wersja mobilna | kontakt z nami

Co powinien wiedzieć z zakresu EMC inżynier projektujący elektronikę?

Numer: Marzec/2017

Czy konstruktor elektronik musi znać się na testowaniu i badaniach EMC? Tak, a przynajmniej musi wiedzieć, z jakimi wiąże się to zjawiskami, zakresami częstotliwości i poziomami. Jakie elementy będą sprawdzane, które z nich najbardziej mogą być narażone oraz którędy może wpłynąć zaburzenie. To tak, jak podczas wojny ? im lepiej znamy przeciwnika, jego potencjał militarny, tym lepiej możemy się przygotować.

Pobierz PDF

Konstruktorzy wiedzą, że proces projektowania elektroniki jest skomplikowany, gdyż trzeba uwzględnić bardzo wiele czynników. Zaczynając od wymagań funkcjonalnych (co wykona urządzenie), poprzez sposób działania i realizacji (jak to wykona), wreszcie koszty, czas (za ile i kiedy zbudujemy), wymagania prawne (jakie normy musi spełnić), przez temperaturę, pobór energii i miejsce w obudowie. Wydaje się to niemałym wyzwaniem i faktycznie tak jest.

Jednym z tych nieszczęsnych wymagań prawnych (nie tylko prawnych, ale możemy tak to uogólnić na potrzeby artykułu) jest kompatybilność elektromagnetyczna – EMC. Choć do Polski wkracza ona już od około 1998 r. (niektórzy mówią, że już nawet od 89 r.), to zaczyna „funkcjonować” dopiero w 2004 r., a wielu producentów dopiero od niedawna (kilku lat) zaczyna brać ten temat pod uwagę.

Rosnąca świadomość odbiorców i producentów

Skąd rosnąca świadomość wymagań EMC? Wynika to nie tylko z kontroli urzędów (www.uke.gov.pl) czy samych przepisów, ale w dużej mierze z wymagań rynku (niewidzialna ręka). Objawia się to wymaganiami odbiorców w stosunku do producentów czy importerów. Warunek jest prosty: Chcesz mi dostarczać produkty? Muszą one spełniać pewne standardy, m.in. EMC, bo ja chcę mieć pewność, że to, czego używam (czy sprzedaję), nie spowoduje błędnego działania systemów radiokomunikacyjnych oraz samo nie utraci funkcjonalności pod wpływem czynników występujących w środowisku. Bardzo często kojarzymy spełnienie wymagań z jakością i niezawodnością produktu (i bardzo dobrze).

Niestety, najczęściej bywa tak, że producent boleśnie przekonuje się o wymaganiach EMC, gdy jest już bardzo późno. Oto przykład z życia: Zespół zbudował urządzenie, które działa funkcjonalnie i dowiedział się, że należy je przebadać, aby mieć papier. Wysyła więc produkt do testów i… okazuje się, że nie spełnia on norm EMC. Co teraz? Jesteśmy po terminie, klient czeka na produkt. W tym momencie poprawa jest bardzo trudna i kosztowna.

Musimy (nie możemy) myśleć o wymaganiach EMC od samego początku

Łatwo powiedzieć, trudniej zrobić, bo skąd inżynier ma wiedzieć, jak sobie z tym wszystkim poradzić? Niestety wymaga to dodatkowej edukacji, a często inwestycji (szkolenia, sprzęt, badania). A do tego wiedza zdobyta kilka lat temu dezaktualizuje się, gdyż widzimy postępującą integrację urządzeń (są coraz mniejsze), zwielokrotnienie funkcjonalności (jaką funkcję pełni telefon komórkowy?), wzrastającą szybkość układów (np. przetwornice), krótki czas rozwoju produktu czy redukcję kosztów, aby zachować konkurencyjność.

Bardzo często wszystkie te rodzaje ryzyka spadają na barki projektantów (hardware, layout i software), którzy świetnie znają się na rozwiązywaniu problemów funkcjonalnych, a elektronikę znają od strony świata niskich częstotliwości. Jednak EMC to zjawiska, które w widmie częstotliwości sięgają bardzo wysokich zakresów (od kHz, 103 Hz do GHz, 109 Hz), a wtedy intuicja i znane proste prawa już nie działają. To wszystko generuje frustrację, opóźnienia i dodatkowe koszty, choćby w postaci kolejnych podejść do testów czy dodatkowych prototypów.

O czym powinien wiedzieć inżynier rozwijający produkty?

