AltiumLive 2022 : arrêter vos problèmes EMC avant qu'ils ne surviennent

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Todd H. Hubing travaille avec EMC depuis des décennies. Il a commencé comme ingénieur chez IBM, puis a été professeur au laboratoire EMC de l'Université du Missouri-Rolla (aujourd'hui Missouri Science and Technology), puis a déménagé à Clemson, où il a fondé la Vehicular Electronics Library. Aujourd'hui, Todd se concentre sur son projet le plus récent, LearnEMC.

Lors d'AltiumLive 2022, Todd partage ses réflexions sur la manière d'éviter les problèmes EMC avant qu'ils n'aient une chance de faire des ravages sur votre carte, simplement en prenant des décisions intelligentes au début du processus de conception. Comme il le souligne dans cette interview, c'est bien mieux que d'attendre d'avoir des problèmes EMC plus tard et éventuellement de reconcevoir une carte jusqu'à ce que vous réussissiez EMC.

Dans cette interview, Todd explique certaines des erreurs courantes qu'il constate et qui entraînent des problèmes CEM plus tard dans le cycle de conception, ainsi que la manière de les éviter et la nécessité pour les concepteurs de se former aux techniques de conception CEM.

Andy Shaughnessy :Comment ça va, Todd ?

Todd Hubing :Ça va bien, merci.

Shaughnessy : Todd, pourquoi ne pas nous parler un peu de votre parcours, puisque vous avez une longue histoire EMC. Parlez-nous de vous, de votre travail précédent et maintenant de votre entreprise actuelle.

Hubing : J'ai débuté chez EMC il y a 40 ans, en 1982. Je suis allé travailler chez IBM et j'ai fait partie de leur groupe EMC pendant environ sept ans. Ensuite, j'ai accepté un poste de professeur à l'Université du Missouri-Rolla. Pendant que j'y étais, j'ai fait équipe avec Tom Van Doren, puis plus tard, Jim Drewniak et Dick DuBroff. Nous avions un laboratoire EMC, et nous faisions essentiellement nos recherches en examinant de vrais problèmes avec de vrais produits et en essayant de comprendre ce qui se passait, comment le modéliser et ce qu'il fallait faire pour y remédier.

J'y suis resté 17 ans, puis j'ai accepté un poste de professeur doté à l'Université de Clemson et j'ai continué à travailler chez EMC, principalement dans l'automobile. J'étais avec CU-ICAR (Centre international de recherche automobile de l'Université de Clemson) pendant que j'étais là-bas. J'ai pris ma retraite de Clemson en 2015, et depuis lors, je fais des cours de consultation et d'enseignement de courte durée, et quelques cours universitaires.

Shaughnessy :Bien sûr, et certains d'entre nous se souviennent que lorsque vous et Tom Van Doren étiez au laboratoire EMC de l'Université du Missouri-Rolla, vous faisiez ce travail EMC qui était la vraie vie, pas le milieu universitaire typique, si vous voyez ce que je veux dire.

Hubing : C'est exact. Lorsque j'étais chez IBM, de nombreux professeurs d'université venaient travailler avec nous. Et je dois admettre que j'avais une assez mauvaise impression des professeurs d'université parce qu'ils étaient tellement théoriques et qu'ils transformaient toujours le problème en quelque chose qui pouvait être résolu, mais ils le transformaient en quelque chose qui n'était plus notre problème. Alors, oui, aller à l'UMR a été l'occasion pour moi de me concentrer sur ce qui se passait vraiment.

Shaughnessy : Et maintenant, vous partagez beaucoup de cela avec les participants à AltiumLive. Et je vois que vous avez une présentation sur la façon dont la mise en page peut créer plus de problèmes avec l'EMC. Donnez-nous un aperçu.

Hubing : J'ai décidé de me concentrer sur les "erreurs courantes de disposition des PCB qui entraînent des échecs de conformité EMC". Et bien sûr, nous pourrions en parler toute la journée, mais j'ai décidé de ne pas trop me concentrer sur les erreurs évidentes. La plupart des gens avec qui je travaille dans le domaine du design, comme je le consulte, ne font pas les erreurs évidentes, les choses qui font l'objet de nombreux cours et présentations, mais je vois beaucoup des mêmes erreurs encore et encore encore. Donc, ce ne sont pas nécessairement les erreurs les plus courantes qu'un débutant absolu commettrait, mais ce sont les erreurs les plus courantes que je vois dans les tableaux qui me parviennent.

Shaughnessy :Donnez-nous quelques exemples de ces erreurs courantes qui peuvent avoir des effets importants sur EMC.

Hubing : Celui avec lequel je commence, le principal, ce sont les problèmes de mise à la terre. Autant d'informations qu'il y a sur la mise à la terre, les gens ont toujours tendance à se tromper. Et c'est presque comme si plus vous en entendiez parler, plus vous risquez de vous tromper. Les gens confondent sol et rendement actuel, deux concepts très importants.

