Comprendre la notion de "Masse" dans les circuits audios

[djnaoki]

Bonjour,
je fais de l’électronique en autodidacte depuis des années. depuis quelques temps, je m’intéresse fortement a l’électronique audio.
les notion de masses ont toujours été un peu floues pour moi. jusqu'ici, cela ne posais pas trop de soucis (travaillant surtout de petits circuits basés sur microcontrôleur).
j'ai quelques notion de base (masse en étoile,etc.), mais aujourd'hui, j'aimerais vraiment comprendre comment faire en sorte d'éviter le bruit sur mes PCB notamment quand j'utilise des microcontrôleurs sur le même PCB que des circuits audios (AOP, etc.).

je vais travailler prochainement sur un filtre passe bas audio contrôlé par microcontrôleur, avec écran (donc beaucoup de bruit). j'aimerais faire les chose bien.
j'ai imaginé faire plusieurs plans de masse, reliés en étoile et divisés par secteur (dé-symétrisation du signal, filtrage, amplification,etc.)
j'ai lu qu'il était préférable de ne pas faire de plan de masse sous le microcontrôleur et son quartz pour éviter les haute fréquences ?
j'ai également lu qu'il est préférable de dédier une face aux alimentations et une autre au signaux ?
faut il router la masse des signaux audio sur une piste séparée ?
faut il faire un plan de masse pour les buck converters ?
concrètement, si j'ai un AOP avec ces condensateurs de découplage, je pense que c'est intéressant de faire un plan de masse autour, de cette manière, le retours a la masse est court pour chaque composant ?
de manière générale, quel doit être la structure de mon PCB ?

merci par avance !
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[Vincent PETIT]

Bonjour,
Cette notion de masse est assez complexe a traiter en réalité. Tu vas également lire tout et son contraire sur internet. Alors voilà ce que je peux te dire d'un point de vu CEM, car ce sujet est traité en long en large et en travers dans les formations et dans la littérature spécialisé.

D'abord, ça va dépendre du domaine de l'électronique dans le quel tu te trouves car les effets de couplage dominants ne seront pas les mêmes :

- En électronique de puissance, dans une alim à découpage par exemple, les effets dominants seront principalement des couplages inductifs, des couplages par impédances commune.
- En électronique rapide/mixte ce sera les couplages capacitifs qui vont être contraignant.

Je prends un exemple du livre "Electromagnetic Compatibility Engineering - Henry Ott, Wiley". Imagine 3 circuits indépendant reliés en étoile à la masse par des fils. Ci dessous Ott t'explique que d'un point de vu CEM et au dessus de seulement 100kHz voilà comment tu dois te représenter ton schéma pour appréhender la CEM. Tes fils de masses deviennent des inductances et tu dois considérer les capacités parasites circuits/masses.



Un peu de déduction sur les courants de retour !
Si on monte en fréquence, l'impédance des inductances (des fils) augmentent tandis que l'impédance des capa parasites diminuent, ça veut dire qu'arrivé à une certaine fréquence le chemin de moindre impédance va devenir les capa parasites plutôt que les fils qui vont à la masse => adieu la masse en étoile. Au delà d'une 100aine de kHz elle ne fonctionne plus. Les courants de retour rapides vont passer par les capa parasites plutôt que par les fils. Ce que je décris là est pleinement transposable à des composants électroniques sur un PCB. Ce sont les mêmes phénomènes qui sont en jeu.

j'ai imaginé faire plusieurs plans de masse, reliés en étoile et divisés par secteur (dé-symétrisation du signal, filtrage, amplification,etc.)

Généralement, ou à moins d'être full isolé, masse comprise, par exemple avec un optocoupleur à haute linéarité entre 2 étages ; des plans de masse distincts et relié en étoile à la masse vont créer encore plus de problèmes. Une masse en étoile ça fonctionne bien mais à très basse fréquence.


