Un cercle vertueux en conception de circuit imprimé

Ne serait-ce pas un concept plus ou moins fumeux destiné à vendre des formations coûteuses et des bouquins particulièrement hermétiques ? Jean-Pierre Josse, spécialiste chez EDA Expert dans la conception de cartes complexes comportant des signaux de puissance et des signaux numériques rapides répond à ces questions !

Faut-il mieux router les pistes (unipolaires ou différentielles) en couches internes ou en couches externes ?

Autrement dit, quels sont les avantages des striplines par rapport aux microstrips ?

Quelques rappels élémentaires

  • La vélocité du signal est inversement proportionnelle au milieu dans lequel le signal transite : 𝑣 = 𝑐⁄√𝜀𝑟. C étant la vitesse lumière et 𝜀𝑟 la constante diélectrique de l’environnement. La capacité et l’inductance de la piste étant également dépendantes de ces constantes, il est évident que l’impédance doit être calculée en prenant bien en compte l’environnement (FR4 et vernis épargne pour les couches externes).
  • Une microstrip est une ligne de transmission sur un substrat diélectrique, référencée à un plan.

Montages ci-dessous, avec et sans vernis épargne

Une stripline est une ligne transmission prise en sandwich entre deux plans et donc référencée à ceux-ci.

  • Un signal électrique transite d’un point A (émetteur) à un point B (récepteur) pour s’en revenir vers l’émetteur à travers un plan de masse (Courant de retour).
  • En courant continu, le courant de retour chemine sur le trajet de moindre résistance. En courant alternatif, le courant de retour chemine parallèlement au signal, formant ainsi un couple électromagnétique par effet de proximité.
  • L’effet de peau est proportionnel à la fréquence et son incidence se manifeste très tôt (18μm à 13,56Mhz pour le calcul d’antenne NFC par exemple, revoir à ce sujet les notes d’application trainant sur la toile, c’est instructif…).

Intérêts de router les lignes de transmission dans les couches internes

  • Transit dans un environnement homogène, ce qui évite bien des questions quant à l’incidence du vernis épargne donc, meilleur contrôle de l’impédance des pistes.
  • Réduction très importante de l’effet de peau, donc de l’affaiblissement du signal (Le signal transite sur les deux faces de la piste par effet de proximité, voir à ce sujet les rappels sur le couple électromagnétique).
  • Réduction très importante de la diaphonie pour les mêmes raisons.
  • Réduction de la susceptibilité aux bruits environnants.
  • Réduction de la susceptibilité aux perturbations externes et réduction des perturbations émises en raison du blindage réalisé par la stripline. a un bien meilleur comportement en compatibilité électromagnétique (Certification et marquage CE).

Y-a-t-il d’autres cercles vertueux ?

Une décision simple prise en début de travail nous entraîne dans un cercle vertueux dont les conséquences sont pour le moins extrêmement importantes pour l’intégrité du signal. Il y a deux éléments fondamentaux qui sont très rarement pris en compte dans la conception des PCB et qui ont des effets au moins aussi importants voir beaucoup plus importants :

  • La prise en compte de la technologie des matériaux et des techniques de fabrication permettant de mieux contrôler les coûts induits par la complexité des circuits.
  • Le respect de l’intégrité des réseaux d’alimentation ou Power Integrity.
  • L’adaptation des lignes de transmission, autre élément essentiel de l’intégrité du signal ou Signal Integrity.

Pour aller plus loin, découvrez nos formations dédiées PCB !

EDA Expert, organisme de formation dans le domaine de l’électronique, certifié QUALIOPI et agréé Altium, avec ses formateurs certifiés CID par IPC, propose notamment des formations métier adaptées au PCB.
Le but de la formation « Techniques et méthodes de conception avancée d’une carte électronique comportant des signaux rapides » est de transmettre la compréhension des phénomènes électromagnétiques impactant le tracé du circuit imprimé, et de fournir des éléments de quantification par le calcul. Ceci permet également d’établir des spécifications circonstanciées et justifiées qui sont alors plus simples à respecter. Cette formation est destinée aux électroniciens et aux concepteurs de circuit imprimé en complétant leurs compétences avec des éléments qui permettent d’élaborer en toute sérénité des circuits imprimés véhiculant des signaux de fréquences élevées ou à temps de commutation rapides.

Un cercle vertueux en conception de circuit imprimé
Retour en haut