FR2998675A1 - Dispositif de mesure en champ proche - Google Patents

Abstract

- L'objet de l'invention est un dispositif de mesure en champ proche pour la mesure de champs magnétiques et/ou électriques émis par des cartes électroniques par un banc de mesure qui comporte une paire de sondes liées mécaniquement et écartées d'une distance fixe de mesure "d", ladite paire de sondes étant disposée sur un dispositif porteur adapté à les déplacer pas à pas à la surface desdites cartes en sorte de réaliser une pluralité de points (p1, p2, pn), de mesure d'amplitude et/ou de phase électrique et/ou magnétique, et d'établir une cartographie des émissions électromagnétiques des cartes.

Description

DISPOSITIF DE MESURE EN CHAMP PROCHE La présente invention concerne un dispositif de mesure de champs électromagnétiques émis par des cartes électroniques. Les mesures de champs électromagnétiques émis par des cartes électroniques sont réalisées en particulier sur des bancs de mesure appelés 5 bancs de mesure champ proche. Le principe de la mesure consiste à balayer la surface des cartes à mesurer avec un dispositif de mesure déplacé en x, y, z par un robot piloté par un ordinateur. Le dispositif de mesure comporte une sonde magnétique ou électrique. 10 Un exemple de sonde pour dispositif de mesure de champ est donné dans le document W02008/035145A1. La plupart des mesures en champ proche sont réalisées dans le domaine des fréquences à l'aide d'un analyseur de spectre. Cette technique permet, à l'aide d'une seule sonde, d'obtenir l'amplitude du champ relatif ou absolu si la sonde a 15 été préalablement étalonnée. Pour certaines analyses cette technique s'avère insuffisante, par exemple lorsqu'on souhaite obtenir la phase des signaux émis. L'obtention de la phase en champ proche permet d'extrapoler le champ à d'autres hauteurs au dessus de la carte et même dans certains cas d'obtenir le champ lointain par simulation. 20 C'est notamment le champ lointain qui fait l'objet de normes CEM (niveau d'émission maximal à ne pas dépasser). Une autre application consiste à fixer comme règle d'installation des distances minimum entre cartes afin d'éviter des problèmes de susceptibilité, par exemple dans les armoires des coeurs électriques ou bien dans un fond de panier dans lequel se situent plusieurs cartes en vis-à-vis et à des distances faibles pour des raisons d'intégration, La méthode classique, proposée par exemple par le laboratoire IRSEEM à Rouen, ou encore utilisée par la société Nexio, consiste à mesurer le déphasage 5 entre une sonde de référence immobile et un point quelconque au dessus de la carte au moyen d'un balayage avec une seconde sonde. La mesure est réalisée au moyen d'un analyseur vectoriel et on obtient une cartographie du champ avec pour point zéro l'emplacement de la sonde de référence. 10 Les avantages de cette approche sont notamment une simplicité de mise en oeuvre et une obtention rigoureuse de la phase. Ses inconvénients sont notamment d'imposer un choix de référence. Ce choix sera fait par exemple à proximité d'une horloge ce qui nécessite donc une connaissance préalable de la carte et des fonctions présentes sur 15 celles-ci. Si la mesure n'est pas acceptable à cet endroit, la cartographie complète est à refaire. La mesure est rendue difficile du fait qu'en général à l'échelle de la carte plusieurs composants bruyants constituent un ensemble de plusieurs sources dont certaines sont indépendantes de celle captée par la sonde de référence. 20 Pour pallier l'inconvénient d'avoir à faire un choix de référence lors de la séance de mesure, la présente invention se base non pas sur l'utilisation d'une sonde de balayage associée à une sonde de référence, mais sur deux sondes solidaires qui se déplacent simultanément. On choisit alors le pas de mesure égal à l'écartement des sondes, de telle manière qu'au point de mesure n+1, la 25 deuxième sonde vienne prendre la position de la première à la mesure n. La présente invention propose ainsi un dispositif de mesure en champ proche pour la mesure de champs magnétiques et/ou électriques émis par des cartes électroniques par un banc de mesure caractérisé en ce qu'il comporte une paire de sondes liées mécaniquement et écartées d'une distance fixe de mesure 30 "d", ladite paire de sondes étant disposée sur un dispositif porteur adapté à les déplacer pas à pas à la surface desdites cartes en sorte de réaliser une pluralité de points, de mesure d'amplitude et/ou de phase électrique et/ou magnétique, et d'établir une cartographie des émissions électromagnétiques des cartes.

