Vähemmän prototyyppikierroksia ja EMC ongelmia simuloinnilla

Simulation speeds up design and helps improve the end product quality. EMC, or Electromagnetic Compatibility, is wise to be taken into account in design from the very beginning.

”In far too many projects the EMC requirements are remembered only at the very end of the development project. In the worst case, the design has to be completely restarted if the product causes radio frequency emissions more than the regulations allow, or the product does not function properly due to radio frequency interference”, warns Senior EMC Specialist Marko Luukkainen. Luukkainen, who works in Etteplan’s Jyväskylä unit, has got over 20 years of experience in RF and EMC field.

Picture - RF immuniteetti simulaatio

Simuloitava laite (malli) asetetaan virtuaaliseen testikammioon ja altistetaan eritaajuisille häiriöille eri suunnista. Väri ilmaisee mahdollisia ongelmakohtia.

Entä jos EMC-ongelma kaikesta huolimatta havaitaan mittauksissa vasta, kun dead-line jo häämöttää?

”Monenlaisia konsteja on.  Simulointi onneksi auttaa tunnistamaan ongelmat ja kehittämään korjaukset mahdollisimman nopeasti. Mutta tuotteen toiminnallisesta laadusta ja ominaisuuksista voidaan joutua tinkimään, kun korjaukset pitää tehdä kiireessä. Myös valmistuskustannukset voivat kasvaa. Paras lopputulos saavutetaan, kun EMC otetaan huomioon projektin alusta lähtien”, Luukkonen muistuttaa.

”EMC katselmoinnit ja simulointi kannattaa ottaa mukaan elektroniikan ja mekaniikan suunnittelun alusta lähtien”, Marko Luukkainen painottaa.

Vanhat työtavat uusiksi

Perinteinen tuotekehityksen työtapa on meille kaikille tuttu. Suunnitellaan, valmistetaan prototyyppi, mitataan, tehdään tarvittavat muutokset, ja aloitetaan seuraava kierros. Kierros voi viedä viikkoja tai jopa kuukausia kalenteriaikaa.

Prototyyppikierroksia voidaan usein korvata simuloinnilla.

”Suunnitellaan, luodaan simulointimalli, ja pannaan kone laskemaan päiväksi tai pariksi. Analysoidaan tulokset ja tehdään tarvittavat korjaukset.  Säästetään valtavasti aikaa ja resursseja verrattuna siihen, että lähdetään suoraan tekemään prototyyppejä”, Luukkainen hehkuttaa.

Simulointi on Luukkaisen mukaan aivan omiaan antennien suunnitteluun, sähkömagneettisen yhteensopivuuden (EMC) analysointiin ja RF-yhteensopivuuden, suojauksen vaikuttavuuden sekä säteilykentän analysointiin. Voimme tutkia myös itse piirilevyä, komponenttien sijoittelua ja mekaniikkaa.

“Myös perinteisiä prototyyppejä silti edelleen tarvitaan”, hän myöntää.

”Vältä turha pähkäily ja ylimääräiset prototyyppikierrokset. Käänny EMC ja simulointi asiantuntijan puoleen mahdollisimman aikaisessa vaiheessa. ”, Luukkainen neuvoo.

Käytännössä todistettua

”Suhtauduin ennen epäillen simuloinnin mahdollisuuksiin. Taannoinen projekti sai minut kuitenkin muuttamaan käsityksiäni”, kertoo Projektipäällikkö Niko Auvinen Etteplanin Espoon toimistosta.

”Suunnittelimme vaativaan teollisuusympäristöön elektroniikkayksikön. Elektroniikassa oli mukana asianmukainen EMI-suodatin (Electro Magnetic Interference), joka suunniteltiin huolellisesti hyvien käytäntöjen mukaisesti. Silti mittauksissa ilmeni ongelmia. Lähelle tuotu matkapuhelin aiheutti laitteeseen toimintahäiriöitä”, Auvinen kertoo.

Aikaa oli niukasti. Auvinen kääntyi Etteplanin Jyväskylän toimipisteen ja EMC spesialisti Marko Luukkaisen puoleen. Marko tutki laitteen, mallinsi sen ja pani simulaattorin laskemaan. Simulaattorin laskemat tulokset vastasivat varsin tarkasti todelliselle prototyypille saatuja mittaustuloksia. Simulaatiomalli todistettiin näin toimivaksi ja riittävän tarkaksi ja sitä voitiin heti käyttää ongelmakohtien etsimiseen.