Bij het werken met kabels en connectoren is het belangrijk om te begrijpen hoe je verschillende types kunt gebruiken om interferentie en signaalverlies te minimaliseren. Dit is vooral van belang wanneer je werkt met ingewikkelde kabelassemblages of systemen die gevoelig zijn voor elektromagnetische interferentie (EMI).

Als je meerdere twisted pairs in dezelfde kabelassemblage hebt, is het essentieel om verschillende draaisnelheden voor elk paar te gebruiken. Wanneer twee twisted pairs dezelfde draaisnelheid hebben en zich naast elkaar bevinden, kunnen de voordelen van de twist verminderd worden. Dit komt omdat elke geleider dezelfde hoeveelheid tijd naast de corresponderende geleider van het andere paar doorbrengt, wat kan leiden tot crosstalk. Dit fenomeen kan het signaal verstoren, zelfs als de kabel verder goed is geïsoleerd. Veel kabelassemblages, zoals Ethernet-kabels, zijn voorgeassembleerd met verschillende twist rates om deze problemen te voorkomen.

Een andere methode om externe ruis te verminderen en de gevoeligheid van een kabel te verlagen, is het gebruik van een afgeschermde kabel. Het is raadzaam om een vooraf geassembleerde afgeschermde kabel te gebruiken in plaats van er zelf een te bouwen. De afscherming moet aan beide uiteinden van de kabel geaard zijn om effectief te zijn voor elektrische velden. Voor magnetische velden is echter alleen een aardingspunt aan één kant voldoende. Een veelvoorkomend probleem bij kabels die beweren afgeschermd te zijn, is dat ze dit vaak niet goed genoeg zijn. De enige manier om een effectieve afscherming te garanderen, is door een volledig gesloten afscherming rond de connectorbehuizing te creëren, een techniek die bekendstaat als 360-graden afscherming. Veel digitale kabels zoals HDMI en USB worden niet correct gebouwd en bieden onvoldoende bescherming tegen interferentie.

Wanneer je werkt met radiofrequentie (RF)-kabels, is het verstandig om zelf geen RF-kabels te bouwen, vooral niet voor hoogfrequente toepassingen. Het is gemakkelijk om een kabel van slechte kwaliteit te maken zonder de juiste ervaring, en er is weinig frustrerender dan een probleem te debuggen dat uiteindelijk wordt veroorzaakt door een slechte kabel. Als je een impedantie-gecontroleerde kabel nodig hebt, is coaxkabel de beste keuze. Coaxiale kabels, zoals de RG-58/U (voor 50 Ω-toepassingen) en RG-59/U (voor 75 Ω-toepassingen), zijn algemeen verkrijgbaar. Zorg ervoor dat je het juiste type kabel kiest, afhankelijk van de frequentie, het vermogen en de impedantie van je toepassing. Sommige coaxkabels gebruiken gevlochten buitengeleiders, wat kan leiden tot signaallekken, vooral wanneer meerdere coaxkabels samen gebundeld zijn. Een alternatief is het gebruik van kabels met folie over de vlecht of een massieve buitengeleider. RG-223, rigide en semi-rigide coaxkabels zijn goede opties, maar let op dat rigide kabels minder flexibel en duurder zijn.

Niet alle connectors kunnen alle frequenties aan. Voor de meeste RF-toepassingen zijn SMA-connectors voldoende, maar bij frequenties boven 18 GHz zijn exotischere (en duurdere) connectors nodig. Denk hierbij aan connectors zoals QN-Type, N-Type of zelfs SMA voor toepassingen tot 18 GHz. Bij het kiezen van connectors is het belangrijk om connectors te selecteren die een schroefdraad hebben, omdat deze betrouwbaarder zijn. Met een schroefdraadverbinding kun je de connector stevig vastdraaien, maar ook met een momentsleutel ervoor zorgen dat deze niet te strak wordt aangedraaid.

