Il peut arriver qu'il existe une tolérance de tension ou de courant dans les connexions électriques. Ces situations sont courantes et peuvent même endommager votre circuit. L'une des meilleures solutions consiste à utiliser la mise à la terre (GND) en électronique.
GND est l'abréviation de mise à la terre. Bien qu'elle ne soit pas directement reliée à la terre, elle est essentielle au bon fonctionnement de tout circuit. Le terme « mise à la terre » peut prêter à confusion. On l'utilise cependant fréquemment dans le domaine du câblage électrique des bâtiments.
La masse (GND) crée généralement un chemin de retour pour le courant de défaut sur la carte de circuit imprimé. Ainsi, en cas de courant de défaut, la GND peut l'évacuer sans affecter les autres composants. La plupart des cartes de circuit imprimé utilisent la GND. Cependant, les dispositifs flottants ou alimentés par batterie peuvent fonctionner sans GND.
La mise à la terre (GND) garantit également la qualité du signal. Prenons un exemple : vous avez peut-être déjà entendu des grésillements dans le haut-parleur. Savez-vous pourquoi ? Exactement. Cela est principalement dû à une mauvaise mise à la terre.
Il existe généralement plusieurs types de prises de terre. Le type précis dépend généralement de leur utilisation. Dans cet article, vous découvrirez la prise de terre (GND) et ses différents types. Vous apprendrez également l'importance de la mise à la terre et ses nombreuses applications.
Pourquoi une mise à la terre correcte est-elle cruciale dans la conception des circuits imprimés ?
La fonction principale d'une mise à la terre est de protéger les appareils électroniques contre les courants de défaut. Elle est également essentielle pour la qualité du signal, la réduction du bruit et la stabilité de la tension. Il existe différents types de mises à la terre selon leurs applications.
Imaginez que vous conceviez un circuit imprimé sans mise à la terre. Que se passe-t-il lorsqu'un courant électrique le traverse ? Si la tension et le courant sont corrects, vous ne remarquerez peut-être aucun problème. Cependant, des pics de tension, des boucles de masse ou des références flottantes peuvent survenir à tout moment. Ces phénomènes peuvent générer du bruit sur le circuit imprimé. Vos composants risquent alors de tomber en panne prématurément, ce qui réduit leur durée de vie.
Il est essentiel de noter que les circuits haute fréquence nécessitent un chemin de retour à faible inductance. À défaut, la qualité du signal sera compromise. Par conséquent, l'utilisation de circuits imprimés mis à la terre est cruciale. Dans le cas des circuits imprimés multicouches, un plan de masse complet est nécessaire.
Une mise à la terre correcte est essentielle pour garantir la stabilité de l'alimentation électrique. Une mauvaise mise à la terre peut provoquer des rebonds de masse. Lors de la commutation rapide de plusieurs circuits intégrés, une surtension soudaine se produit dans le plan de masse.
De plus, la présence d'inductance et d'une impédance élevée dans le circuit de masse entraîne une chute de tension. Ces facteurs peuvent provoquer une instabilité ou des fluctuations de puissance du signal. Il est donc impératif d'assurer une mise à la terre correcte.
Techniques courantes de mise à la terre des circuits imprimés dans la conception de circuits imprimés
Comme mentionné précédemment, le type de mise à la terre peut varier selon les besoins, notamment en fonction des exigences de conception du circuit imprimé. Voici sept types de mise à la terre utilisés dans les cartes de circuits imprimés (PCB).
#1 Mise à la terre en un seul point
Comme leur nom l'indique, ces mises à la terre convergent vers un point unique. Chaque piste de masse du circuit imprimé se rejoint en un point de masse. On les rencontre principalement dans les circuits basse fréquence.
#2 Mise à la terre multipoint
Ce type de mise à la terre comporte plusieurs points de masse. Ces points sont définis en fonction des besoins ou de la position des différents composants. Ce type de mise à la terre (GND) est plus courant sur les cartes de circuits imprimés (PCB) haute fréquence.
Plan de masse n° 3
Ce type de mise à la terre utilise un plan entier du circuit imprimé. Il s'agit généralement d'une couche conductrice large et dense. Les circuits imprimés multicouches utilisent ce type de mise à la terre.
#4 Étoiles à la terre
Le système raccorde toutes les connexions de terre selon un schéma en étoile. Sa fonction principale est de bloquer le couplage des parasites entre les sous-circuits. Ce type de mise à la terre convient aux systèmes analogiques et audio sensibles.
#5 Coulages au sol
Un plan de masse est une large zone remplie de cuivre. Relié à la terre, il assure la circulation du courant vers les autres composants. Ce type de plan de masse est idéal pour la dissipation thermique et la réduction des interférences électromagnétiques.
#6 Traces de garde
Ce type de mise à la terre est situé à proximité de la ligne de signal. Cette position unique permet principalement de réduire le bruit et d'éviter la diaphonie. Ce type de mise à la terre est idéal pour les appareils à haute impédance ou pour les signaux sensibles.
Plan de masse divisé n° 7
Ce type de mise à la terre se retrouve dans différentes sections des cartes de circuits imprimés. Les connexions de mise à la terre sont isolées tout au long du circuit. Il utilise des mises à la terre analogiques, numériques et d'alimentation séparées afin de réduire les interférences.
Meilleures pratiques pour la mise à la terre des circuits imprimés lors de la conception d'un circuit imprimé
Outre les autres règles, le positionnement correct de la masse (GND) est également crucial lors de la conception d'un circuit imprimé. Voici quelques conseils à prendre en compte lors de la planification de votre circuit imprimé.
1. Vous pouvez utiliser un plan de masse continu si votre circuit imprimé nécessite une haute qualité de signal. Comme vous le savez, le plan de masse continu est souvent utilisé dans les circuits imprimés multicouches.
#2 Si votre circuit imprimé comporte des circuits analogiques ou mixtes sensibles, vous pouvez réduire les boucles de masse. Dans ce cas, vous pouvez séparer les chemins de retour de courant élevé et faible. Ainsi, vous évitez les mises à la terre en série.
#3 Si votre circuit imprimé comporte des circuits intégrés à broches, il existe un risque élevé de génération de bruit de fréquence. Dans ce cas, vous pouvez stabiliser leur tension en plaçant des condensateurs de découplage au plus près.
#4 Si votre circuit imprimé nécessite une mise à la terre à faible impédance, vous pouvez également réaliser la mise à la terre sur une seule couche. Vous pouvez utiliser des vias pour réduire l'inductance si le circuit imprimé comporte plusieurs couches.
#5 Certaines cartes de circuits imprimés comportent des signaux mixtes, analogiques et numériques. Dans ce cas, on peut utiliser la technique de mise à la terre en étoile.
#6 Certains circuits imprimés comportent des charges de courant dynamiques. Dans ce cas, vous pouvez envisager d'utiliser des pistes plus épaisses pour la masse.
#7 Si votre circuit imprimé comporte des circuits haute tension, vous pouvez améliorer la sécurité et l'isolation contre le bruit. Dans ce cas, un plan de masse séparé est idéal.
Résumé
La masse (GND) est un élément essentiel d'un circuit imprimé. Elle est généralement indispensable à la sécurité, à la qualité du signal et à la stabilité de l'alimentation. L'article mentionné ci-dessus aborde différents types de masses pour circuits imprimés et propose des conseils pour leur conception.
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