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Introduction
Vous êtes-vous déjà demandé pourquoi il faut déposer une couche de cuivre sur la face inférieure de nos cartes électroniques ? Et pourquoi il est si important de s’assurer qu’elle est bien connectée ?
Le plan de masse est essentiel à tout circuit imprimé. Il assure la connexion électrique entre tous les composants de la carte, leur permettant ainsi de communiquer. Sans un plan de masse efficace, les signaux seraient brouillés et impossibles à trier.
Introduction au plan de masse PCB
Comment fonctionne le plan de masse dans un PCB ?
Il ne s'agit pas d'un simple morceau de cuivre : c'est une couche spécifique du circuit imprimé , et elle doit être fabriquée à partir d'un type de cuivre spécial, suffisamment épais pour fournir un chemin solide au courant.
Le rôle du plan de masse est d'offrir une large surface de conduction. Il agit en réduisant l'impédance et en augmentant la bande passante. Un circuit imprimé doté d'un plan de masse supporte un courant plus important qu'un circuit imprimé sans plan de masse ; il est donc idéal pour les circuits de forte puissance, comme ceux utilisés en logique numérique ou en radiofréquence.
Un plan de masse est essentiel car il contribue à réduire les interférences électromagnétiques (IEM). Lorsque plusieurs signaux circulent simultanément, ils peuvent interférer entre eux et engendrer des problèmes. Plus le plan de masse est étendu , moins les interférences entre les signaux seront importantes.
Plan de masse dans un PCB
Pourquoi le plan de masse des PCB est-il important ?
Il fournit un point de connexion pour tous les composants de la carte. Cela permet une distribution uniforme de l'électricité dans l'ensemble du système, ce qui évite les points chauds et contribue à garantir qu'aucun composant n'est suralimenté ou sous-alimenté.
Il est également important de réduire les interférences électromagnétiques (IEM). Ce problème est particulièrement préoccupant lorsque le circuit imprimé est situé à proximité d'équipements ou d'appareils sensibles, tels que des ordinateurs ou du matériel médical . Le plan de masse permet de réduire ces interférences en offrant un chemin de dissipation aux champs électromagnétiques.
Types de plan de masse PCB
Il existe de nombreux types de plans de masse pour PCB. Le type que vous choisissez dépend de votre application, de votre budget et de votre besoin de flexibilité.
Types de plan de masse PCB
Terre Terre
Un plan de masse est le plus gros composant de la carte et il est absolument nécessaire pour un bon fonctionnement.
Le plan de masse permet au courant de circuler entre l' alimentation et le composant. Ceci garantit l'absence de différence de potentiel entre deux points quelconques de la carte. Si une partie de votre produit nécessite plus de puissance qu'une autre, il est facile d'ajouter des connexions entre ces deux points ; en revanche, s'ils ne sont pas connectés, il vous faudra trouver une autre solution, ce qui peut s'avérer beaucoup plus complexe.
Les plans de masse sont généralement en cuivre en raison de sa conductivité élevée et de sa faible résistance (l'inverse de la résistance). Il possède également une excellente conductivité thermique, permettant une dissipation rapide de la chaleur loin des composants électroniques sensibles tels que les transistors ou les microprocesseurs.
Terre Terre
Masse du châssis
Il est constitué d'une seule couche de feuille de cuivre recouvrant toute la surface du circuit imprimé . Le plan de masse du châssis est relié à la borne de masse de chaque composant. Ceci contribue à réduire les interférences électromagnétiques (IEM) en offrant une large surface de mise à la terre.
Le plan de masse du châssis fait également office de blindage électromagnétique, protégeant contre les bruits haute fréquence causés par les interférences radioélectriques (RFI) et les interférences radioélectriques (RFI).
Masse du châssis
Masse du signal
Utilisés pour fournir un plan de masse à faible impédance aux pistes de signal, ces plans sont souvent situés sous l'alimentation et peuvent être en cuivre ou en aluminium . Leur taille dépend de l'intensité du courant qui les traverse.
Masse du signal
Terrain flottant
Ce plan de masse est généralement utilisé lorsque les condensateurs de découplage de l'alimentation sont situés à proximité des broches d'entrée ou de sortie d'un circuit intégré. Un exemple typique serait un amplificateur doté d'une alimentation économique, où les condensateurs de découplage sont placés juste à côté des broches d'entrée et de sortie.