Tematów jest wiele, ale żeby uporządkować wiedzę, warto podać listę ogólnych zagadnień, które pokazują zakres pokrywający obszar EMC dla inżyniera elektronika (nie tylko dla osób testujących). Warto posiadać poniższe kompetencje w firmie czy zespole projektującym urządzenia elektroniczne:

- Po co testuje się urządzenie pod kątem EMC?
- Wymagania prawne, przyczyny (dyrektywy, normy, kontrola).
- Zjawiska fizyczne (zakresy częstotliwości, sposoby propagacji).
- Zagrożenia (skutki, wpływ na układy).
- Uproszczone analizy zagadnień (proste symulacje).
- Sposoby testowania i metody badań (full-compliance).
- Przygotowanie urządzenia do badań.
- Interpretacja wyników.
- Zasady projektowania (schemat, PCB, layout, filtry).
- Komponenty (dobór, różne układy, elementy filtrujące).
- Namierzanie przyczyn problemów (analiza wyników).
- Uproszczone metody pomiarów (pre-compliance, troubleshooting).
- Sposoby usuwania przyczyn problemów…

…i z pewnością jeszcze kilka innych.

Jak widać, jest tego dużo i nie wyobrażam sobie, że ktoś będzie w stanie przyswoić sobie całą wiedzę w kilka dni. Zwykle taki proces zdobywania wiedzy i doświadczeń może trwać latami. Warto co jakiś czas odświeżyć wiadomości, poszerzyć wiedzę, dzięki czemu można ją przyswajać partiami (utrwalenie), zastosować w życiu, uzupełnić (przeniesienie do pamięci długotrwałej) i jeszcze lepiej skorzystać z kolejnych etapów edukacji. Dobrym sposobem jest gromadzenie wiedzy w firmie i wymiana doświadczeń (szkolenie wzajemne, dzielenie się przypadkami).

Będąc związanym z projektowaniem elektroniki, nie uciekniemy od wymagań EMC, i wcześniej czy później będziemy musieli poznać zagadnienia, o których mówimy. Warto pomyśleć, jak zdobywać wiedzę, aby było to efektywne.

Po co jest ta wiedza i jak z niej skorzystać?

Może wydawać się, że nie wszystkie te zagadnienia są potrzebne, jednak doświadczenia z pracy w laboratorium pokazują, że jest to niezwykle istotne i jak mocno wpływa na czas rozwoju produktu. Okazuje się, że świadomość obszarów stykających się z projektowaniem elektroniki może zmniejszyć koszty produkcji, powtórnych badań (co najczęściej wydłuża proces) czy tzw. przeprojektowywania produktu.

W większości przypadków wystarczyłaby znajomość zjawisk, z jakimi zderzy się urządzenie podczas badań. Uzupełnianie wiedzy i chęć zrozumienia czynników, jakie mają wpływ na proces i efekt końcowy, to niezbędnik dla każdego inżyniera.

Od czego zacząć proces rozwoju kompetencji w zakresie EMC?

W Internecie jest wiele informacji (choć czasem nieaktualnych). Warto, co jakiś czas, poczytać na temat EMC, aby być na bieżąco. Na szczęście pojawiają się ciekawe inicjatywy, takie jak darmowe szkolenia wideo, Szkoła dla eksportera, organizowane przez PARP i EEN [1]. Ponadto pojawia się coraz więcej blogów specjalistycznych [2, 3]. Są także książki, jednak te z tzw. wyższej półki są w języku angielskim i cena ich zakupu jest wyższa, niemniej jednak warto je kupić do biblioteki firmy lub wypożyczyć. Tutaj polecę tylko kilka moich ulubionych pozycji:

Electromagnetic Compatibility Engineering – Henry W. Ott (praktyczne podejście, głównie do testowania, ale i porady dla projektantów),

EMC made simple – Mark I. Montrose (bardzo praktyczne i proste wytłumaczenie, głównie dla projektantów elektroniki, pokazujące zasady i błędy w projektowaniu),

EMI Troubleshooting Cookbook for Product Designers – Patrick G. André and Kenneth Wyatt (praktyczny poradnik pokazujący, jak radzić sobie z problemami podczas różnych testów, dobrze porządkuje wiedzę i daje sporo wskazówek),

Introduction to Electromagnetic Compatibility – Clayton R. Paul (bardzo zaawansowana i z dużą ilością teorii oraz wzorów, jednak jest to przekrój przez wszystkie zagadnienia, klasyka),

Kompatybilność elektromagnetyczna. Zakłócenia w urządzeniach elektronicznych – Alain Charoy (w języku polskim, kilka tomów, ciekawy przekrój tematów, specyficzne podejście, ale warto się z nim zapoznać).

Na początek proponuję przeczytać Dyrektywę EMC 2014/30/UE i Dyrektywę RED 2014/53/UE [4, 5]. Zobaczysz tam definicje i podstawowe założenia. Do tego zakres i wymagania. Będzie to dobry początek. Później proponuję przejrzeć listę norm zharmonizowanych [6] z powyższymi dyrektywami i po tytułach zobaczyć, które mogą dotyczyć naszego urządzenia. Jeśli któraś norma ewidentnie pasuje, warto ją kupić i poznać. Na początku mogą być pewne rzeczy nie do końca oczywiste i zrozumiałe – jest to normalne, pamiętajmy, że każda podróż zaczyna się od pierwszego kroku. Są również dostępne świetne szkolenia z tego zakresu i warto się rozejrzeć, aby skorzystać z doświadczeń innych, gdyż z pewnością zaoszczędzi to wiele czasu i nerwów. Jednym z lepszych sposobów nauki jest telefon lub wizyta w laboratorium, w celu ustalenia przebiegu testów czy programu badań.

