TOP LAYER : Maîtriser la théorie des lignes de transmission : la clé pour devenir un excellent concepteur !
Y compris en basses fréquences BF !
Introduction:
La conception électronique est un domaine en constante évolution, et pour être un concepteur compétent et efficace, il est essentiel de maîtriser des concepts fondamentaux tels que la théorie des lignes de transmission.
Les lignes de transmission sont utilisées pour acheminer les signaux électriques sur de longues distances tout en minimisant les pertes et en préservant l’intégrité du signal.
Dans cet article, nous explorerons comment une solide compréhension de la théorie des lignes de transmission peut vous aider à devenir un concepteur électronique accompli.
En réalité, pour représenter l’allure de la propagation d’un signal électrique, le premier réflexe serait plutôt de mettre l’axe du temps en abscisse. Cela permet de visualiser comment le signal évolue au fil du temps. L’axe de l’ordonnée peut alors représenter l’amplitude du signal. Ainsi, en traçant l’allure de la propagation du signal électrique sur un graphique, vous pouvez observer comment il se propage et comment son amplitude varie en fonction du temps.
Mais … ceci n’est qu’une vision fonctionnelle d’un signal !
La représentation fonctionnelle d’un signal électrique est très intéressante pour de multiples raisons, par exemple, respecter un protocole de communication donné !
Toutefois, pour une représentation plus complète, il est nécessaire d’inclure d’autres dimensions, telles que l’amplitude, la fréquence et la phase et notamment dimensionnelle*.
C’est quoi la TLT (Théorie des Lignes de Transmission) ?
La définition la plus simple, qui est en rapport directe avec le sujet de l’article est, du moment que la longueur d’onde (λ = C/freq) du signal est du même ordre de grandeur que la longueur du support de communication (ex. une piste sur un PCB), des phénomènes de l’hyperfréquence rentrent en jeux et doivent être prise en compte lors d’un routage.
Exemples :
Réseau EDF : f=50Hz => λ=c/f= 6000km
Imaginons un client 0 raccordé au point X0, ce client recevra une tension de V0 contrairement au client 2 raccordé au point X2 qui va avoir une tension V2 ! or V0 ≠ V2 mais fort heureusement les lignes électriques d’EDF ne font pas ces distances !
PCB : une antenne de 10 GHz => λ=3 cm est présente sur un PCB, avec des tailles de pistes de quelques cm, Il est indispensable de tenir compte de ces phénomènes de propagation.
PCB : supposant un circuit à commutation à une fréquence de 100 MHz => λ=3 m, avec des tailles de pistes de 10 cm sur le PCB.
Dans ce exemple, les pistes sont toujours beaucoup plus petites que la longueur d’onde. Il n’est pas nécessaire de faire des calculs d’adaptation d’impédance ou de traiter la piste en mode “hyperfréquence”. Il n’est, cependant, pas inutile d’en tenir compte des phénomènes de propagation.
On vous explique pourquoi ?
Lorsque les signaux fréquence se propagent le long d’une piste sur un PCB, des phénomènes tels que les réflexions, les pertes de signal, la diaphonie (crosstalk) et les distorsions peuvent avoir un impact significatif sur la qualité et la performance du signal. La maîtrise de la théorie des lignes de transmission est essentielle pour minimiser ces effets indésirables et assurer un fonctionnement correct du circuit.
En considérant la longueur d’onde du signal par rapport à la longueur du support de communication, il devient important de prendre en compte des paramètres tels que l’impédance caractéristique de la ligne de transmission, la terminaison adéquate du signal, la largeur et l’espacement des pistes, ainsi que la gestion des délais de propagation.
Une mauvaise conception ou un routage inapproprié peuvent entraîner des réflexions excessives du signal, des pertes de signal significatives, une diaphonie indésirable entre les pistes voisines et des distorsions qui peuvent compromettre les performances du système électronique.
En intégrant la théorie des lignes de transmission dès les premières étapes de la conception d’un PCB, les concepteurs peuvent prévenir ces problèmes et optimiser les performances du système. Une analyse approfondie des contraintes de routage, une modélisation et une simulation précises des lignes de transmission, ainsi qu’une sélection appropriée des composants et des paramètres de conception, permettront de garantir un routage efficace des signaux haute fréquence et une transmission fiable des données.
Conclusion: La maîtrise de la théorie des lignes de transmission est essentielle pour devenir un bon concepteur électronique. En comprenant les principes fondamentaux de la propagation des signaux le long des lignes de transmission, vous serez en mesure de concevoir des circuits efficaces, de réduire les pertes de signal, d’optimiser l’adaptation d’impédance, de minimiser la diaphonie et de gérer les hautes fréquences. En investissant du temps et des efforts dans l’apprentissage et la pratique de ces concepts, vous améliorerez vos compétences en conception électronique et serez en mesure de relever les défis les plus complexes avec confiance et précision.
Cas I : Lorsque la longueur d’onde (λ) du signal est du même ordre de grandeur que la longueur du support de communication, des phénomènes d’hyperfréquence entrent en jeu et doivent être pris en compte lors du routage d’un circuit imprimé (PCB).
La règle générale
Cas II : Lorsque la longueur d’onde (λ) du signal n’est du même ordre de grandeur que la longueur du support de communication, aucune précaution d’hyperfréquence n’entrent en jeu .
La théorie des lignes de transmission est un branche à part de l’hyperfréquences, seule des connaissances solides dans ce domaine permets de travailler sur des circuits du même titre, néanmoins, il faut :
La recommandation de TOP LAYER
1- Se poser systématiquement la question lorsque on conçoit une carte électronique y compris dans le domaine des basses fréquences.
2 – En cas de doute, d’un débutant en électronique ou un amateur qui n’a pas envi de forcément faire 2 ans en hyperfréquences pour s’en sortir, TOP LAYER vous propose une liste de 10 petites astuces à suivre.