„Durch die Anwendung einfacher Regeln werden viele EMC-Tests realisierbar“.

Sobald die Elektronik über die Prototypenphase hinausgeht, verlagert sich der Schwerpunkt von der Funktionalität auf Vorhersagbarkeit und Robustheit. Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) ist dann kein nachträglicher Gedanke mehr. Das war für Dylan Gybels von Magics Technologies der Grund, sich im Rahmen einer Schulung am High Tech Institute eingehender mit diesem Thema zu beschäftigen.

„Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) ist in der Prototypenphase weniger wichtig“, sagt Dylan Gybels, Elektronikingenieur bei Magics Technologies. „Probleme in diesem Bereich können oft später gelöst werden. Aber in der Serienproduktion oder bei Kundenanwendungen verhindert die frühzeitige Berücksichtigung der EMV kostspielige Korrekturen im weiteren Verlauf des Prozesses.“

Ein solides EMV-Design verhindert, dass Störsignale über die Stromversorgung, Kabel oder das PCB-Layout andere Systeme beeinträchtigen. „Die Leistung kann vorübergehend reduziert werden, aber zumindest werden keine Sicherungen durchbrennen.“

Magics, ein wachsendes Chipdesign-Unternehmen mit Sitz in Geel, Belgien, macht einen solchen Übergang zur Produktentwicklung. Dadurch entstand ein Bedarf an mehr Wissen über EMV während des Designprozesses, damit die Chips, die sie entwickeln, letztendlich mit den Geräten kompatibel sind, an die sie angeschlossen werden. Am Ende müssen die Geräte validiert werden. „Für diese Projekte müssen wir wissen, wie viel Strom wir im Verhältnis zur Kopplung mit anderen Geräten aussenden und empfangen. Also müssen wir das testen.“

Magics beschäftigt Mitarbeiter mit unterschiedlichen technischen Hintergründen. Trotzdem war das Wissen über EMC begrenzt. „In der regulären technischen Ausbildung scheint das Thema kaum zur Sprache zu kommen“, sagt Gybels. „Also musste sich jemand damit befassen. Da ich ein Ansprechpartner für mehrere Projekte bin, war es nur logisch, dass ich mich dieser Aufgabe annehme.“

Theorie und Realität

Nach einer kurzen Suche im Internet wurde Gybels klar, dass ein Grundwissen für Magics nicht ausreichen würde. Er war überrascht, dass gleich hinter der Grenze, in Eindhoven, das High Tech Institute eine viertägige Schulung namens EMC Design Techniques anbot. Die Schulung beginnt mit Grundkenntnissen und geht dann zu fortgeschrittenen Themen über, wie z. B. Entwurf und Prüfung von verdrahteten Lenkern, Filtern und elektrostatischer Entladung (ESD). Diese Kombination war es, die ihn anzog.

Vier Tage lang tauchten Gybels und die anderen Studenten in die verschiedenen Aspekte des EMV-Designs ein. „Die Theorie wurde mit praktischen Beispielen untermauert“, erklärt Gybels. „Die Lehrer brachten eine Menge Erfahrung aus der Industrie mit. Sie wussten genau, was die Ingenieure in der Praxis brauchen. Sie hatten Demonstrationsaufbauten, mit denen wir selbst experimentieren konnten, so dass der Stoff wirklich hängen blieb.“

Gybels zitiert einen Fall, bei dem es um elektromagnetische Feldkopplungen (EFC) auf Leiterplatten (PCBs) ging. Ihr Chip muss über ein Kabel mit anderen Geräten kommunizieren können, und er suchte nach den richtigen Filtern, um den Einfluss der EMV auf diese Kommunikation zu begrenzen. Mit dem Wissen aus der Schulung war Gybels in der Lage, spezifische Berechnungen für diese EFCs durchzuführen, woraufhin sein Team die Leiterplatte neu entwerfen konnte, wobei die richtigen Komponenten bereits vorhanden waren.

Eine Sache, die Gybels besonders im Gedächtnis geblieben ist, ist die Erklärung der Entkopplung auf einer Leiterplatte. „Ich hatte gelernt, dass man verschiedene Entkopplungskondensatoren als Filter auf einer Leiterplatte platzieren sollte, um verschiedene Spannungsspitzen bewältigen zu können. Aufgrund des stark reduzierten äquivalenten Serienwiderstands (ESR) und der äquivalenten Serieninduktion (ESL) moderner Kondensatoren hat sich der effektive Frequenzbereich erweitert. Das bedeutet, dass ein einziger hochwertiger Kondensator oft effektiver sein kann als mehrere kleinere Kondensatoren in einer Reihe.

Gybels erinnert sich auch an Diskussionen über das Filterdesign für Ein- und Ausgänge, den Mechanismus hinter elektromagnetischen Feldkopplungen und wie sich ESD in der Praxis verhält. Letzteres war besonders wichtig, weil ESD oft etwas übersehen wird. „Wir tragen im Labor zwar Schutzkleidung, aber es wird nie wirklich darüber gesprochen, was man tun kann, um die Risiken unerwünschter ESD zu minimieren. In der Schulung haben wir besprochen, wie Ladungsträger funktionieren und welche Maßnahmen Sie ergreifen können, um die Risiken zu mindern.“

Einfache Regeln

Jetzt, da Magics sich mehr auf die Produktentwicklung konzentriert, müssen Validierungstests im weiteren Verlauf des Herstellungsprozesses in Bezug auf das Energiemanagement berücksichtigt werden. Mit den gewonnenen Erkenntnissen wird die EMV von einem unbekannten Risikofaktor zu einem handhabbaren Designaspekt. Dies verringert die Wahrscheinlichkeit von Fehlern in späteren Testphasen und macht den Entwicklungsprozess berechenbarer.

„Durch die Anwendung einiger einfacher Regeln werden viele EMV-Tests möglich, wodurch die Kommunikation zwischen Geräten, die unsere Leiterplatten verwenden, und anderen Geräten reibungsloser und mit weniger Störungen abläuft“, erklärt Gybels. Die Anwendung dieser Regeln auf die Schaltkreis- und Chipverpackungen von Magics macht den Designprozess in der Produktentwicklung effizienter.

Das Kursmaterial ist ein guter Leitfaden für Gybels selbst. Es hilft ihm, seinen Kollegen zu erklären, wie EMC tatsächlich funktioniert und warum bestimmte Entscheidungen besser sind als andere. Außerdem hat er jetzt eine gute Vorstellung davon, worauf er achten muss, wenn er auf ein EMC-Problem stößt, für das er noch keine Antwort hat.

Gybels würde die Schulung für Unternehmen empfehlen, die noch nicht über eigenes Fachwissen im Bereich EMV-Design verfügen. „Sie bietet eine solide Grundlage und geht dann auf nützliche Weise in die Tiefe. Die Lernkurve ist nicht sehr steil. Jemand, der die Grundlagen bereits beherrscht, profitiert vielleicht mehr von einem Folgekurs.“

Für Gybels hat diese Schulung genau die richtigen Informationen geliefert, die er für seine Arbeit braucht. Außerdem weiß er jetzt genau, wo er bei Bedarf zusätzliche Informationen finden kann. Er war sowohl mit der Schulung als auch mit dem Anbieter sehr zufrieden. „Von uns wird erwartet, dass wir jedes Jahr einen Kurs oder eine Schulung absolvieren, also werde ich auf jeden Fall sehen, ob das High Tech Institute weitere interessante Themen hat, die für meinen Bereich relevant sind.“