Daarnaast moet je rekening houden met de omgeving waarin de kabels en connectoren zullen worden gebruikt. Voor buitentoepassingen is het bijvoorbeeld raadzaam om een N-type connector te kiezen in plaats van een SMA-connector. Het type connector dat je kiest, moet bestand zijn tegen de fysieke stress van de omgeving waarin het zich bevindt, zoals temperatuurvariaties, vochtigheid en mechanische belasting. Als je kabels gebruikt die niet geschikt zijn voor de omgeving, kan dit leiden tot signaalverlies of zelfs tot een defecte kabel door kortsluiting of open circuits.

Bij het werken met kabels voor hoge spanningen en stromen is het van groot belang om de juiste veiligheidsnormen en certificeringen te volgen. Kies kabels en connectors die gecertificeerd zijn voor de spanning en stroom die je door de kabels zult sturen. Het is essentieel dat de aardverbinding eerst wordt gemaakt en als laatste wordt verbroken om de veiligheid te waarborgen. Daarnaast moet je bij connectoren letten op het ontwerp van de pinnen, omdat blootgestelde pinnen gevaarlijk kunnen zijn bij hoge spanningen. Connectoren voor hoogspanningstoepassingen zijn vaak zo ontworpen dat ze dit risico minimaliseren.

Er zijn ook enkele veelvoorkomende verwarringen bij connectoren die verwarring kunnen veroorzaken bij het kiezen van de juiste componenten. Bijvoorbeeld, MCX en MMCX lijken sterk op elkaar, maar zijn fysiek niet compatibel. Ook is er een verwarring tussen SMA- en RP-SMA-connectoren. Hoewel ze op het eerste gezicht identiek lijken en gemakkelijk aan elkaar kunnen worden geschroefd, is het belangrijk om te weten dat RP-SMA een omgekeerde polariteit heeft, wat betekent dat deze connector niet correct zal aansluiten bij een SMA-connector, zelfs als ze fysiek in elkaar passen.

Ten slotte, wanneer je connectoren kiest voor een systeem dat onderhevig zal zijn aan fysieke belasting, zoals buitengebruik, overweeg dan om een extra spanningsontlastingsmechanisme in de behuizing te integreren. Dit voorkomt schade door continue beweging of trekken aan de kabel en verlengt de levensduur van de connectoren.

Hoe kunt u productieproblemen bij PCB-ontwerpen minimaliseren en certificeringen begrijpen?

Wanneer er veranderingen in het ontwerp van een PCB (Printed Circuit Board) nodig zijn, is het belangrijk om deze zo minimaal mogelijk te maken. De meest kostenefficiënte manier is eerst te proberen gebruik te maken van de contingency-opties die in het oorspronkelijke ontwerp zijn opgenomen. Dit vereist slechts een wijziging in welke onderdelen waar geplaatst moeten worden. Helaas is deze benadering niet altijd mogelijk en kunnen grotere wijzigingen aanzienlijke kosten met zich meebrengen, naast vertragingen in het productieproces. Zoals te verwachten valt, hoe verder het productieproces vordert, hoe duurder en tijdrovender de wijzigingen worden.

Een andere cruciale factor is het respecteren van uw contractfabrikant (CM). Het lijkt misschien voor de hand liggend, maar veel ontwikkelaars gaan ervan uit dat zij meer weten over het productieproces dan hun fabrikant. Dit is echter een misverstand. Volgens een onderzoek uit 2018 van Fictiv beschouwen 54 procent van de ontwikkelaars zichzelf als zeer of extreem goed geïnformeerd over productieprocessen, terwijl slechts 27 procent van de fabrikanten denkt dat hun klanten over diezelfde expertise beschikken. Dit resulteert vaak in onrealiseerbare ontwerpen die aan de fabrikanten worden voorgelegd. Daarom is het essentieel om iemand met productie-ervaring in het ontwerpteam te hebben. Als dit niet het geval is, kan het nuttig zijn om samen te werken met de fabrikant en van hen te leren. De kans is groot dat zij meer ervaring hebben met het produceren van elektronica en waardevolle suggesties kunnen doen om het ontwerp te verbeteren en de manufacturing feasibility (DFM) te optimaliseren.

