AltiumLive 2022: Detener sus problemas de EMC antes de que comiencen

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Todd H. Hubing ha trabajado con EMC durante décadas. Comenzó como ingeniero en IBM, luego se desempeñó como profesor en el laboratorio de EMC en la Universidad de Missouri-Rolla (ahora Missouri Science and Technology) y luego se mudó a Clemson, donde fundó la Biblioteca de Electrónica Vehicular. Ahora, Todd se está enfocando en su esfuerzo más reciente, LearnEMC.

En AltiumLive 2022, Todd comparte sus pensamientos sobre cómo evitar problemas de EMC antes de que causen estragos en su placa, simplemente tomando decisiones inteligentes al principio del proceso de diseño. Como señala en esta entrevista, esto es mucho mejor que esperar hasta que tenga problemas de EMC más adelante y posiblemente rediseñar una placa hasta que apruebe EMC.

En esta entrevista, Todd explica algunos de los errores comunes que ve que conducen a problemas de EMC más adelante en el ciclo de diseño, así como también cómo evitarlos y la necesidad de que los diseñadores se eduquen en las técnicas de diseño de EMC.

Andy Shaughnessy:¿Cómo te va, Todd?

Todd Hubing:Va bien, gracias.

Shaughnessy: Todd, ¿por qué no nos cuentas un poco de tu experiencia, ya que tienes un largo historial de EMC? Cuéntenos sobre usted, su trabajo anterior y ahora su empresa actual.

Hubing: Empecé en EMC hace 40 años, en 1982. Fui a trabajar para IBM y estuve en su grupo EMC durante unos siete años. Luego acepté un puesto de profesor en la Universidad de Missouri-Rolla. Mientras estuve allí, formé equipo con Tom Van Doren y luego con Jim Drewniak y Dick DuBroff. Teníamos un laboratorio de EMC, y básicamente hicimos nuestra investigación analizando problemas reales con productos reales y tratando de comprender qué estaba sucediendo, cómo modelarlo y qué hacer al respecto.

Estuve allí durante 17 años, y luego acepté una cátedra dotada en la Universidad de Clemson y continué trabajando en EMC, principalmente automotriz. Estuve con CU-ICAR (Centro Internacional de Investigación Automotriz de la Universidad de Clemson) mientras estuve allí. Me retiré de Clemson en 2015, y desde entonces he estado haciendo consultoría y enseñando cursos cortos y un par de cursos universitarios.

Shaughnessy:Claro, y algunos de nosotros recordamos que cuando usted y Tom Van Doren estaban en el laboratorio de EMC en la Universidad de Missouri-Rolla, estaban haciendo este trabajo de EMC que era la vida real, no la academia típica, si sabe a lo que me refiero.

Hubing: Así es. Cuando estaba en IBM, muchos profesores universitarios venían a trabajar con nosotros. Y debo admitir que tenía una impresión relativamente mala de los profesores universitarios porque eran muy teóricos y siempre cambiaban el problema por algo que podía resolverse, pero lo cambiaron por algo que ya no era nuestro problema. Entonces, sí, ir a la UMR fue mi oportunidad de concentrarme en lo que realmente estaba sucediendo.

Shaughnessy: Y ahora podrá compartir mucho de eso con los asistentes a AltiumLive. Y veo que tiene una presentación sobre cómo el diseño puede crear más problemas con la EMC. Danos un resumen.

Hubing: Decidí centrarme en "Errores comunes de diseño de PCB que causan fallas en el cumplimiento de EMC". Y, por supuesto, podríamos hablar todo el día sobre eso, pero decidí centrarme no tanto en los errores obvios. La mayoría de las personas con las que trabajo en diseño, como asesoro, no están cometiendo los errores obvios, las cosas que son el tema de muchos cursos y presentaciones, pero estoy viendo muchos de los mismos errores una y otra vez. de nuevo. Por lo tanto, estos no son necesariamente los errores más comunes que cometería un principiante absoluto, pero son los errores más comunes que veo en los tableros que me llegan.

Shaughnessy:Danos algunos ejemplos de estos errores comunes que pueden tener grandes efectos en EMC.

Hubing: Con el que empiezo, el principal, son los problemas de puesta a tierra. A pesar de la cantidad de información que hay sobre la puesta a tierra, la gente todavía tiende a equivocarse. Y es casi como que cuanto más haya escuchado sobre la conexión a tierra, más probable es que se equivoque. La gente confunde suelo con rendimiento actual, que son conceptos muy importantes.