Avantageusement, le dispositif porteur comporte un moyen de mise en rotation des sondes. Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, le dispositif comporte une première et une seconde paire de sondes liées mécaniquement et disposées 5 aux sommets d'un carré de côté "d". Selon ce mode de réalisation, les sondes sont avantageusement associées à un multiplexeur RF à quatre ports. Préférablement, le dispositif de l'invention réalise un balayage en fréquence à chaque point de mesure. 10 avantageusement, la pluralité de points de mesure est réalisée sous forme d'une matrice de pas égal à la distance "d" entre sondes. Selon un mode de réalisation particulier, les sondes sont des dipôles de mesure de champ électrique. Selon une variante, les sondes sont des boucles de mesure de champ 15 magnétique. Les sondes sont intégrées selon un premier mode de réalisation en bout de câbles coaxiaux rigides maintenus écartés de la distance "d". Selon un deuxième mode de réalisation, les sondes sont réalisées dans un circuit imprimé multicouche. 20 Selon un troisième mode de réalisation, les sondes sont réalisées par sérigraphie. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront apparents à la lecture de la description qui suit d'un exemple de réalisation non limitatif de l'invention en référence aux dessins qui représentent: 25 en figure 1: une représentation schématique d'un dispositif de balayage à sonde fixe et sonde mobile de l'art antérieur; en figure 2: une représentation schématique d'un dispositif de balayage comportant une paire de paire de sondes selon un premier mode de réalisation de l'invention; 30 en figure 3: une représentation schématique d'un dispositif de balayage à deux paires de sondes selon un second mode de réalisation de l'invention; en figure 4: une illustration de la cartographie d'un champ mesuré avec une paire de sondes fixes en rotation; aux figures 5A à 5D: des vues schématiques de sondes selon un premier mode de réalisation de l'invention; en figure 6: un exemple de réalisation de sondes dans un circuit imprimé; en figure 7: une vue schématique d'un banc de mesure comportant un 5 dispositif selon la présente invention. La figure 7 représente un banc de mesure pourvu d'un bâti 110, d'un ordinateur 100, d'un analyseur de réseau vectoriel 101, d'une alimentation électrique 102 pour une carte à tester 103 et d'un dispositif 104 porteur de sondes 3a, 3b piloté par l'ordinateur 100, le dispositif porteur de sonde étant adapté à 10 déplacer les sondes au dessus de la carte 103 positionnée sur le bâti 110. Le banc de mesure de la présente invention reste traditionnel dans son architecture, la différence avec un bâti de l'art antérieur étant sa capacité à déplacer une paire de sondes 3a, 3b au lieu d'une sonde unique comme dans l'art antérieur représenté à la figure 1 où la sonde 1 est une sonde fixe disposée à un 15 point pi, la sonde 2 est une sonde mobile et les mesures aux points p2, ..., pn sont des mesures par rapport à la référence de la sonde 1 au point pi. Dans ce dispositif, il est difficile de prendre en compte des composants rayonnant indépendants tels que deux circuits intégrés rayonnant à des fréquences différentes comme par exemple un microprocesseur et un processeur 20 graphique comportant des horloges de fréquences différentes. Un premier mode de réalisation du dispositif de mesure en champ proche de la présente invention est schématisé à la figure 2. Ce dispositif est adapté pour la mesure de champs magnétiques et/ou électriques émis par des cartes électroniques. 25 Le dispositif selon ce mode de réalisation comporte une paire de sondes 3a, 3b liées mécaniquement et écartées d'une distance fixe de mesure "d". La paire de sondes est fixée sur un dispositif porteur adapté à les déplacer pas à pas à la surface desdites cartes en sorte de réaliser une pluralité de points pi, p2, ..., pn, de mesure d'amplitude et/ou de phase électrique et/ou magnétique, 30 et d'établir une cartographie des émissions électromagnétiques des cartes. La paire de sondes est en outre électriquement reliée au système d'analyse du banc de mesure de manière similaire aux sondes séparées de l'art antérieur.