Het is belangrijk om de fabrieksmedewerkers te zien als partners. Wanneer zij vragen om wijzigingen, is dit vaak omdat ze de kans willen vergroten dat het product vanaf de eerste productie goed wordt gemaakt. Dit geldt vooral in gevallen waar er spanning kan ontstaan over industriële ontwerpvereisten. Grote bedrijven, zoals Apple, staan bekend om hun strikte ontwerpvereisten die kosten en tijd uitputten om elk detail te perfectioneren. Echter, voor de meeste bedrijven, vooral kleinere, kan een dergelijke aanpak desastreus zijn voor het succes van het product. De realiteit is dat, als je niet over de middelen en de expertise beschikt om compromisloos te zijn, het product niet op tijd gelanceerd zal worden. Het is belangrijk om realistisch te zijn over het evenwicht tussen ontwerp en productie.

De keuze van de juiste standaarden en certificeringen is van groot belang voor het waarborgen van de kwaliteit van de PCB. Uw fabrikant zal waarschijnlijk verschillende normen hanteren voor het inspecteren en controleren van de kwaliteit van de geproduceerde borden. De belangrijkste standaarden omvatten de DOD-STD-100, een Amerikaanse militaire norm voor het produceren van technische tekeningen, en IPC-6011, IPC-6012 en IPC-6013, die betrekking hebben op de inspectie en het testen van PCBs. Er zijn vier hoofdklassen voor het inspectieniveau, variërend van de minst strikte (Class 1) tot de meest strikte (Class 3/A). Het specificeren van de juiste klasse heeft invloed op de kosten van het productieproces, waarbij hogere klassen hogere kosten met zich meebrengen.

Class 1 is de laagste en wordt vaak gebruikt voor producten waarvoor een minimale functionaliteit vereist is, zoals eenvoudige consumentenelektronica. Class 2 biedt een gemiddelde inspectienauwkeurigheid en wordt gebruikt voor producten die betrouwbaarheid vereisen, zoals communicatiemiddelen en bedrijfsapparatuur. Class 3 wordt gebruikt voor apparaten waarbij falen gevaarlijk kan zijn, zoals medische apparaten of militaire toepassingen. Class 3/A is de hoogste klasse en is bedoeld voor extreem kritische toepassingen, zoals ruimtevaart- of militaire avionica. Het is van belang dat u de juiste klasse specificeert op basis van de eisen van uw product, omdat dit invloed heeft op de kwaliteit en betrouwbaarheid van de productie.

Naast de bovenstaande normen is er ook de IPC-A-600, die de acceptatiecriteria voor PCB's definieert, en IPC-A-610, die de acceptatiecriteria voor de eindassemblage van de borden vastlegt. Het is nuttig om vertrouwd te raken met deze normen om uw ontwerp beter te kunnen afstemmen op de vereisten en zo afval te minimaliseren.

Certificeringen kunnen ook een indicatie geven van de kwaliteit en capaciteiten van een PCB-fabrikant of assembler. Enkele veelvoorkomende certificeringen zijn ISO 9001, AS9100, ISO 13485, en UL PCB-certificeringen, die allemaal garanderen dat de fabrikant voldoet aan bepaalde kwaliteitsnormen. Andere certificeringen, zoals REACH en RoHS, zijn van belang wanneer uw product bepaalde chemicaliën of materialen bevat die gereguleerd zijn.

Het verkrijgen van de juiste certificeringen en het naleven van de juiste normen helpt niet alleen bij het waarborgen van de kwaliteit van het eindproduct, maar stelt u ook in staat om met fabrikanten samen te werken die daadwerkelijk de benodigde capaciteiten hebben om uw product correct en op tijd te leveren.

