Comment préparer la certification FCC en concevant des circuits imprimés pour l'Internet des objets?

Chaque composant de votre circuit imprimé est susceptible d'affecter les performances de la carte et ainsi d'augmenter le risque d'échec aux tests de certification

Lorsque j'ai travaillé sur mon premier produit pour l'Internet des objets (IoT), c'était dans une startup où "l'étape des deux gars qui travaillent dans leur garage venait tout juste d'être passée". J'étais le troisième employé. Nous étions tous intelligents, enthousiastes et souhaitions avant tout démontrer la fonctionnalité de notre conception. J'étais le nouveau membre de l'équipe et j'avais imaginé qu'un plan était mis en place pour finaliser notre produit, obtenir toutes les certifications et validations et le commercialiser. Je me trompais. Nous avons appris dans la douleur que même si le produit IoT est absolument fantastique, personne ne l'appréciera s'il n'obtient pas la certification et n'est pas commercialisable.

Je savais de l'Internet des objets était partout, ou était en passe de le devenir. Vous pouvez porter des montres intelligentes ou des bracelets connectés, commander de la lessive en appuyant sur un bouton dans votre lingerie et recevoir un texto de votre mijoteuse électrique qui indique que le dîner est prêt. Comme l'Internet des objets est omniprésent dans nos vies actuelles, je supposais que l'obtention de cette certification n'était qu'une formalité.

Tous ces appareils IoT doivent pouvoir transmettre leurs informations jusqu'à « Maman », ou plutôt ce que vous appelez habituellement le « cloud » si vous n'êtes pas un fan d'Alien. Toutes ces transmissions radiofréquences (RF) sont réglementées par la FCC (Federal Communications Commission) afin de garantir que les appareils n'empiètent pas sur des bandes de fréquences réservées à d'autres appareils ou ne diffusent pas à des niveaux de puissance dangereux. En ajoutant à vos produits des modules RF, vous pouvez recevoir des amendes énormes si vos produits ne sont pas testés et certifiés de manière adéquate. Le montant de ces amendes est souvent fixé par jour d'infraction, donc le montant augmente très vite si vous avez déjà déployé votre système.

Même si nous n'avons pas reçu l'amende, nous avons rencontré de nombreux autres problèmes avec la certification. Ne sous-estimez pas l'importance à accorder à la planification en amont de la certification, avant la commercialisation ou même la conception de votre produit. La certification coûte cher et prend du temps. Vous devez absolument concevoir le produit dans le temps imparti par rapport à son lancement et éviter d'avoir à effectuer des modifications ultérieures suite à l'échec du test de certification.

De quel type de tests et de certification ai-je besoin ?

Ce sont les exigences de votre application qui dictent le choix des composants, et ce processus peut s'avérer complexe. Il existe plusieurs outils de comparaison en ligne qui peuvent vous aider à identifier ce qui fonctionnera le mieux dans votre cas, par exemple la bibliothèque de modules d'AT&T. Finalement vous opterez pour le choix d'un module dans une ou deux catégories.

Test de conformité CEM complet et Validation

La plupart des composants devront subir une gamme complète de tests afin de garantir qu'ils ne produisent aucune emission électromagnétique supérieure à la limite fixée par la FCC. Ceci sera formalisé au moyen de documents de certification et d'enregistrement de votre composant. Toutes les conceptions de récepteurs doivent être intégralement certifiées, mais vous devriez pouvoir simplifier les choses pour vos transmetteurs grâce à une certification modulaire.

La certification par module

Certains modules sont « pré certifiés » et ont déjà validé la majeure partie de la certification FCC. Vous devez toujours tester votre système complet pour les émissions non volontaires, mais l'essentiel des tests a déjà été effectué. Je recommande de recourir à cette approche pour une première conception dans le domaine de l'Internet des objets.

D'accord, mais quelles sont les conséquences pour ma conception ?

La magie noire opère de différentes façons dans chaque conception RF, notamment pour la mise à la masse, la réduction du bruit et l'adaptation d'impédance. De nombreux éléments de votre système peuvent également devenir involontairement des antennes, qui émettent ou reçoivent en dehors des spécifications de votre conception.