Une première position de mesure correspond à la position où la sonde 3a est en position p2 et où la sonde 3b est en position pi sur la figure 2. Une mesure de phase entre pi et p2 est ainsi réalisée. Une fois cette mesure effectuée, la paire de sonde 3a, 3b est déplacée 5 latéralement d'un pas égal à la distance entre les sondes pour que la sonde 3a soit en position p3 et la sonde 3b en position p2. Les mesures sont répétées jusqu'à avoir la sonde 3a en bout de carte, ici en position p5. Dans un premier mode de réalisation simplifié, qui donne par exemple les 10 valeurs de phase représentées en figure 4, les sondes ne peuvent subir de rotation et un problème de continuité de phase au passage de la ligne I à la ligne 1+1 existe. Selon l'exemple, le passage de la ligne 1 comportant les points de mesure pi à p5 à la ligne 2 comportant les points de mesure p6 à pio se fait en déplaçant la 15 paire de sonde en bout de ligne 1 sur la ligne 2. La sonde 3a passe du point de mesure p5 au point de mesure p6 alors que la sonde 3b passe du point de mesure p4 au point de mesure p7. Ceci ne permet pas de mesurer la phase entre p5 et p6. Selon un mode de réalisation perfectionné, le dispositif porteur comporte un moyen de mise en rotation des sondes ce qui permet en fin de ligne de conserver 20 une continuité des mesures par exemple dans le cas de la figure 2 en ayant la sonde 3a en p6 alors que la sonde 3b est en p5 puis la sonde 3a en p7 et la sonde 3b en p6. Une solution plus complète et ne nécessitant pas de moyen de mise en rotation des paires de sondes est schématisé en figure 3. 25 Dans ce mode de réalisation, une première et une seconde paire de sondes 3a, 3b, 4a, 4b sont liées mécaniquement et disposées aux sommets d'un carré de côté "d". Ce mode de réalisation permet d'effectuer des mesures entre les points extrêmes des lignes balayées. 30 Dans ce cas, les sondes sont associées à un multiplexeur RF à quatre ports 5 adapté à éviter toute rotation de sondes contrairement à la configuration à deux sondes de la figure 2 et adapté à transmettre les mesures des sondes que l'on souhaite sélectionner en fonction de la position des paires de sondes au dessus de la carte. Le multiplexeur ne doit pas dégrader le signal transmis, souvent à haute fréquence, typiquement jusqu'à 1GHz. Pour cela il ne doit pas présenter de 5 ruptures de l'impédance caractéristique sur les chemins de transmissions des signaux en provenance des sondes connectées au multiplexeur. Le multiplexeur RF est piloté par l'ordinateur 100 de façon à réaliser des commutations en fin de balayage dans la direction y afin que les mesures soient enregistrés par les sondes adéquates pour continuer à calculer la phase de 10 proche en proche. La pluralité de points de mesure est réalisée sous forme d'une matrice de pas (repère 6 sur la figure 2) égal à la distance "d" entre sondes et, pour obtenir la caractérisation de la carte en fréquence émises, le dispositif réalise un balayage en fréquence à chaque point de mesure ce qui permet d'obtenir la phase et 15 l'amplitude du signal à chaque fréquence en chaque point mesuré. Selon les figures 5A à 5D, les sondes sont réalisées en bout de câbles coaxiaux rigides 9 maintenus écartés de la distance "d" par un support 16. Les câbles coaxiaux sont selon l'exemple terminés par des connecteurs coaxiaux 17. 20 Selon la figure 5A, les sondes sont des boucles 7 de mesure champ magnétique en bout de câbles coaxiaux 9 rigides. La boucle 7 est réalisée avec l'âme du câble dénudée, le blindage étant coupé pour laisser dépasser la boucle et une partie d'isolant 18 annulaire. Plusieurs paires de sondes avec différentes orientations de boucles sont 25 réalisées de façon a mesurer les composantes en x, y, z du champ, les boucles représentées en figure 5A étant ici en orientation x selon le repère orthogonal de la figure 2. Pour réaliser des mesures de champ électrique, les sondes sont des dipôles droits 8 comme par exemple en figure 5B où une paire de sondes avec 30 dipôles orientés selon l'axe y est représentée. La figure 5C et la figure 5D représentent respectivement une sonde dipôle droit 8' selon l'axe z et une sonde boucle 7' selon l'axe z et en perspective.

