Caractérisation et modélisation des émissions rayonnées par le câblage des systèmes électroniques embarqués

by Wissem Yahyaoui

Doctoral thesis in Physique

Under the supervision of Lionel Pichon.

defended on 07-11-2011

in Paris 11 , under the authority of Ecole doctorale Sciences et Technologies de l'Information, des Télécommunications et des Systèmes (Orsay, Essonne) , in a partnership with Laboratoire Génie électrique et électronique de Paris (Gif sur Yvette) (laboratoire) and Laboratoire de génie électrique de Paris (laboratoire) .

Thesis committee President: Christian Vollaire.

Thesis committee members: Lionel Pichon, Christian Vollaire, Nadir Idir, Edith Clavel, Marc Meyer, Fabrice Duval, Xavier Bunlon.

Examiners: Nadir Idir, Edith Clavel.

  • Alternative Title

    Modeling and characterization of electromagnetic emissions radiated by cables of embedded electronic systems


  • Abstract

    The calculation of radiated electromagnetic (EM) fields from wiring systems such as cables in automotive/aeronautic applications is an important issue for the prediction and the prevention of EM Interference (EMI) and EM Compatibility (EMC) problems. Many numericalmethods of electromagnetic modeling are available and can be used for EM analysis. Amongthese methods, the Partial Element Equivalent Circuit method (PEEC) is particularly wellsuited. Usually the PEEC approach is an efficient way to deal with circuit simulation ofdistributed structures. In automotive/aeronautic applications, the electronic systemsoperate at increasingly higher frequencies. So, the radiation of cables cannot be neglected. A3D model based on the PEEC method was proposed in order to take into account the size ofautomotive wiring systems. It includes resistive, inductive and capacitive effects. This 3Dapproach was shown to accurately predict the conducted disturbances by cables above largeground planes.In this work a new 3D calculation approach based on Maclaurin expansion is developed toevaluate the radiated fields with the PEEC method. The originality of this work is consideringboth radiated and conducted disturbances in the framework of a PEEC method for large sizestrcutures. In a first step the current carried by the conductors are determined from thecircuit model deduced with the 3D PEEC method. Then in a second step the field radiated bythe wiring systems is evaluated using an analytical calculation deduced from the distributionof currents.The third part of this work is to identify the disturbances generated


  • Abstract

    La cohabitaion, dans une même enceinte, des systèmes électroniques de puissance et decommande est un risque majeur pour le bon fonctionnement des systèmes électroniquesembarqués (Automobile, Aéronautique et Spatial). La maitrise de la CEM de ces systèmes estun défit surtout avec la difficulté de rendre compte des phénomènes EM.Ce mémoire décrit la modélisation des émissions conduites et des émissions EM rayonnéespar le câblage des systèmes électroniques embarqués. On explique d’abord le choix del’utilisation de la méthode de modélisation PEEC puis on décrit sa formulationmathématique et on présente les différents phénomènes EM qu’elle prend en compte dansle contexte de câblage.Dans le deuxième chapitre, un calcul tridimensionnel des émissions EM rayonnées a étéproposé. Il prend en compte de la géometrie des cellules de discrétisation et permet unemeilleure considération de la montée en fréquence. Il permet ainsi de se rapprocher au plusprès de la structure. Une validation de ce calcul a été effectuée en comparant les résultatsde simulation à ceux obtenus par d’autres calculs analytiques, par modélisation « élémentsfinis » et aussi par des mesures en champ proche.Le troisième chapitre est consacré aux applications aux systèmes électroniques embarqués.Dans une première partie, une étude d’un système de câblage, qui reflète les différentsphénomènes rencontrés en automobile, a été faite. Ensuite, un câblage est associé à unconvertisseur DC/DC. Ce convertisseur est utilisé comme un générateur de perturbations EMen Hautes fréquences. Dans cette partie du travail, on présente une modélisation de cesperturbations qui se propagent vers le câblage et qui se transforment en émissions EMrayonnées.

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