Het begrijpen van de productieprocessen, het respecteren van de expertise van de fabrikant en het kiezen van de juiste normen en certificeringen zijn allemaal cruciale stappen in het minimaliseren van risico's bij de productie van uw PCB en het garanderen van een succesvol product.

Hoe te werken met complexe IC-pakketten en de juiste componenten kiezen voor productie

Bij het werken met zeer kleine componenten, zoals die kleiner dan 0402, is de uitdaging van handmatige montage aanzienlijk. Het proces van solderen vereist niet alleen vaardigheid, maar ook precisie. Een van de moeilijkste taken is het aanbrengen van soldeerpasta met een stencil, omdat de opening waar de soldeerpasta doorheen moet, vaak te klein is. Het gebruik van een microscoop wordt bijna noodzakelijk voor het handmatig solderen van zulke kleine onderdelen. Zelfs professionele assemblagebedrijven ondervinden vaak problemen bij het werken met componenten kleiner dan 0402, wat kan leiden tot vertragingen en lage opbrengst tijdens de productie. Wanneer de ruimte geen strikte beperking is, wordt het aangeraden om geen kleinere onderdelen dan 0402 te gebruiken.

Componenten zoals ball grid array (BGA), die veel pinnen in een klein gebied bevatten, vergen speciale aandacht. Deze pakketten zijn uitermate geschikt voor ontwerpen waarbij de afmetingen belangrijk zijn, of wanneer er behoefte is aan pinnen met een extreem lage parasitaire inductantie. Toch brengen ze aanzienlijke uitdagingen met zich mee. De reparatie van BGA’s is ingewikkeld en vereist vaak een röntgenonderzoek om de correcte soldeerverbindingen te verifiëren. Als er alternatieven beschikbaar zijn en ruimte geen probleem is, is het raadzaam BGA, CSP en vergelijkbare pakketten te vermijden. Wanneer BGA toch noodzakelijk is, kan het gebruik van ondervulmateriaal, zoals epoxy, helpen om de mechanische bevestiging aan het PCB-substraat te versterken. Dit is vooral handig wanneer het product aan zware vibraties, schokken of vocht wordt blootgesteld. Loctite UF 3810 is een populaire keuze vanwege zijn sterkte, terwijl het redelijk gemakkelijk te verwijderen is met hitte als er een herwerk nodig is. Dit proces voegt echter complexiteit toe aan de assemblage en herwerk, dus het gebruik ervan moet goed worden overwogen.

Een ander probleem bij BGA-pakketten is het ontwerp van de pinafstand. Hoe kleiner de pitch, hoe moeilijker het is om de signalen van het midden van het pakket naar buiten te leiden. Dit proces, bekend als "escape routing" of "fan-out", vereist voor dichte BGA-chips een high-density interconnect (HDI)-PCB. Voor het realiseren van deze routing zijn technieken zoals blinde en begraven via’s, via’s in pads, en zeer smalle sporen noodzakelijk. Deze processen kunnen de kosten aanzienlijk verhogen, wat een andere reden is om BGA-pakketten te vermijden als dat mogelijk is. Er zijn bedrijven die miljoenen dollars hebben verloren doordat ze zich te vroeg vastlegden op een BGA-component zonder zich bewust te zijn van de bijkomende kosten voor de PCB.

Niet alle BGA-pakketten zijn overigens gelijk. De locatie van de kracht- en grondpinnen binnen een BGA-pakket heeft aanzienlijke invloed op de signaalintegriteit en de uitgezonden straling. Slecht geplaatste pins kunnen tot grote problemen leiden, zoals slecht signaalgedrag of verhoogde elektromagnetische interferentie (EMI). Als de kracht- en grondpinnen te ver uit elkaar staan of onvoldoende zijn, kan het noodzakelijk zijn om het ontwerp te herzien. Dit kan leiden tot onvoorziene kosten en vertragingen, en in sommige gevallen zelfs tot het falen van het product in de markt.