Terrain flottant
Terrain virtuel
Un plan de masse virtuel est un plan de masse virtuel situé sur la face interne du circuit imprimé. Il permet de réduire la diaphonie et d'améliorer les performances du circuit. Ce plan de masse virtuel peut être utilisé conjointement avec un plan de masse physique, lequel doit être situé dans une autre zone du circuit imprimé, non connectée à des pistes ou des vias.
Terrain virtuel
Terre CA
Un type de plan de masse de carte de circuit imprimé qui a une couche isolée de cuivre qui agit comme un conducteur de terre.
Le but de l'utilisation d'un plan de masse CA sur un circuit imprimé est de fournir un chemin pour que le courant circule sans interférence des autres composants de la carte. S'il n'y avait pas de chemin pour le passage du courant, cela provoquerait des interférences entre les appareils qui utilisent l'électricité.
LOGO TERRE
Méthodes utilisées dans la mise à la terre des PCB
Il existe quelques méthodes différentes utilisées pour la mise à la terre des PCB. Ceux-ci inclus:
Traces au sol
Ce sont les chemins empruntés par un matériau conducteur pour créer une connexion entre deux ou plusieurs composants électriques. Les pistes de masse sont généralement utilisées pour connecter les pastilles de cuivre d'un circuit imprimé au plan de masse, une couche de cuivre qui passe sous toutes les autres couches d'une carte de circuit imprimé. Le plan de masse est généralement connecté à une extrémité à la terre et à l'autre extrémité à l'alimentation.
Traces au sol
Plan de masse commun
Un plan de masse commun est une conception de circuit imprimé dans laquelle tous les composants sont connectés à un seul plan de masse. Ce plan de masse est relié à la source d'alimentation et sert de canal de retour de courant commun.
Plan de masse commun
Mise à la terre équipotentielle
Procédé de création d'un plan équipotentiel à la surface d'un circuit imprimé. Ce procédé utilise du cuivre et un stratifié cuivré pour créer une surface au même potentiel que le plan de masse.
Mise à la terre équipotentielle
Couche de sol dédiée
Cette méthode est utilisée lorsque le PCB n'a qu'une seule couche à des fins de mise à la terre et d'isolation. La couche de masse dédiée est constituée d'une feuille de cuivre ou d'époxy conducteur et est connectée au plan de masse par des vias. Les vias de connexion sont remplis de soudure ou d'époxy conducteur.
Couche de sol dédiée
Objectif du plan de masse du circuit imprimé dans un circuit imprimé
Le but du plan de masse PCB est le suivant :
Reduire le bruit
Il s'agit d'une grande zone de cuivre qui est connectée à l'alimentation électrique. Le plan de masse sert de point de connexion unique pour tous les composants de votre circuit, et il aide également à réduire le bruit dans votre circuit en protégeant vos composants des interférences électromagnétiques.
Réduire les interférences
Un plan de masse est une couche sur le PCB qui est connectée au bus de masse. Le bus de terre est généralement en cuivre et s'étend sur toute la carte. Le plan de masse permet une meilleure conductivité entre les composants et réduit les interférences des autres composants.
Retour de tension
Le rôle du plan de masse d'un circuit imprimé est de fournir un chemin de faible résistance pour le courant de retour. Ceci permet à la couche métallique de se comporter comme un condensateur unique de grande capacité, stockant des charges et les libérant plus lentement que la tension d'alimentation ne peut varier.
Signal de retour
Le plan de masse PCB sert de chemin de retour pour tous les signaux sur une carte de circuit imprimé. Il aide également à dissiper la chaleur et à fournir un blindage électromagnétique.
Intégrité de l'alimentation
Il sert de point de référence commun pour toutes les traces de circuit, composants et autres chemins électriques. Le plan de masse fournit un point de référence stable pour toutes les tensions, ce qui permet de les comparer les unes aux autres et de les transmettre dans tout le système.
Différencie les fractions analogiques et numériques
Un autre objectif d'un plan de masse est de différencier les fractions analogiques et numériques de votre circuit. Sans cette différenciation, les signaux électriques de votre circuit seraient impossibles à distinguer les uns des autres.