En CEM il y a des petites différences avec la sémantique des mots habituellement utilisés en électronique et souvent, sauvagement, traduit de l'anglais.

• Le 0V c'est la référence de l'électronique, on ne devrait pas dire plan de masse = indispensable pour le fonctionnement
• La masse/chassie c'est pour la CEM, c'est la poubelle à perturbation = optionnel pour le fonctionnement (dans une souris optique pour PC, il n'y a pas de masse)
• La terre c'est pour sécurité = optionnel pour le fonctionnement (dans un avion il n'y a pas de terre)

Pour aller plus loin dans le faible bruit, il faudrait un schéma et une vue d'ensemble de éléments qui sont avant et après ton projet (comment tout ça va être branché ensemble en gros). Les problèmes de bruit viennent à la fois de l'extérieur et de l'intérieur de l'électronique.
De l'extérieur car il y a des boucles de masse, des courants de retour mal contrôlé, des câbles exposés aux couplages avec l'environnement, ...
De l'intérieur car tu as une piste numérique qui se couple de manière capacitive avec une piste analogique, parce que tu as mal choisie la disposition des composants, ...

[f6bes]

"...mais aujourd'hui, j'aimerais vraiment comprendre comment faire en sorte d'éviter le bruit sur mes PCB notamment quand j'utilise des microcontrôleurs sur le même PCB que des circuits audios (AOP, etc.)....."
Le fait d'utiliser des "composants" qui GENERENT du " bruit"...font le que le bruit est véhiculé par la cir cuiterie.
Il Faut dériver à la masse ( découplage ) les signaux du "bruit". Condensateurs de découplage, condensateurs by pass, ferrite.....
L'éliminiation du "bruit" est spécifique à chaque montage ( cas général)
A+

[djnaoki]

salut, merci de vos réponses.
J'avoue ne pas trop savoir ou commencer.
Dans ce projet, je vais avoir besoin de plusieurs rails d'alimentation que je vais générer depuis une alim 24v en utilisant d'un coté des TPS5430 (pour les circuits analogique, +15v -15v) et de l'autre des AMS1117-5.0 (pour le microcontrôleur, +5v).
Donc rien qu'au niveau alimentation : je rentre dans un DC Jack avec mes 24v, gros filtrage (capacitif + filtre LC), puis d'un coté sur le layer du dessous plan de masse et sur le layer du dessus les IC de gestion de tension connectés en étoile a la sortie de mon filtrage des 24v.
De la, je nage un peu, j'ai vu sur pas mal de circuit que le plan de masse est sur la couche du dessous et que sur la couche supérieur on peut ne met pas de plan de masse et on route nos signaux ?
je vais surement commencer a designer un truc et vous le proposer ?

merci

[A voir en vidéo sur Futura]

[jiherve]

bonjour
comment faire du -15v avec un TPS5430?
et faire du 5V à partir de 24V en utilisant un régulateur linéaire ce n'est pas une bonne idée il va chauffer de façon déraisonnable.
JR

[Vincent PETIT]

Bonjour,
Oui peut être qu'il serait préférable de nous soumettre quelque chose de plus concret. Au moins qu'on puisse discuter filtrage, calcul de bruit, emplacement des composants etc...

[djnaoki]

comment faire du -15v avec un TPS5430?

Avec 2 TPS5430. il y a des cartes chinoise qui fonctionne comme ça. c'est un design que j'ai déjà utilisé et qui marche plutôt bien

https://static.igem.org/mediawiki/20...China_LZ11.jpg
https://m.media-amazon.com/images/I/..._DpWeblab_.jpg

faire du 5V à partir de 24V en utilisant un régulateur linéaire ce n'est pas une bonne idée il va chauffer de façon déraisonnable.

Pas faux, j'avais pas trop réfléchis a la question. disons un autre TPS5430 alors

[djnaoki]

je vais commencer a travailler sur la partie alimentation. je reviens vers vous.
merci.