Voor wie handmatige assemblage doet, kunnen IC-pakketten met blootgestelde pinnen het proces vergemakkelijken. Dergelijke onderdelen zijn gemakkelijker met een soldeerbout te monteren, en eventuele soldeerverbindingen die niet goed zijn, zijn snel zichtbaar. Het nadeel is dat blootgestelde pinnen meer ruimte in beslag nemen. IC’s met pinnen aan de onderzijde nemen minder ruimte in, maar vereisen vaak solderen met hete lucht. Dit is echter geen al te moeilijke techniek en is met een beetje oefening goed uitvoerbaar voor handmatige assemblage. Er zijn zelfs IC-pakketten, zoals de quad-flat no-leads (QFN), die onderzijde-pads hebben, maar toch zonder hete lucht gesoldeerd kunnen worden, door de pads langs de zijkanten te verlengen.

Naast de technische overwegingen, speelt de inkoop van de juiste componenten een cruciale rol in de productie. De keuze van een distributeur en de beschikbaarheid van onderdelen kunnen een groot effect hebben op zowel de kosten als de doorlooptijd van het project. Grote distributeurs zoals DigiKey en Mouser zijn goed bekend, maar het is vaak nuttig om prijzen te vergelijken via tools zoals Octopart of Findchips. Deze platformen helpen je de beste prijs te vinden en kunnen nuttig zijn bij het risicoanalyse van onderdelen, vooral wanneer je in grote hoeveelheden inkoopt. Sommige gespecialiseerde distributeurs kunnen je ook helpen met technische ondersteuning en ontwikkelingsborden, wat vooral voordelig is wanneer je in grote hoeveelheden produceert.

Het is van essentieel belang om onderdelen altijd bij geautoriseerde distributeurs of rechtstreeks bij de fabrikant aan te schaffen. Dit voorkomt de ontvangst van vervalste onderdelen of onderdelen die niet goed zijn opgeslagen. De kans op storingen neemt toe wanneer je kiest voor goedkopere, niet-geautoriseerde bronnen, en de gevolgen kunnen enorm zijn als een deel van de onderdelen defect blijkt te zijn na de assemblage.

Hoe elektromagnetische compatibiliteit (EMC) en elektromagnetische interferentie (EMI) het ontwerp van elektronische circuits beïnvloeden

Electromagnetische compatibiliteit (EMC) en elektromagnetische interferentie (EMI) zijn twee van de belangrijkste aspecten van elektronisch ontwerp die vaak over het hoofd worden gezien tijdens de vroege stadia van ontwikkeling. Wanneer deze twee factoren niet goed worden beheerd, kunnen ze ernstige gevolgen hebben voor de functionaliteit en betrouwbaarheid van elektronische systemen. De uitdaging is om een balans te vinden tussen het minimaliseren van elektromagnetische emissies (EMI) en het waarborgen van voldoende immuniteit tegen externe elektromagnetische invloeden (EMC).

EMC verwijst naar de mate waarin een elektronisch apparaat of systeem in staat is om goed te functioneren in zijn elektromagnetische omgeving, zonder interferentie te veroorzaken bij andere apparaten, terwijl EMI verwijst naar de ongewenste elektrische signalen die door een systeem worden uitgezonden. Beide aspecten zijn cruciaal voor het ontwerp van elektronische apparatuur, vooral wanneer deze in een gedeelde ruimte werkt met andere apparaten, zoals in consumentenelektronica, medische apparaten, en communicatiesystemen.

Een veelgebruikte techniek om EMI te verminderen is het gebruik van afscherming. Het plaatsen van afschermende behuizingen, zoals metalen omhulsels, kan helpen om elektromagnetische straling te beperken. Ook het strategisch toepassen van ferrietbeads op kabels en connectors is een veelgebruikte methode om de impact van EMI te verminderen. Het gebruik van geschikte filters op de voedingslijnen en signaallijnen voorkomt dat ongewenste frequenties de interne circuits bereiken.