Je verrai souvent des produits où ils se sont donné beaucoup de mal pour s'isoler d'un sol auquel ils devraient vraiment se connecter. Et l'inverse peut arriver aussi, où ils devraient être isolés, mais ils ne l'ont pas été correctement. Et ce n'est vraiment pas si compliqué. Et donc j'espère clarifier un peu les choses avec ça.

Shaughnessy :Avez-vous quelques histoires d'horreur dans votre présentation?

Hubing : Dans la présentation, bien sûr, j'ai des exemples. Bien sûr, je ne peux pas montrer d'exemples tirés de mon travail de consultant, mais j'ai pu trouver des exemples de bonnes et de mauvaises conceptions dans des mises en page de tableaux accessibles au public.

Shaughnessy :Alors, quels conseils donneriez-vous à quelqu'un qui est aux prises avec des problèmes EMC ?

Hubing : Eh bien, je pense que le meilleur conseil est que vous devez vous éduquer. Il y a beaucoup de très bonnes informations disponibles sur Internet, et comme toute autre chose, il y a aussi beaucoup de très mauvaises informations sur Internet. Mais plus vous êtes exposé, plus vous posez de questions, plus vous vous sentirez à l'aise avec cela. Et puis, bien sûr, je suis probablement partial, mais je recommanderais fortement de suivre des cours EMC.

Il existe de nombreux cours de courte durée différents que les gens peuvent suivre. Et cela vous donne l'opportunité d'interagir avec un instructeur et de poser des questions telles que "Pourquoi est-ce ainsi ?" ou "Vous dites cela et quelqu'un d'autre m'a dit que c'était dans l'autre sens, alors qu'est-ce qui est correct et pourquoi?" Faites tout ce que vous pouvez pour vous instruire.

Shaughnessy : Quels sont certains des plats à emporter qu'un participant aurait de votre présentation ? Avec quoi espérez-vous qu'ils repartent ?

Hubing : Eh bien, je vais parler de six erreurs de mise en page courantes, et j'espère qu'ils seront moins susceptibles de commettre ces erreurs lors de leur prochaine conception. Nous verrons, mais c'est ce que j'aimerais que les participants retiennent.

Une mauvaise mise à la terre est l'erreur la plus courante, mais le contournement par inadvertance du filtre est une seconde près. Nous voyons des gens concevoir de très beaux filtres, puis ils fournissent un chemin pour que le bruit le contourne. Ces chemins de couplage ne sont pas toujours évidents, mais si vous regardez systématiquement, ils ressortent immédiatement.

Nous parlerons également de la disposition du convertisseur de puissance. Un convertisseur de puissance bien conçu ne devrait vraiment pas être un problème de bruit. Les nouveaux convertisseurs sont en fait très bons par rapport à ce que nous avions il y a 20 ans, mais nous voyons encore des gens qui reçoivent du bruit de convertisseur de puissance dans leurs émissions rayonnées ou conduites. C'est presque toujours dû à une mauvaise mise en page. Et c'est presque toujours parce qu'ils ont suivi les recommandations du fabricant, qui sont souvent très pauvres. Nous allons donc parler un peu de la bonne et de la mauvaise disposition du convertisseur de puissance et montrer quelques exemples.

Le découplage du bus d'alimentation était un problème lors de notre première rencontre il y a 20 ans, et c'est toujours un problème. Les techniques appropriées pour le découplage du bus d'alimentation sont différentes pour différents types de produits. Les gens suivront souvent un cours ou assisteront à un séminaire et apprendront quelque chose qui s'applique très bien à certains types de produits, mais qui ne s'applique pas à leur produit. Lorsqu'ils le font dans leur produit, ils se retrouvent avec un bruit de bus d'alimentation. Vos appareils numériques ne doivent pas mettre de bruit sur le bus d'alimentation qui provoque un problème EMC.

Un autre problème qui est devenu très important plus récemment se produit lorsque les gens mettent en parallèle des condensateurs céramiques petits et grands. Cela n'a probablement jamais été une très bonne idée, mais les gens s'en sont tirés dans le passé parce que le gros était un condensateur électrolytique et le petit était un condensateur céramique. Mais la technologie des condensateurs est maintenant arrivée au point où vous pouvez réellement obtenir de très gros condensateurs en céramique. Ils ont un faible ESR et un grand résonnera avec un petit. Et donc nous voyons plus de produits où tout a l'air bien, à l'exception d'un pic à bande étroite généralement supérieur à un gigahertz.

Cela semble sortir de nulle part et c'est une résonance qu'ils ont créée par inadvertance. Et il n'y a aucune raison pour que cela se produise. Nous ne devrions vraiment jamais mettre ces grandes valeurs en parallèle avec de petites valeurs. Il n'y a plus besoin.

La dernière erreur courante est que les gens mettent des selfs de mode commun sur des cartes qui ne devraient pas avoir de self de mode commun. Et il est difficile de dire exactement pourquoi cela se produit. Mais une partie de cela, je pense, est due aux notes d'application et aux conseils provenant des fabricants de composants de filtre, les personnes qui vendent ces selfs en mode commun.

