Zodra elektronica de prototypefase voorbij is, verschuift de aandacht van functionaliteit naar voorspelbaarheid en robuustheid. Elektromagnetische compatibiliteit (EMC) is dan niet langer een bijzaak. Dat was reden voor Dylan Gybels van Magics Technologies om dieper op dit onderwerp in te gaan via een training bij High Tech Institute.
“Elektromagnetische compatibiliteit (EMC) is minder belangrijk in een prototypefase,” zegt Dylan Gybels, Electronic Engineer bij Magics Technologies. “Problemen op dit gebied kunnen vaak later worden opgelost. Maar bij serieproductie of klanttoepassingen voorkomt het in een vroeg stadium rekening houden met EMC dure correcties later in het proces.”
Een solide EMC-ontwerp voorkomt dat stoorsignalen via de voeding, kabels of PCB-lay-out andere systemen beïnvloeden. “De prestaties kunnen tijdelijk minder zijn, maar je laat in ieder geval geen zekeringen springen.”
Magics, een groeiend chipontwerpbedrijf gevestigd in Geel, België, maakt een dergelijke overgang naar productontwikkeling. Hierdoor ontstond de behoefte aan meer kennis over EMC tijdens het ontwerpproces, zodat de chips die ze ontwikkelen uiteindelijk compatibel zijn met de apparatuur waarop ze worden aangesloten. Uiteindelijk moet de apparatuur worden gevalideerd. “Voor deze projecten moeten we weten hoeveel stroom we uitzenden en ontvangen in relatie tot de koppeling met andere apparatuur. Daar moeten we dus op testen.”
Bij Magics werken medewerkers met verschillende technische achtergronden. Desondanks was de kennis over EMC beperkt. “In het reguliere technische onderwijs lijkt het onderwerp nauwelijks aan bod te komen,” zegt Gybels. “Dus iemand moest zich erin verdiepen. Aangezien ik aanspreekpunt ben voor verschillende projecten, was het logisch dat ik dit op me zou nemen.”
Theorie en realiteit
Na een snelle zoektocht op internet realiseerde Gybels zich dat alleen basiskennis niet voldoende zou zijn voor Magics. Hij was verrast dat net over de grens, in Eindhoven, High Tech Institute een vierdaagse training aanbood met de naam EMC Design Techniques. De training begint met basiskennis en gaat dan verder met geavanceerde onderwerpen, zoals het ontwerpen en testen van bedrade sturen, filters en elektrostatische ontlading (ESD). Die combinatie is wat hem aantrok.
'By applying a few simple rules, many EMC tests become achievable, which allows the communication between devices using our PCBs and other equipment to run more smoothly and with less interference.'
Vier dagen lang werden Gybels en de andere studenten ondergedompeld in de verschillende aspecten van EMC-ontwerp. “De theorie werd onderbouwd met praktijkvoorbeelden,” legt Gybels uit. “De docenten brachten veel ervaring uit de industrie mee. Ze wisten precies wat ingenieurs op de werkvloer nodig hebben. Ze hadden demonstratieopstellingen waar we zelf mee konden experimenteren, zodat de stof echt bleef hangen.”
Gybels haalt een geval aan waarbij het ging om elektromagnetische veldkoppelingen (EFC) op printplaten (PCB’s). Hun chip moet via een kabel kunnen communiceren met andere apparaten en hij zocht naar de juiste filters om de invloed van EMC op deze communicatie te beperken. Met de kennis uit de training kon Gybels specifieke berekeningen uitvoeren voor deze EFC’s, waarna zijn team de printplaat opnieuw kon ontwerpen, met de juiste componenten al aanwezig.
Wat Gybels specifiek is bijgebleven, is de uitleg over ontkoppeling op een printplaat. “Ik had geleerd dat je verschillende ontkoppelcondensatoren als filters op een print moet plaatsen om verschillende spanningspieken aan te kunnen. Door de sterk gereduceerde equivalente serieweerstand (ESR) en equivalente serie-inductie (ESL) van moderne condensatoren is het effectieve frequentiebereik groter geworden. Dat betekent dat een enkele condensator met een hoge waarde vaak effectiever kan zijn dan meerdere kleinere op een rij.”
Gybels herinnert zich ook discussies over filterontwerp voor ingangen en uitgangen, het mechanisme achter elektromagnetische veldkoppelingen en hoe ESD zich in de praktijk gedraagt. Dat laatste viel op omdat ESD vaak een beetje over het hoofd wordt gezien. “We dragen wel beschermende kleding in het lab, maar er wordt nooit echt besproken wat je kunt doen om de risico’s van ongewenste ESD te minimaliseren. Tijdens de training hebben we besproken hoe ladingsdragers werken en welke maatregelen je kunt nemen om de risico’s te beperken.”
Eenvoudige regels
Nu Magics zich meer richt op productontwikkeling, moet er rekening worden gehouden met validatietests verderop in het fabricageproces, met betrekking tot energiebeheer. Met de opgedane kennis verschuift EMC van een onbekende risicofactor naar een beheersbaar ontwerpaspect. Dit verkleint de kans op fouten in latere testfasen en maakt het ontwikkelingsproces voorspelbaarder.
“Door een paar eenvoudige regels toe te passen, worden veel EMC-tests haalbaar, waardoor de communicatie tussen apparaten die gebruikmaken van onze printplaten en andere apparatuur soepeler en met minder interferentie verloopt,” legt Gybels uit. Het toepassen van deze regels op Magics’ circuit- en chipverpakkingen maakt het ontwerpproces bij productontwikkeling efficiënter.
Het cursusmateriaal is een goede leidraad voor Gybels zelf, en het helpt collega’s uit te leggen hoe EMC eigenlijk werkt en waarom bepaalde keuzes beter zijn dan andere. Bovendien heeft hij nu een goed idee waar hij op moet letten als hij een EMC-probleem tegenkomt waar hij nog geen antwoord op heeft.
Gybels zou de training aanraden aan bedrijven die nog geen expertise in huis hebben op het gebied van EMC-ontwerp. “Het biedt een solide basis en gaat vervolgens op een nuttige manier de diepte in. De leercurve is niet erg steil. Iemand die de basis al beheerst, heeft misschien meer baat bij een vervolgcursus.”
Voor Gybels bood deze training precies de juiste informatie om toe te passen in zijn werk. Bovendien heeft hij nu voldoende inzicht in waar hij indien nodig bijkomende informatie kan vinden. Hij was erg tevreden over zowel de training als de aanbieder. “Er wordt van ons verwacht dat we elk jaar een cursus of training volgen, dus ik ga zeker kijken of High Tech Institute nog meer interessante onderwerpen heeft die relevant zijn voor mijn vakgebied.”
