Diseño de PCB para IoT: Cómo Planificar la Certificación FCC

La certificación FCC es una parte fundamental para llevar los productos de IoT al mercado. Para aprobar con éxito, debes planificar las pruebas incluso antes de comenzar a diseñar tu PCB. Sigue leyendo para conocer las consideraciones clave para tu diseño.

Cuando trabajé en mi primer producto de Internet de las Cosas (IoT), estaba en un inicio que acababa de pasar a dos chicos en la etapa de garaje. Yo era literalmente el tercer empleado. Todos éramos inteligentes, entusiastas y totalmente enfocados en la prueba de concepto de nuestro diseño. Como recién llegado, supuse que había un plan para finalizar nuestro producto, obtener certificaciones o aprobaciones y llevarlo al mercado. Alerta aguafiestas: estaba completamente equivocado. Aprendimos de la manera difícil que no importa cuán increíble sea tu producto IoT, nadie lo apreciará si no puedes lograr una certificación en el mercado.

Sabía que el IoT estaba en todas partes, o lo iba a estar. Podrías usar relojes inteligentes o rastreadores de actividad física, pedir detergente con un botón en la lavandería y que tu olla eléctrica te envíe un mensaje de texto diciendo que la cena está lista. Con IoT siendo omnipresente en nuestra vida cotidiana, asumí que obtener cualquier certificación sería trivial.

Todos estos dispositivos IoT dependen de poder transmitir su información a MU-TH-UR, o lo que sea que llames "la nube" si no eres un fanático de Alien. Toda esa transmisión de radiofrecuencia (RF) está regulada por la Comisión Federal de Comunicaciones (FCC), para garantizar que los dispositivos no invadan las frecuencias aprobadas de los demás o transmitan a niveles de potencia inseguros.

Si solo deseas agregar módulos de RF en tus productos puede generar multas enormes si tus productos no se prueban y certifican adecuadamente. Estas multas suelen ser por transmisor por día de una infracción, por lo que los costes aumentan rápidamente si ya has implementado un sistema.

Si bien no nos multaron, tuvimos muchos otros problemas con la certificación. No subestimes la importancia de planificar con anticipación la certificación antes de que tu producto sea lanzado o incluso diseñado. La certificación es costosa y requiere mucho tiempo. Te aseguro que deseas diseñarlo desde el primer día y evitar un mal trago por si no pasas la prueba de certificación.

¿Qué tipo de pruebas y certificación necesito?

Seleccionar un módulo depende de los requisitos de su aplicación y puede ser un proceso extenso. Existen varias herramientas de comparación en línea para ayudarte a identificar qué funcionará mejor para ti, como el Módulo de AT&T. Terminarás con un módulo en una de las dos categorías.

Pruebas de Cumplimiento y Registro Completos de EMC

La mayoría de los dispositivos requerirán una variedad de pruebas para asegurarse de que no estén produciendo ninguna emisión electromagnética que exceda los límites establecidos por las normas y requisitos de la FCC. Esto es seguido de documentación para certificar y registrar tu dispositivo. Todos los diseños de receptores deberán estar completamente certificados, pero es posible que puedas simplificar las cosas para tus transmisores con una certificación modular.

Certificación Modular

Algunos módulos están básicamente "precertificados" y ya han pasado por la parte más extensa del proceso de certificación de la FCC. Todavía necesitas hacer que tu sistema completo sea probado para detectar emisiones no intencionales, pero la mayor parte de las pruebas ya están hechas. Recomiendo este enfoque para una incursión por primera vez en el diseño de IoT.

Está bien, pero ¿cómo afecta esto a mi diseño?

Hay varias formas de magia negra que intervienen en cualquier diseño de RF, como conexión a tierra, reducción de ruido y adaptación de impedancia. También es posible que muchos elementos de tu sistema se conviertan involuntariamente en antenas, transmitiendo o recibiendo fuera de tus especificaciones de diseño.

Esto significa que pequeñas modificaciones en un diseño pueden cambiar la frecuencia de emisión de RF, causar emisiones falsas, cambiar la potencia de salida y hacer que tu sistema produzca salidas en lugares que nunca esperabas. Agrega todo esto y obtendrás una prueba de certificación fallida.

Para eliminar esos problemas, hay varias cosas a tener en cuenta al diseñar tu PCB.

• Minimiza la longitud del rastro.

• Mantén los componentes de alta velocidad cerca uno del otro, especialmente en diseños de señales mixtas.

• Usa buenas prácticas de puesta a tierra.

• Aísla tus entradas. Las entradas de alta sensibilidad pueden incluso requerir una capa de enrutamiento separada.

• Usa condensadores de derivación para reducir el ruido alrededor de los componentes de CC.

La selección inteligente de componentes es tan importante como tu diseño

Nuestro primer diseño utilizó sensores comerciales de una pequeña empresa (probablemente más pequeña que la nuestra) que estaba encantada de tener la oportunidad de aumentar sus ventas. Por varias razones, nunca certificaron sus sensores. Esto fue una sorpresa divertida cuando los conectamos a nuestra placa de control en un preescaneo (una prueba no oficial barata donde verifican si hay problemas obvios). El técnico dijo: "Guau. Esas cosas están gritando. Es lo peor que he visto". Esas palabras tenían mucho peso, ya que tenía 12 años de experiencia probando productos. En ese momento, se sintió como el fin del mundo.

^{Autorretrato después de darse cuenta de que los sensores que utilizamos no estaban certificados.}

Para evitar este escenario, investiga un poco por adelantado tus componentes. Esto te ahorrará la posibilidad de buscar soluciones de protección o cambiar tu hardware. Recuerda mirar más allá de tu PCB e intenta eliminar componentes problemáticos en todo el sistema.

• Un solo componente defectuoso puede interferir con todo tu dispositivo. Comprueba si incluye algún componente, como sensores con trazas largas, que puedan propagar problemas al sistema en su conjunto.

• Ten cuidado con los cables que se conectan a componentes externos, ya que pueden convertirse en pequeños radiadores electromagnéticos del caos.

• Cada oscilador en tu sistema es una posible fuente de problemas. Elige componentes que se hayan incluido en otros diseños exitosos y protégelos siempre que sea posible para evitar los gritos de MHz que vimos en nuestra prueba.

• Si estás utilizando una certificación modular, solo puedes usar el módulo con antenas que fueron aprobadas en la certificación original o tendrás que comenzar desde cero.

Finalmente, la prueba puede requerir que conectes y desconectes cualquier entrada, salida o fuente de alimentación. ¡Asegúrate de que tus conectores puedan sobrevivir a la desconexión sin ningún efecto adverso en tu placa!

 

^{La planificación adecuada para el proceso de certificación FCC al principio te llevará en la dirección "Feliz"}

La certificación puede ser un proceso confuso, por lo que es importante planificar con anticipación y minimizar tus problemas en el futuro. Afortunadamente, hay herramientas que pueden ayudar.

El software profesional de diseño de PCB utilizado junto con Altium Vault^® te ayuda a identificar componentes utilizados con éxito en diseños anteriores, o que cumplen con tus requisitos específicos para aprobar la certificación fácilmente. Algunos módulos de RF ya están incluidos. (La misma compañía, Linx Technologies, también ofrece una buena descripción de la certificación).

Una vez que tengas un diseño exitoso, puedes reutilizar módulos de ese diseño para tu próximo producto IoT para facilitar tanto el diseño como la certificación. Si estás listo para comenzar a diseñar de manera más inteligente, ¡comunícate con un representante de Altium para ver cómo pueden ayudarte!