Il y a des situations où les starters en mode commun, bien sûr, sont parfaitement appropriés, mais nous voyons beaucoup de conceptions où ils les ont dans des endroits où ils ne devraient vraiment pas les avoir. Ils causent un problème plutôt que de résoudre un problème.

Shaughnessy :Il semble que tout le monde parlait de mode commun il y a cinq ou six ans.

Hubing : Eh bien, les courants de mode commun sont certainement la source des émissions rayonnées, oui. C'est vrai. Mais, qu'il soit approprié d'utiliser un starter en mode commun est une autre histoire.

Shaughnessy : Intéressant. Et vous avez beaucoup travaillé avec l'automobile ? Je suppose que cela devrait augmenter avec les véhicules électriques et les véhicules autonomes, ainsi que les systèmes d'infodivertissement en général.

Hubing : Oui. Je dirais qu'au moins la moitié des conseils que j'examine sont des conseils automobiles. Ce sont eux qui se trompent généralement de mise à la terre. Et je suis un peu inquiet car le problème de mise à la terre n'est pas qu'un problème de compatibilité électromagnétique. S'il s'agit d'un problème de mise à la terre sur un module de commande de direction ou un module de commande de frein, c'est aussi un problème de sécurité. Je vois donc cela comme un gros problème dans l'industrie. Ce n'est pas que nous ne savons pas quoi faire. C'est que les gens ne font pas toujours ce qu'ils devraient faire.

Shaughnessy : Droite. Tout le monde parle d'intégrité du signal depuis 20 ans, mais certains concepteurs considèrent toujours la conception pour EMC comme de la magie noire.

Hubing : Je serais d'accord. Il y a beaucoup d'appréhension à propos d'EMC, mais il y a aussi beaucoup de confusion. Vraiment, si vous reculez de 20 ans, les choses qui fonctionnaient il y a 20 ans ne fonctionnent plus aujourd'hui. Ce ne sont tout simplement plus les bonnes choses à faire, et c'est parce que les choses ont changé. Les circuits sont différents. Les fréquences avec lesquelles nous avons des problèmes sont différentes et même certains des tests sont différents. Et pourtant, il y a une réticence à s'adapter. Si quelqu'un travaille dans l'industrie depuis plus de 20 ans, il a l'impression de savoir ce qui fonctionne et ce qui ne fonctionne pas. Et je pense que c'est une grande partie du problème.

J'ai personnellement remarqué que lorsque je travaille avec une toute nouvelle entreprise, une startup, ils font généralement les choses assez rapidement avec EMC. Souvent, les pires problèmes concernent soit les entreprises plus anciennes, soit les équipementiers qui fournissent un produit aux entreprises plus anciennes et mieux établies.

Shaughnessy :Semble-t-il que beaucoup d'OEM n'ont plus d'experts en la matière dans leur personnel, alors ils laisseront simplement quelqu'un comme vous, un tiers, s'occuper de tout ce qui concerne EMC ?

Hubing : C'est souvent ainsi que nous finissons par gagner cet argument. Le client fera venir l'OEM et moi-même et nous réunira essentiellement dans la même réunion en ligne pour négocier ce qui va être fait. Et à la fin, nous posons la question : "Alors, est-ce que l'OEM garantit que cela va se conformer ? Ou est-ce que je garantis qu'il va se conformer ?" Je garantis qu'il sera conforme s'ils le conçoivent correctement, et l'OEM n'est généralement pas disposé à le faire.

Donc, généralement, lorsque nous gagnons cet argument, c'est ainsi que nous le gagnons, bien que nous ne gagnions pas toujours. Parfois, l'OEM insiste pour faire les choses d'une manière qui, à mon avis, n'est pas nécessairement la plus sûre ou la plus fiable, mais c'est lui le client.

Shaughnessy : Droite. Et ils l'ont souvent conçu pour les respins, et ils ont même prévu un budget pour les respins. Voyez-vous cela se produire beaucoup?

Hubing : Absolument. Et c'est un gros point que je fais dans mes cours. Lorsque vous continuez à le reconcevoir jusqu'à ce que vous réussissiez le test, vous avez conçu un produit pour réussir un test, pas pour être un bon produit et pour ne pas se conformer lorsqu'il est sur le terrain. Et il y a beaucoup de choses qui se passent, pas seulement dans l'automobile, mais dans la plupart des industries. Les gens vont entrer dans la chambre d'essai, reconcevoir le produit jusqu'à ce qu'il passe, puis ils ont des problèmes sur le terrain. Ou s'il s'agit d'un composant, ils ont des problèmes lorsqu'ils mettent ce composant dans un système.

Shaughnessy : Ouais. Cool. Eh bien, on dirait que vous avez un travail vraiment intéressant, et on dirait que vous vous amusez.

Hubing : C'est très amusant. Je l'aime.

Shaughnessy :Merci d'avoir parlé avec moi.

Hubing :Merci Andy.

Voir la présentation de Todd Hubing "Erreurs courantes de disposition des PCB qui causent des échecs de conformité EMC" ci-dessous.