Des petites modifications apportées à une conception peuvent décaler la fréquence d'émission RF, générer des parasites, modifier la puissance de sortie et générer des perturbations innatendues. Prenez tous ces éléments en considération. Vous comprenez alors pourquoi le test de certification échoue.

Pour éliminer ces problèmes, lorsque vous concevez votre circuit imprimé, il faut penser à:

• Minimiser la longueur des pistes.
• Disposer les composants haute vitesse à proximité les uns des autres, notamment pour les conceptions à signaux mixtes.
• Employer des techniques de mise à la masse éprouvées.
• Isoler vos entrées. Pour des entrées à la sensibilité élevée, il peut même être nécessaire de réaliser une couche de routage séparée.
• Utiliser des capacités de découplage pour réduire le bruit autour des composants CC.

Un choix intelligent des composants est aussi important que votre routage.

Notre première conception utilisait des capteurs du commerce fabriqués par une petite entreprise (probablement plus petite que la nôtre). Pour différentes raisons, ils n'avaient jamais certifié leurs capteurs. Nous avons eu une drôle de surprise en les connectant à notre carte de contrôle pour un scan préalable (un test peu onéreux et non officiel qui permet de détecter les problèmes majeurs). Le technicien a déclaré : Wouah. Ces capteurs sont effrayants. Je n'ai jamais rien vu d'aussi mauvais. » Ces mots étaient forts venant d'un technicien avec plus de 12 ans d’expérience. À ce moment-là, vous imaginez l'ambiance!

Mon état après avoir réalisé que les capteurs n'étaient pas certifiés!

Pour éviter ce scénario, effectuez quelques recherches sur vos composants. Cela vous évitera de vous disperser à chercher des solutions de blindage ou à modifier votre matériel. Souvenez-vous de ne pas vous limiter à votre circuit imprimé et essayez d'éliminer les composants qui posent problème dans l'ensemble de votre système.

• Un seul composant défectueux peut interférer avec l'ensemble de votre appareil. Vérifiez que vous n'oubliez aucun composant, notamment les capteurs avec des pistes longues qui sont susceptibles de propager des problèmes dans tout le système.
• Faites attention aux fils et aux câbles de connexion des composants externes puisqu'ils peuvent devenir des émetteurs d'ondes électromagnétiques.
• Chaque oscillateur de votre système peut potentiellement poser problème. Choisissez les composants qui ont déjà été utilisés dans d'autres conceptions éprouvées, blindez-les si possible pour éviter les MHz innatendus que nous avons observés lors de notre test.
• Si vous utilisez une certification par module, vous pouvez n'utiliser que le module comportant des antennes approuvées dans le cadre de la certification d'origine afin d'éviter de tout recommencer.

Enfin, vous serez peut-être amené à connecter et à déconnecter toutes les entrées, sorties ou alimentations pour effectuer le test. Assurez-vous que vos connecteurs peuvent être débranchés sans causer d'effet collatéral sur votre carte !

Vous prendrez la bonne direction « happy » si vous planifiez correctement la certification FCC dès le départ.

La certification peut s'avérer être un processus complexe, donc il est important de la planifier en amont et de minimiser les problèmes que vous rencontrerez en chemin. Heureusement, des outils peuvent vous aider.

En utilisant un logiciel de conception de circuits imprimés professionnel et Altium Vault, vous pourrez identifier plus facilement les composants qui ont déjà été validés dans des conceptions précédentes ou qui répondent à vos exigences spécifiques afin d'obtenir facilement la certification. Certains modules RF sont déjà inclus. (La société Linx Technologies a aussi une bonne présentation générale sur la certification.)

Une fois que votre conception est validée, vous pouvez réutiliser les modules pour votre prochain produit IoT afin de faciliter sa conception et sa certification. Si vous êtes prêt à concevoir plus intelligemment, contactez un représentant Altium pour découvrir comment Altium peut vous venir en aide.