Om EMI effectief te verminderen, moeten ontwerpers niet alleen denken aan de afscherming van de systemen, maar ook aandacht besteden aan de lay-out van de printplaten (PCB's). Het ontwerp van de PCB moet zo worden geoptimaliseerd dat de afstanden tussen gevoelige componenten en krachtige bronnen van EMI minimaal zijn. Dit betekent dat de signaal- en grondbanen zorgvuldig moeten worden gepositioneerd om de stoorvelden te beperken. Daarnaast is het belangrijk om high-speed ontwerptechnieken toe te passen om signalen met hoge frequentie efficiënt te sturen en om parasitaire inductantie en capacitantie te minimaliseren.

Een ander belangrijk aspect is de selectie van de juiste componenten. Capacitors en inductors spelen een sleutelrol in het beheersen van EMI door hun vermogen om ongewenste ruis te onderdrukken. Het is essentieel om de juiste waarden en specificaties voor deze componenten te kiezen, zodat ze effectief kunnen bijdragen aan het verminderen van EMI en het verbeteren van de algehele systeemstabiliteit.

Naast het ontwerp is ook de testfase van cruciaal belang. Tijdens de engineering validatietests (EVT) en de evaluatie van het product moeten de systemen worden getest op hun EMC- en EMI-gedrag. Dit omvat het uitvoeren van tests om de elektromagnetische emissies te meten en de immuniteit tegen interferentie te beoordelen. Dergelijke tests kunnen helpen om zwakke punten in het ontwerp te identificeren die anders misschien niet opgemerkt zouden zijn.

De interactie tussen EMC en EMI in elektronische systemen gaat verder dan het simpele gebruik van afscherming en filters. Het gaat om een holistische benadering van het ontwerp, waarbij alles van de fysieke lay-out tot de keuze van componenten wordt afgewogen tegen de potentiële risico’s van elektromagnetische verstoringen. Dit vraagt om een gedegen kennis van zowel de theoretische als praktische aspecten van elektromagnetisme, evenals een goed begrip van de industriële normen en regelgeving die van invloed zijn op het ontwerp.

In aanvulling op deze ontwerpstrategieën is het belangrijk te begrijpen dat elektromagnetische interferentie niet alleen in de productiefase van belang is. Het kan ook invloed hebben op de levensduur van het product en de uiteindelijke prestaties van de elektronica. Langdurige blootstelling aan sterke elektromagnetische velden kan leiden tot degradatie van de componenten en zelfs tot falen van het systeem. Het is daarom van groot belang om EMI en EMC niet slechts als tijdelijke ontwerpuitdagingen te beschouwen, maar als fundamentele elementen die invloed hebben op de betrouwbaarheid en de levensduur van elektronische apparaten.

Wanneer het ontwerp en de tests van elektronische systemen zorgvuldig worden uitgevoerd met EMC en EMI in gedachten, kunnen ontwerpers niet alleen voldoen aan de vereisten van wet- en regelgeving, zoals de richtlijnen van de FCC (Federal Communications Commission) en internationale normen zoals IEC 61000, maar ook zorgen voor een robuust en betrouwbaar product dat goed presteert in zijn beoogde omgeving.

Hoe Nepnieuws en Desinformatie de Amerikaanse Geschiedenis Vormen
Hoe omgaan met groepsdynamiek en tradities binnen professionele voetbalteams?
Hoe hysteretische krachten de dynamica van quasi-integrabele Hamiltoniaanse systemen beïnvloeden
Hoe De Aesthetiek van Macht en Weelde het Imago van Donald Trump Vormde
Wat is de ware aard van gerechtigheid? Een blik op de visuele allegorie van Justitia en haar symbolische kracht