A menudo veo productos en los que han hecho todo lo posible para aislarse de una tierra a la que realmente deberían estar conectados. Y también puede ocurrir lo contrario, donde deberían estar aislados, pero no se han aislado adecuadamente. Y realmente no es tan complicado. Así que espero aclarar un poco las cosas con eso.

Shaughnessy:¿Tienes algunas historias de terror en tu presentación?

Hubing: En la presentación, claro, tengo ejemplos. Por supuesto, no puedo mostrar ejemplos de mi trabajo de consultoría, pero pude encontrar algunos ejemplos de buenos y malos diseños en diseños de tablero disponibles públicamente.

Shaughnessy:Entonces, ¿qué consejo le daría a alguien que está lidiando con problemas de EMC?

Hubing: Bueno, creo que el mejor consejo es que tienes que educarte. Hay mucha información muy buena disponible en Internet y, como cualquier otra cosa, también hay mucha información realmente mala en Internet. Pero cuanto más te expongas, más preguntas hagas, más cómodo te sentirás con esto. Y luego, por supuesto, probablemente sea parcial, pero recomendaría enfáticamente tomar cursos de EMC.

Hay muchos cursos cortos diferentes que la gente puede tomar. Y eso le da la oportunidad de interactuar con un instructor y hacer preguntas como: "¿Por qué es así?" o "Estás diciendo esto y escuché de otra persona que era de otra manera, entonces, ¿cuál es la correcta y por qué?" Haz todo lo que puedas para educarte.

Shaughnessy: ¿Cuáles son algunas de las conclusiones que un asistente tendría de su presentación? ¿Con qué esperas que se vayan?

Hubing: Bueno, voy a hablar de seis errores de diseño comunes, y espero que sea menos probable que cometan estos errores en su próximo diseño. Ya veremos, pero eso es lo que me gustaría que se llevaran los asistentes.

La conexión a tierra deficiente es el error más común, pero pasar por alto el filtro sin darse cuenta es el segundo más cercano. Vemos personas que diseñan filtros realmente agradables y luego proporcionan un camino para que el ruido lo rodee. Esas rutas de acoplamiento no siempre son obvias, pero si observas sistemáticamente, saltan a la vista.

También hablaremos sobre el diseño del convertidor de potencia. Un convertidor de potencia bien diseñado no debería ser un problema de ruido. Los nuevos convertidores son en realidad muy buenos en comparación con los que teníamos hace 20 años, pero todavía vemos personas que reciben ruido del convertidor de potencia en sus emisiones radiadas o conducidas. Eso es casi siempre debido a un mal diseño. Y eso es casi siempre porque siguieron las recomendaciones del fabricante, que muchas veces son muy malas. Así que hablaremos un poco sobre el diseño bueno y malo del convertidor de potencia y mostraremos algunos ejemplos.

El desacoplamiento del bus de alimentación fue un problema cuando nos conocimos hace 20 años, y sigue siendo un problema. Las técnicas adecuadas para el desacoplamiento del bus de alimentación son diferentes para diferentes tipos de productos. Las personas a menudo toman una clase o ven un seminario y aprenden algo que se aplica muy bien a algunos tipos de productos, pero no se aplica a su producto. Cuando lo hacen en su producto, terminan con ruido del bus de alimentación. Sus dispositivos digitales no deberían poner ruido en el bus de alimentación que provoque un problema de EMC.

Otro problema que se ha vuelto realmente importante más recientemente ocurre cuando las personas conectan en paralelo condensadores cerámicos grandes y pequeños. Probablemente nunca haya sido una muy buena idea, pero la gente se salió con la suya en el pasado porque el grande era un condensador electrolítico y el pequeño era un condensador cerámico. Pero la tecnología de condensadores ha llegado al punto en que ahora se pueden obtener algunos condensadores cerámicos muy grandes. Tienen una ESR baja y una grande resonará con una pequeña. Y así, estamos viendo más productos en los que todo se ve muy bien, excepto por un pico de banda estrecha que suele estar por encima de un gigahercio.

Parece que sale de la nada y es una resonancia que crearon sin darse cuenta. Y no hay razón para que eso suceda. Realmente nunca deberíamos poner estos valores grandes en paralelo con valores pequeños. Ya no hay necesidad de hacerlo.

El último error común es que las personas colocan estranguladores de modo común en placas que no deberían tener un estrangulador de modo común. Y es difícil decir exactamente por qué sucede eso. Pero parte de eso, creo, se debe a las notas de la aplicación y a la orientación que proviene de los fabricantes de componentes de filtros, las personas que venden estos estranguladores de modo común.

