appelé hoplon. Fabriqué en bronze et en bois, l’hoplon ou bouclier argien protégeait les hoplites du menton au genou. C’est devenu la base de la défense grecque.

Au début du XXe siècle, les Éthiopiens ont utilisé leurs boucliers pour lutter contre l’invasion de l’armée italienne. Leur battement sur leurs boucliers, comme sur des tambours, mêlé aux cris de guerre, était un prélude terrifiant à la bataille. Les armées anciennes déployaient des boucliers pour se protéger des attaques fallacieuses et pour élaborer une stratégie de guerre. De la même manière, la conception des circuits imprimés fait souvent appel à différents types de boucliers pour protéger tout circuit sensible des signaux RF parasites.

À l’intérieur de ces avant-postes de circuits, les fils et les pistes font tout leur possible pour permettre aux interférences électromagnétiques (EMI) de s’échapper vers les confins de leurs domaines. Ces escarmouches ne cessent jamais. Le blindage doit faire partie de votre stratégie globale de conception de circuits imprimés. Plutôt que de considérer les blindages comme une fonctionnalité supplémentaire, les blindages et les conceptions de blindage doivent faire partie du processus de conception initial des circuits imprimés.

Qu’apporte le blindage des circuits imprimés ?

Les circuits d’entrée, de commutation et d’horloge Radio Fréquence émettent un blindage électromagnétique (EMI) par des voies conductrices ou par rayonnement. La combinaison d’une bonne conception des circuits imprimés et d’un bon blindage permet d’atténuer les EMI. Une conception optimale de circuit imprimé pour le blindage EMI tourne autour de la disposition, du placement des filtres et des plans de masse. Un circuit imprimé bien conçu minimise la capacité parasite et les boucles de masse.

Le métal, les matériaux magnétiques et les joints utilisés comme blindage empêchent les émissions de blindage EMI.

Au lieu de fournir une barrière physique contre les lances et les épées, le blindage du circuit imprimé simule une cage de Faraday reliée à la terre. Alors que le plan de masse constitue le côté inférieur de la cage, vous pouvez utiliser un blindage métallique pour former les cinq autres côtés.

Un blindage entraîne une perte par réflexion et une perte par absorption de l’énergie électromagnétique. La perte par réflexion varie en fonction du type de champ et se présente sous la forme d’une perte air-écran ou écran-air. La perte par absorption se produit lorsque le champ se propage à travers le blindage. Elle varie en fonction du type de matériau de blindage. L’efficacité du blindage est égale à la somme des pertes par réflexion et par absorption. La barrière conductrice occulte tout ou une partie du circuit, absorbe et réfléchit le rayonnement des antennes en boucle et établit une isolation électrique.

Le concept de mur de blindage est devenu célèbre lorsque les légions romaines ont utilisé la formation Tortue. Vous pouvez également utiliser le blindage pour former un mur qui protège tout circuit sensible des interférences électromagnétiques nuisibles émises par d’autres circuits.

Les champs électromagnétiques contiennent des champs électriques et des champs magnétiques qui sont orientés à 90° les uns par rapport aux autres. Si le champ électrique interagit avec le champ magnétique, il y a propagation. Un mur de blindage sépare les sections du circuit imprimé. Il permet d’atténuer le champ électrique (champ E) et le champ magnétique (champ H) de l’onde d’interférence électromagnétique rayonnante avec une combinaison de blindage métallique et magnétique.

Rond ou carré : Différents blindages pour différents besoins de circuits imprimés

Contrairement aux hoplons, les boucliers utilisés sur les circuits imprimés ne protègent pas du menton au genou. Des ennemis cachés tels que le rayonnement d’ouverture et la résonance de cavité peuvent compliquer le blindage. Les interférences électromagnétiques peuvent surgir de n’importe où. Les appareils électroniques devenant de plus en plus petits, la conception des blindages met l’accent sur une combinaison de légèreté, de stabilité mécanique et d’efficacité électrique.

Le blindage que vous choisissez pour la conception de votre carte de circuit imprimé dépend de différents facteurs. La production d’émissions en champ proche ou en champ lointain, la fréquence des interférences et le fait que les interférences se produisent en champ électrique ou en champ magnétique. Chacun de ces facteurs influence le choix du type de blindage et de son épaisseur.

La plupart des émissions sous un blindage sont des émissions en champ proche. Dans le cas des émissions en champ proche, les pertes par réflexion et absorption varient avec la fréquence. Un circuit numérique provoque des émissions de champ électrique dont l’affaiblissement par réflexion est plus élevé à basse fréquence et l’affaiblissement par absorption plus élevée à haute fréquence. Les alimentations à découpage provoquent des émissions de champ magnétique avec de faibles pertes par réflexion et absorption à basse fréquence.

Les émissions en champ proche et en champ lointain ont des sources différentes et des rapports Entrée/Sortie différents. Le blindage EMI est une émission en champ lointain. Les sources de champ lointain ont une perte par réflexion plus importante aux basses fréquences. Les fréquences plus élevées entraînent une perte d’absorption plus importante.

Vous devez prendre en compte deux variables clés lorsque vous décidez du type de matériau de blindage. La conductivité mesure la capacité du matériau du blindage à conduire le courant électrique. La perméabilité mesure la capacité du matériau à supporter la formation d’un champ magnétique à l’intérieur de celui-ci. Un blindage à haute perméabilité a une faible réluctance et peut guider un champ magnétique.

Comme pour le courant et la résistance, la plus faible réluctance crée un chemin pour le champ magnétique. L’épaisseur du matériau de blindage devient un facteur important pour les circuits imprimés qui ont des applications de champ magnétique à basse fréquence.

Les ouvertures contrôlent l’efficacité du blindage

Les anciens forts avaient toujours des points vulnérables qu’une armée envahissante pouvait exploiter. Une bonne conception du blindage tient également compte de la résistance mécanique et de la nécessité d’une circulation d’air. Les boucliers comportent des ouvertures pour réduire l’accumulation de chaleur en permettant à l’air de circuler à travers les ouvertures. Le nombre et la taille des ouvertures d’un bouclier déterminent l’efficacité de ce dernier.

Bien que de nombreuses ouvertures réduisent l’efficacité, l’espacement entre les ouvertures et la fréquence déterminent l’ampleur de la réduction. En outre, la quantité de fuites d’une ouverture dépend de la dimension linéaire maximale de l’ouverture.

Que vous cherchiez à fournir une armée ou simplement à protéger votre circuit imprimé, votre première étape doit toujours consister à choisir le bon support, c’est-à-dire le bon logiciel de conception de circuit imprimé. Avec des listes de contraintes, une vérification des règles de conception intuitives, un routage auto-interactif et un analyseur de réseau de distribution d’énergie, Altium Designer vous aide à concevoir un circuit imprimé optimal.

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