Podsumowując

Świat kompatybilności elektromagnetycznej to obszerny temat, w którego skład wchodzi wiele czynników, które mogą wydawać się skomplikowane (czasem porównuje się je z czarną magią). Jednak, jeśli zdobywanie wiedzy potraktujemy jako proces, pewną drogę, to okaże się, że fragmenty informacji zaczną składać się w jeden spójny obraz, a całość przysporzy wiele satysfakcji i staniemy się lepszymi specjalistami. Do tego zastosowanie zdobytej wiedzy w praktyce przyniesie wiele wymiernych korzyści w projektach. Zachęcam do poszukiwania odpowiedzi samodzielnie oraz nawiązywania kontaktów z osobami doświadczonymi, które mogą pomóc.

Tomasz Utkowski
Inżynier EMC, trener, konsultant
EMC for Business – Akademia EMC
tomasz.utkowski@emc4b.com
www.emc4b.com

 

Przydatne linki:

Szkolenie wideo – Szkoła dla eksportera: Wprowadzanie urządzeń elektronicznych na rynek UE – https://goo.gl/TXDDdQ.
Blog EMC po polsku (rozwijany) – www.emc4b.com/blog.
Blog EMC w języku angielskim – https://goo.gl/sWbS1r.
Dyrektywa EMC – https://goo.gl/YifDf9.
Dyrektywa RED – https://goo.gl/jxiTRv.
Normy zharmonizowane do wszystkich dyrektyw - https://goo.gl/IpRxg6.

Pozostałe artykuły

Laboratorium pomiarowe elektronika na bazie Raspberry Pi 3 oraz Analog Discovery 2

Numer: Październik/2017

Żadnego elektronika nie trzeba przekonywać, jak ważne dla niego jest posiadanie na wyposażeniu swojego warsztatu podstawowych narzędzi pomiarowych. Zgromadzenie różnych przyrządów i koszty z tym związane to jedna sprawa, a ilość miejsca, które muszą zająć, to kolejny ważny problem. Tylko nieliczni mają wydzielone całe pomieszczenie na uprawianie swojego hobby. Rozwiązaniem opisywanego problemu może być zastosowanie komputera ...

Przemysłowy Internet Rzeczy. Mikrokontroler CC1310 i zestaw startowy CC1310 LaunchPad

Numer: Październik/2016

W artykule omówiono mikrokontroler CC1310 produkcji Texas Instruments oraz zaprezentowano moduł startowy LaunchPad z mikrokontrolerem CC1310. W kolejnych artykułach - już w rubryce "Kursy" - pokażemy, w jaki sposób rozpocząć programowanie mikrokontrolera CC1310 oraz zaprezentujemy przykładowy projekt z wykorzystaniem platformy startowej CC1310 LaunchPad.

Wear leveling, czyli równoważenie zużycia pamięci EEPROM. Przykłady oprogramowania dla AVR

Numer: Październik/2016

W wielu systemach procesorowych zachodzi potrzeba zapamiętywania parametrów, na przykład ustawień użytkownika również po wyłączeniu napięcia zasilającego. Idealnym rozwiązaniem w takim wypadku wydaje się użycie pamięci EEPROM, w którą często są wyposażone nowoczesne mikrokontrolery. To rozwiązanie, mimo iż jest nieskomplikowane, tanie i skuteczne ma jednak wadę wynikającą z cech pamięci tego typu i sposobu jej kasowania oraz ...

Sterowanie jednofazowymi, bezszczotkowymi silnikami prądu stałego

Numer: Październik/2016

W aplikacjach małej mocy, w których istotny jest koszt, a wymagania odnośnie uzyskiwanego momentu obrotowego są małe, jednofazowe, bezszczotkowe silniki stałoprądowe (BLDC) są często dobrą alternatywą dla silników trójfazowych. W artykule pokazujemy, jak korzystać z niedrogich mikrokontrolerów do sterowania pracą tego typu silników, zbudowanych w oparciu o jedno uzwojenie.

Amazon Alexa. Instalowanie i obsługa głośnika Echo Dot

Numer: Wrzesień/2017

W artykule poświęconym asystentce głosowej Alexa zaprezentujemy produkowany przez firmę Amazon głośnik Echo Dot. Opiszemy sposób skonfigurowania głośnika i instalacji umiejętności Skills oraz praktyczne przykłady użycia wbudowanej w głośnik asystentki głosowej Alexa.

Mobilna
Elektronika
Praktyczna

Elektronika Praktyczna

Listopad 2017

PrenumerataePrenumerataKup w kiosku wysyłkowym

Elektronika Praktyczna Plus

lipiec - grudzień 2012

Kup w kiosku wysyłkowym