Hay algunas situaciones en las que los estranguladores de modo común, por supuesto, son perfectamente apropiados, pero estamos viendo muchos diseños en los que los tienen en lugares donde realmente no deberían tenerlos. Están causando un problema en lugar de resolver un problema.

Shaughnessy:Parece que todo el mundo hablaba del modo común hace cinco o seis años.

Hubing: Bueno, ciertamente las corrientes de modo común son la fuente de las emisiones radiadas, sí. Eso es cierto. Pero, si es apropiado usar un estrangulador de modo común es una historia diferente.

Shaughnessy: Interesante. ¿Y has trabajado mucho con la automoción? Supongo que es probable que aumente con los vehículos eléctricos y autónomos, además de los sistemas de información y entretenimiento en general.

Hubing: Sí. Diría que al menos la mitad de las placas que estoy revisando son placas para automóviles. Ellos son los que generalmente se equivocan en la conexión a tierra. Y estoy un poco preocupado porque el problema de conexión a tierra no es solo un problema de EMC. Si es un problema de conexión a tierra en un módulo de control de dirección o un módulo de control de frenos, también es un problema de seguridad. Así que lo veo como un gran problema en la industria. No es que no sepamos qué hacer. Es que la gente no siempre está haciendo lo que debería hacer.

Shaughnessy: Bien. Todo el mundo ha estado hablando de la integridad de la señal durante 20 años, pero algunos diseñadores aún ven el diseño para EMC como magia negra.

Hubing: estaría de acuerdo Hay mucha aprensión acerca de EMC, pero también mucha confusión. Realmente, si retrocedes 20 años, las cosas que funcionaban hace 20 años no funcionan hoy. Simplemente ya no son las cosas correctas para hacer, y eso es porque las cosas han cambiado. Los circuitos son diferentes. Las frecuencias con las que tenemos problemas son diferentes e incluso algunas de las pruebas son diferentes. Y, sin embargo, hay una renuencia a adaptarse. Si alguien ha estado trabajando en la industria durante más de 20 años, siente que sabe qué funciona y qué no. Y creo que eso es gran parte del problema.

Personalmente, noté que cuando trabajo con una empresa nueva, una startup, por lo general hacen las cosas bien rápidamente con EMC. A menudo, los peores problemas son con las empresas más antiguas o con los OEM que suministran un producto a las empresas más antiguas y establecidas.

Shaughnessy:¿Parece que muchos OEM ya no cuentan con expertos en la materia en su personal, por lo que dejan que alguien como usted, un tercero, se ocupe de las cosas de EMC?

Hubing: A menudo, así es como terminamos ganando esa discusión. El cliente traerá al OEM ya mí y básicamente nos llevará a la misma reunión en línea para negociar lo que se va a hacer. Y al final hacemos la pregunta: "Entonces, ¿el OEM garantiza que esto va a cumplir? ¿O estoy garantizando que va a cumplir?" Garantizo que cumplirá si lo diseñan correctamente, y el OEM generalmente no está dispuesto a hacerlo.

Por lo general, cuando ganamos esa discusión, así es como la ganamos, aunque no siempre ganamos. A veces, el OEM insiste en hacer las cosas de una manera que, en mi opinión, no es necesariamente la forma más segura o confiable, pero es el cliente.

Shaughnessy: Bien. Y a menudo lo han diseñado para respins, e incluso han presupuestado para respins. ¿Ves que eso sucede mucho?

Hubing: Absolutamente. Y ese es un gran punto que hago en mis clases. Cuando continúa rediseñándolo hasta que pasa la prueba, ha diseñado un producto para pasar una prueba, no para ser un buen producto y no cumplir cuando está en el campo. Y está sucediendo mucho de eso, no solo en la industria automotriz, sino en la mayoría de las industrias. Las personas ingresarán a la cámara de prueba, rediseñarán el producto hasta que pase, y luego tendrán problemas en el campo. O si es un componente, tienen problemas cuando colocan ese componente en un sistema.

Shaughnessy: Sí. Fresco. Bueno, parece que tienes un trabajo realmente interesante, y parece que te estás divirtiendo.

Hubing: Es muy divertido. Me encanta.

Shaughnessy:Gracias por hablar conmigo.

Hubing:Gracias, Andy.

Vea la presentación de Todd Hubing "Errores comunes de diseño de PCB que causan fallas en el cumplimiento de EMC" a continuación.