Découplage et Filtrage

Découplage et Filtrage
1) Filtrage d’alimentation
Une alimentation peut être représentée par un modèle de Thevenin.
RTH
CHARGE
ETH
Vcharge
RC
La tension aux bornes de la charge ne sera jamais ETH, il y a un diviseur de tension
Vcharge=ETH.RC/(RTH+RC)
Si la valeur de RTH est très petite devant la charge Vcharge est très proche de ETH (c’est
généralement le cas).
La charge peut varier de manière importante, par exemple dans un amplificateur linéaire de puissance
ou lors de la commutation d’un relais. Le courant d’alimentation varie également, la tension
VRTH=RTH.I augmente donc Vcharge diminue !
Il est nécessaire de filtrer ces variations dues à un besoin d’énergie ponctuel. On place aux bornes de
l’alimentation un condensateur de forte valeur (100uF à 2200uF) qui servira de « réservoir » d’énergie.
L’ensemble RTH, C1 formant un filtre passe bas dont la fréquence de coupure sera aussi basse que
possible.
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RTH
3
ETH
C1
4
100uF
1
2
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Modèle équivalent d’un condensateur :
RP
C
LS
RS
La qualité d’un condensateur dépend de RP,LS,RS.
RP doit être aussi grande que possible, elle définit le courant de fuite du condensateur.
RS doit être aussi petite que possible, le condensateur devant se comporter comme un court circuit
aux fréquence élevées.
LS doit être aussi petite que possible, aux fréquences élevées l’impédance de C est très faible
mais celle de LS augmente.
Les condensateurs de forte valeur sont toujours électrolytique (on parle également de condensateur
chimique). De part leur technologie, ils présentent une inductance LS importante et une résistance de
fuite RP parfois non négligeable.
La valeur de fr étant basse, ils ne peuvent éliminer les perturbations de hautes fréquences.
On a recourt à condensateurs de technologie polyester (MKT, MSK2, MSK4) qui présentent de
bonnes caractéristiques en hautes fréquence mais qui ne possèdent pas de capacité élevée (1nF à
1uF)
Pour les variations importantes de courant mais relativement lente on a recours à un
condensateur électrolytique de forte valeur
Pour les variations rapides de courant mais relativement faibles on a recours à un
condensateur polyester de faible valeur (facultatif la plupart du temps).
8
RTH
3
C1
C2
100uF
100nF
1
2
4
ETH
Ces deux condensateurs sont placés à proximité des bornes d’alimentation.
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2) Découplage des circuits numériques
Une ligne d’alimentation (un fil ou une piste de circuit imprimé) peut être modélisée comme ceci :
LS
RS
S’agissant d’un fil, RS est généralement proche de 0 et
négligeable. LS également très faible (quelques nH), son influence dépend des fréquences la
traversant (ZL=jLw). Si l’alimentation est destinée à des circuits numériques, il y aura à l’intérieur de
ceux-ci des commutations nombreuses, avec des temps de monté/descente très courts, donc de
nombreuses harmoniques de fréquences élevées sur le courant d’alimentation.
Circuit d’alimentation d’un composant numérique:
En rouge de chemin du courant d’alimentation du circuit numérique.
L1
RTH
1
ETH
C3
&
2
100uF
3
L2
Aux fréquences élevées le condensateur C1 est inefficace (en raison de son inductance série interne)
Le courant d’alimentation du circuit numérique traverse RTH, L1, L2. Ces dernières présentent une
impédance élevée aux hautes fréquences, la tension d’alimentation chute. Plus grave, les
variations de courant perturbent les autres circuits numériques, il y a rayonnement électromagnétique
et donc une mauvaise CEM.
L1
RTH
L3
1
ETH
C3
1
&
2
100uF
3
2
L2
&
3
L4
Les fréquences portées par les courants étant élevées il est facile de les filtrer avec des
condensateurs polyesters dont la valeur habituelle est 100nF.
S’agissant d’empêcher les variations de courant de remonter les lignes d’alimentation on dit que
l’on découple les circuits numériques.
L1
RTH
L3
1
ETH
C3
2
100uF
1
&
L2
3
2
&
L4
En rouge et orange, le chemin des courantes hautes fréquences.
Pour être efficaces les condensateurs de découplage doivent être placés
aussi prêt que possible des broches d’alimentation des circuits
numériques.
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U1
2
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7
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28
RA0/AN0/C1INRC0/T1OSO/T13CKI
RA1/AN1/C2INRC1/T1OSI/CCP2B
RA2/AN2/C2IN+/VREF-/CVREF RC2/CCP1
RA3/AN3/C1IN+/VREF+
RC3/SCK/SCL
RA4/T0CLKI/C1OUT
RC4/SDI/SDA
RA5/AN4/SS/HLVDIN/C2OUT
RC5/SDO
RA6/OSC2/CLKO
RC6/TX/CK
RA7/OSC1/CLKI
RC7/RX/DT
11
12
13
14
15
16
17
18
U2
2
3
7
VDRV
TXIN
RXIN
J2
TXOUT
RXOUT
5
1
DS275
GND=VSS
VCC=VDD
RB0/AN12/INT0/FLT0
RB1/AN10/INT1
RB2/AN8/INT2
RB3/AN9/CCP2A
RB4/AN11/KBI0
RB5/KBI1/PGM
RB6//KBI2/PGC
RB7/KBI3/PGD
RE3/MCLR/VPP
1
2
CONN-H2
1
PIC18F2620
VDD
J1
2
1
CONN-H2
C1
C2
C3
100uF
100nF
100nF
VSS
C1 est proche du bornier d’alimentation
C2, C3 sont proches des bornes d’alimentation des circuits numériques.
Pour en savoir plus :
http://www.esiee.fr/~poulichp/CEM/IntroductionCEM/chapitre1.PDF
http://www.xilinx.com/support/documentation/application_notes/xapp623.pdf
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