Il est à noter que dans le cadre de l'invention, le pas de mesure est limité par la distance entre les 2 sondes et n'est pas forcément adapté aux dimensions géométriques de la carte et il est donc souhaitable d'avoir un pas de petite dimension. On choisira de ce fait une distance entre sondes "d" réduite soit par exemple de 1 à 2 mm. Selon l'exemple de la figure 6, une paire de sondes de type boucles selon l'axe z est réalisé. Les sondes sont réalisées dans un circuit imprimé (PCB) multicouche 10, ici un circuit à quatre couches.

Les boucles 7 sont réalisées par des micro-vias 12, 13 et des pistes isolées dans les couches conductrices internes 11b, 11c du circuit. Les pistes de transmission de courant 14 induit dans les boucles 7 sont réalisées dans une couche conductrice supérieure 11d alors que la couche conductrice inférieure 11 a réalise un blindage continu.

Il est par ailleurs possible de disposer les pistes de transmission de l'une des boucles sur la couche supérieure alors que les pistes de transmission de la seconde boucle est réalisée dans la couche inférieure. Avec le dispositif de la présente invention, pour faire un premier balayage grossier puis un balayage fin de la carte, il est nécessaire d'avoir plusieurs jeux de 20 paires de sondes avec des distances entre les sondes différentes. Par ailleurs, comme les sondes sont proches, pour réaliser des mesures précises il est nécessaire de maitriser les phénomènes de couplages entre les sondes. Les dispositifs selon les différents modes de réalisation de la présente 25 invention s'adaptent sur un banc de mesure traditionnel tel que décrit en figure 7 où sont repérés les axes de mesure x, y, et z qui seront utilisés par les sondes.

Claims (11)

1. REVENDICATIONS1 - Dispositif de mesure en champ proche pour la mesure de champs magnétiques et/ou électriques émis par des cartes électroniques par un banc de mesure caractérisé en ce qu'il comporte une paire de sondes (3a, 3b) liées mécaniquement et écartées d'une distance fixe de mesure "d", ladite paire de sondes étant disposée sur un dispositif porteur adapté à les déplacer pas à pas à la surface desdites cartes en sorte de réaliser une pluralité de points (pi, p2, -., pn), de mesure d'amplitude et/ou de phase électrique et/ou magnétique, et d'établir une cartographie des émissions électromagnétiques des cartes.
2. 2 - Dispositif de mesure selon la revendication 1 pour lequel le dispositif porteur comporte un moyen de mise en rotation des sondes.
3. 3 - Dispositif de mesure selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte une première et une seconde paire de sondes (3a, 3b, 4a, 4b) liées mécaniquement et disposées aux sommets d'un carré de côté "d".
4. 4 - Dispositif de mesure selon la revendication 3 pour lequel les sondes sont associées à un multiplexeur RF à quatre ports (5).
5. 5 - Dispositif de mesure selon l'une quelconque des revendications précédentes pour lequel le dispositif réalise un balayage en fréquence à chaque point de mesure.
6. 6 - Dispositif de mesure selon l'une quelconque des revendications précédentes pour lequel la pluralité de points de mesure est réalisée sous forme d'une matrice de pas (6) égal à la distance "d" entre sondes.
7. 7 - Dispositif de mesure selon l'une quelconque des revendications précédentes pour lequel les sondes sont des dipôles (8) de mesure de champ électrique.
8. 8 - Dispositif de mesure selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 pour lequel les sondes sont des boucles (7) de mesure de champ magnétique.
9. 9 - Dispositif selon la revendication 7 ou 8 pour lequel les sondes sont intégrées en bout de câbles coaxiaux rigides (9) maintenus écartés de la distance
10. 10 - Dispositif selon la revendication 7 ou 8 pour lequel les sondes sont réalisées dans un circuit imprimé multicouche (10).
11. 11 - Dispositif selon la revendication 7, 8 ou 10 pour lequel les sondes sont réalisées par sérigraphie.