Distribue l'alimentation CC
Ceci est connecté au côté négatif de la source d'alimentation du circuit. Ceci est fait afin de fournir une grande surface pour la circulation du courant, ce qui aide à réduire la résistance électrique et à augmenter l'ampérage.
Supprime la diaphonie
La diaphonie est l'interférence qui se produit entre les signaux électriques traversant différentes parties du circuit. Si un signal traverse un autre signal voyageant dans une direction différente, il y aura un effet d'écho, où les deux signaux sont réfléchis entre eux plusieurs fois avant d'être complètement annulés. Cela peut entraîner des problèmes de qualité sonore ou de transmission de données sur de longues distances.
Le plan de masse PCB élimine ce problème en créant une zone sur laquelle tous les signaux peuvent circuler librement sans être dérangés par d'autres signaux qui le traversent.
Dissipation de la chaleur
C'est l'un des aspects de conception les plus critiques car il maintient les composants du circuit au frais. Plus la dissipation thermique est efficace, plus le fonctionnement global de votre circuit imprimé est efficace.
Objectif du plan de masse dans un PCB
Conseils sur l'utilisation du plan de masse sur votre PCB
La mise à la terre de votre carte de circuit imprimé au plan de masse est l'un des meilleurs moyens d'améliorer ses performances. C'est également un excellent moyen de vous assurer que vous ne court-circuitez pas accidentellement des composants de votre conception. Si un composant présente un court-circuit, il peut l'endommager et provoquer sa défaillance prématurée.
Astuce 1- Vérifiez la pièce jointe de tout
Lorsque vous concevez votre PCB, la première chose à vérifier est la fixation de tout. Assurez-vous que le plan de masse est correctement fixé au reste de la carte de circuit imprimé.
Astuce 2 – Gardez la couche de sol entière
La couche de masse doit rester entière, vous ne voulez donc pas la briser avec des vias ou d'autres caractéristiques qui diminueraient son efficacité.
Astuce 3 – Ayez un point commun au sol
Si vous utilisez des plans de masse sur votre PCB, assurez-vous d'avoir un point de masse commun. Cela garantira que toutes vos connexions électriques sont correctement isolées et ne causeront aucun problème avec le circuit.
Astuce 4 - Minimiser l'utilisation des vias en série
Si vous pouvez empêcher le plan de masse d'être interrompu par trop de vias en série, il fonctionnera mieux comme dissipateur thermique et réduira le risque de courts-circuits.
Astuce 5 - Concevez la mise à la terre avant le routage
Pour éviter d'oublier des points de mise à la terre, concevez votre plan de masse avant le routage . Cela vous permettra d'identifier les parties du circuit à mettre à la terre et l'emplacement de ces points de mise à la terre.
Astuce 6 – Comprendre la circulation des courants dans le PCB
Avant de concevoir votre plan de masse, il est essentiel de comprendre le fonctionnement du courant dans le circuit imprimé. On distingue trois types de courants : positifs, négatifs et équilibrés. Les courants positifs circulent d'une source positive (comme une LED ) vers un puits négatif (comme le plan de masse). Les courants négatifs circulent d'une source négative (comme une résistance) vers un puits positif (le plan de masse). Un courant équilibré, comme son nom l'indique, est traversé par des quantités égales de courants positifs et négatifs.
Astuce 7 – Préparez-vous à la variance dynamique
Lorsque vous concevez un PCB, vous devez vous assurer que vous vous êtes préparé à la variance dynamique. La variance dynamique est la différence entre les valeurs réelles et supposées des performances d'un circuit pendant le fonctionnement. Cela peut être causé par des changements de température ou d'autres facteurs environnementaux, ainsi que par des composants qui sont utilisés d'une manière différente de celle pour laquelle ils ont été conçus.
Astuce 8 – Vérifiez les signaux analogiques et numériques
Lorsque vous concevez une carte de circuit imprimé, le plan de masse est un composant crucial qui facilite la circulation du signal. Il est nécessaire de vérifier les signaux analogiques et numériques sur votre circuit imprimé pour vous assurer qu'ils fonctionnent correctement.
Conclusion
Les plans de masse des PCB sont très importants et doivent être correctement conçus. Utilisez la bonne taille afin de couvrir le maximum de surface possible, considérant que la majorité des courants retournent à la source d'alimentation par le sol.
