La quasi-totalité des systèmes que nous cherchons à concevoir utilisent des connecteurs d'un type ou d'un autre. Ces connecteurs peuvent être uniquement internes, connecter des cartes entre elles, ajouter des antennes de communication ou mettre à notre disposition des entrées et sorties externes pour l'alimentation et les signaux. Mais ce qui leur est commun à tous est qu'ils ajoutent une résistance dans notre chaîne de signal. Selon le type de connecteur, cette résistance pourra vous aider ou, au contraire, vous handicaper dans votre projet.
Dans une chaîne de signal, on trouve un certain nombre de sources de résistance différentes. Les traces sur la carte, quelle que soit leur largeur ou leur matériau, ajoutent une résistance mesurable à un circuit (sauf si vous placez des supercondensateurs sur des PCB, auquel cas j'aimerais beaucoup savoir comment vous faites). Bien que nous aimions particulièrement dire des éléments de circuit qu'ils sont « idéaux », la vérité, c'est qu'ils contribuent également à augmenter la résistance, parfois d'ailleurs de façon intentionnelle pour créer des filtres ou s'adapter aux impédances des antennes. Les fils placés entre les éléments se comportent largement comme des traces et ajoutent encore une source de résistance. Enfin, nous en arrivons au connecteur, que nous voyons peut-être comme un simple élément que traversent l'alimentation ou les données, mais que nous devons aussi prendre en compte lorsque nous réfléchissons aux conséquences des résistances sur nos circuits.
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Effets de la résistance électrique
Que se passe-t-il lorsqu'une résistance apparaît sur nos points de connexion ? La première chose que vous remarquerez sans doute sera une chute de tension. Comme pour toute résistance dans un système, un différentiel de tension se produit à mesure que le courant le traverse. Dans certains cas, pour des courants élevés, cette chute peut aller jusqu'à 2/10e de volt, ce qui, globalement, n'est pas grand-chose. Mais si vous travaillez sur des systèmes à faible tension, comme les FPGA ou les microprocesseurs, qui utilisent des courants très élevés et fonctionnent à 3,3 V ou moins, 2/10e de volt est un niveau auquel il faut être attentif. Sur les connecteurs haute tension, par exemple 600 V, ces 2/10e de volt passeront probablement inaperçus dans votre tension d'ondulation.
Perte de puissance due à la résistance
L'élément que vous remarquerez ensuite est le dégagement de chaleur ou la perte de puissance. À mesure que vous faites passer un courant à travers un élément résistif, une partie de la puissance se perd sous forme de chaleur. Plus l'élément est résistant, plus vous perdrez de puissance et dégagerez de chaleur. L'un des inconvénients de ce phénomène est que l'efficacité du système chute également. Le pire que j'ai pu voir à cet égard est une perte de puissance de 10 % au niveau du connecteur. Lorsque l'on travaille sur un système qui cherche à atteindre le plus haut rendement possible, 10 % représente une perte non négligeable. Une autre conséquence de cette perte de puissance due au dégagement de chaleur est que le connecteur lui-même s'échauffe. Or, les connecteurs tendent à voir baisser leurs capacités nominales avec l'élévation de la température. La stabilité de votre système peut donc être compromise par un connecteur qui chauffe.
Résistance électrique : effets positifs
J'ai dit tout le mal que je pensais de la résistance induite par les connecteurs. Pourtant, il est certains domaines dans lesquels on peut souhaiter pouvoir disposer d'une telle résistance à condition de pouvoir la contrôler. La correspondance avec les antennes et la sortie audio sont les premières qui me viennent à l'esprit. Dans les connecteurs RF, vous souhaitez que l'impédance de sortie de votre transmetteur corresponde aussi fidèlement que possible à l'impédance de l'antenne pour pouvoir bénéficier du maximum de puissance en sortie. Bien souvent, les systèmes RF obéissent à une spécification de 50 ohms. Dans le cas d'une sortie audio, l'idéal pour l'impédance est que celle de l'amplificateur soit inférieure à celle du haut-parleur. Il faut donc que vos connecteurs présentent une faible résistance pour ne pas fausser cette relation.
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Expérience avec une résistance électrique
Nous avons vu quelques-unes des conséquences entraînées par la résistance des connecteurs. Essayons maintenant d'en aligner quelques-unes pour voir ce qui se passe lorsqu'on les additionne. J'ai consulté les données de plusieurs connecteurs Molex, essentiellement la gamme de connecteurs d'alimentation de la marque comme les gammes EXTreme, Sabre et Mini-Fit. Ces connecteurs affichent des résistances allant de valeurs très basses (0,15 milliohms, comme dans la gamme Zpower) jusqu'à 20 milliohms, dans les contacts de signal PowerPlus. Ils acceptent des tensions et des courants pouvant aller respectivement jusqu'à 600 V et 50 A. Je m'attendais à voir un schéma simple dans lequel la résistance diminue quand la puissance augmente, mais cela n'a pas été le cas. Molex ne s'est pas contenté de simplement diminuer la résistance, mais a étudié plus globalement les applications dans lesquelles ces connecteurs sont utilisés et a adapté ses produits à des besoins spécifiques.
Selon les applications, la résistance des connecteurs n'est pas le seul facteur décisif. Il faut également prendre en compte la durabilité, le nombre de cycles, les matériaux, les cas d'utilisation et les coûts. Dans l'ensemble, la résistance diminue effectivement à mesure que la puissance augmente, mais s'agissant des connecteurs d'alimentation, on remarque un effort concerté pour que la résistance reste faible. La résistance dans les lignes de signal est plus variable. La résistance influe effectivement sur la conception de votre circuit, modifie la correspondance avec votre impédance et doit être étroitement surveillée au moment de choisir vos composants.