Comment un routage correct de votre circuit imprimé peut protéger votre carte des ESD

Lorsque j'ai commencé la course à pied, je me suis entraîné avec une amie qui avait déjà plusieurs ultramarathons à son actif. Elle parcourait plusieurs kilomètres depuis chez elle, faisait une petite boucle avec moi, puis poursuivait son chemin seule. Lorsque j'ai commencé à gagner en vitesse, plutôt que de me permettre de rentrer chez moi plus rapidement, elle a allongé notre boucle. Elle s'y prenait de manière vraiment ingénieuse. Elle prévoyait toujours un itinéraire pour lequel faire demi-tour ne présentait aucun intérêt ou sur lequel je me perdais en cherchant un raccourci pour rentrer.

Elle est urbaniste et choisissait toujours avec un grand soin ses circuits en fonction de ses objectifs. Moi, je suis ingénieur et j'avais donc des objectifs très différents, par exemple passer devant la boutique de smoothies. Pour autant, je comprends bien ses choix. Après tout, il en va de même lorsque je conçois un circuit imprimé : je veux que mon routage respecte des objectifs de coûts et de performances bien précis. Le routage joue un rôle particulièrement important dans la protection contre les ESD et contribue à protéger les composants des interférences électromagnétiques induites par ces dernières.

Limitez les boucles

Même si nos courses ressemblaient bien souvent à des boucles, il est préférable de faire l'inverse sur vos circuits imprimés. En limitant les boucles, vous pourrez réduire les dommages liés aux ESD qui se propagent sur tout votre circuit imprimé. En effet, une boucle renfermant un flux de champ magnétique variable génère un courant d'induction. Si ce flux provient d'une ESD, l'intensité du courant d'induction traversant de manière inattendue vos composants pourra causer des dommages très importants.

Parfois, vous n'aurez d'autre choix que de faire une boucle. Dans ce cas, minimisez sa surface. L'importance du courant d'induction sera proportionnelle à la taille de la boucle.

Utilisez des plans de masse

Lorsque vous concevez un circuit imprimé à plusieurs couches, vous devez absolument vous appuyer sur un plan de masse. Les boucles que l'on retrouve le plus souvent sur les circuits imprimés sont les pistes reliant l'alimentation à la masse. Ces boucles sont si courantes qu'on finit par les oublier.

Les conceptions ne permettant pas la mise en œuvre d'un plan de masse doivent suivre une grille de vias pour connecter l'alimentation à la masse. Cela revient à imiter un plan de masse avec les pistes. Voyez-le comme un treillis, dont les liaisons d'alimentation se produisent au niveau des points d'une ligne, avec les pistes de masse connectées sur des lignes orthogonales. Semtech en propose une illustration très parlante et recommande d'espacer chaque connexion de 6 cm.

Elle recommande également de placer les pistes d'alimentation et de masse proches les unes des autres. Toutefois, ce procédé peut entraîner un phénomène de gravure sur votre carte, en particulier avec du courant alternatif.

L'utilisation d'une grille, similaire à un treillis, pour relier l’alimentation et la masse peut contribuer à réduire les boucles de circuit si vous ne pouvez pas utiliser de plan de masse.

Optimisez les chemins de routage

En plus de réduire les boucles, vous devez essayer d'éliminer les pistes parallèles. Ce point est particulièrement important pour les pistes parallèles entre des appareils connectés. En effet, ces pistes peuvent facilement se coupler. Si vous disposez d'une ligne protégée par une diode Transil parallèle à une piste non protégée, les dommages dus à une interférence électromagnétique peuvent facilement se propager dans le système malgré la protection.

Une autre stratégie d'élimination des ESD réside dans l'utilisation de pistes de protection. Si vous n'avez aucun moyen d'éviter une piste de signal longue (Semtech les définit comme des pistes de 30 cm ou plus, utilisez plutôt une piste de protection. Une piste de protection est parallèle à un signal haute vitesse. Je sais que je viens de vous dire d'éviter les pistes parallèles, mais il s'agit ici d'un sacrifice permettant d'obtenir un chemin de retour qui annule une grande partie du champ de rayonnement. Il protège ainsi les pistes à proximité de la diaphonie de votre ligne de signal.

Transposez les pistes longues

Si votre conception est destinée à des applications haute vitesse, vous savez probablement que vos pistes doivent être aussi courtes que possible. Évitez de créer des antennes rayonnantes involontairement sur votre circuit imprimé ou de longues boucles linéaires. Malheureusement, vous n'aurez peut-être pas d'autre choix que de placer une ligne de signal ou d'alimentation trop longue. Toutefois, vous pouvez rompre ces boucles en transposant les lignes de signal et de masse. Vous disposerez alors de nombreuses boucles plus petites, comme si vous utilisiez du câble à paire torsadée au sein des couches de votre circuit imprimé.

La transposition des pistes de circuit imprimé revient à utiliser du câble à paire torsadée pour réduire les interférences électromagnétiques.

Que l'on parle d'entraînement de course à pied ou de pistes de circuit imprimé, la planification du routage est essentielle. L'amélioration de la vitesse, des performances et de la protection n'est pas simple, mais vous profitera à long terme. Même si vous n'avez personne pour vous accompagner, sachez que de très bons outils peuvent vous aider. Des logiciels de conception de circuits imprimés, comme Altium Designer, fournissent un environnement unifié de schéma et de conception qui vous aidera à imaginer la conception de circuit imprimé idéale. L'assistance d'Altium peut vous aider à vous lancer dès maintenant !