Progettare PCB per l’IoT: Come Organizzarsi per la Certificazione FCC

La certificazione FCC è una parte critica per portare i prodotti IoT sul mercato. Per passare con successo, devi pianificare per il test prima ancora di iniziare a progettare il tuo PCB. Continua a leggere per saperne di più sulle considerazioni chiave per il tuo design. 

Quando lavoravo sul mio primo prodotto internet delle cose (IoT), ero in una startup che era subito dopo la fase dei due ragazzi pazzi in un garage. Ero letteralmente il terzo impiegato. Eravamo tutti intelligenti, entusiasti, ed interamente concentrati sulla prova del concetto del nostro progetto. Come nuovo arrivato, ho ritenuto che fosse un piano in atto per finalizzare il nostro prodotto, ottenere delle certificazioni o deIle autorizzazioni, e arrivare sul mercato.  Piccola anticipazione, mi sbagliavo completamente. Abbiamo imparato la dura strada che non importa quanto incredibile sia il tuo prodotto IoT, nessuno lo apprezzerà se non sei certificato e sul mercato. 

Sapevo che l’IoT fosse dovunque, o stava per esserlo. Potresti indossare smartwatches o fitness trackers, ordinare detergente da un pulsante nella lavanderia, ed avere un messaggio dalla pentola che ti dice che la cena è pronta.  Con l’IoT che diventa onnipresente nelle nostre vite quotidiane, pensavo che ottenere una certificazione sarebbe stato futile. 

Tutti questi dispositivi IoT dipendono dall’essere capaci di trasmettere le proprie informazioni di ritorno al MU-TH-ER, o qualsiasi cosa che definisci “cloud” se non sei un fan di Alien. Tutta quella trasmissione di radio frequenza (RF) è regolata dalla Federal Communications Commissions (FCC), per assicurare che i dispositivi non invadano le frequenze approvate di altri dispositivi o che radiodiffondano a livelli di energia non sicuri. 

Voler aggiungere solo moduli RF sui tuoi prodotti può portare a multe salate se i tuoi prodotti non sono certificati e testati nella maniera adeguata. Queste multe sono spesso per trasmettitore per giorno di violazione, così i costi si accumulano velocemente se hai già dispiegato un sistema. 

Mentre non prendiamo una multa, abbiamo tanti altri problemi con la certificazione. Non sottovalutare l’importanza di pianificare in anticipo prima che il tuo prodotto sia lanciato, o addirittura progettato. La certificazione è costosa e richiede tempo. Te lo assicuro, vuoi progettarlo dal primo giorno e evitare una respinzione perché non hai passato il test di certificazione.

Di che tipo di test e certificazione ho bisogno?

Selezionare un modulo dipende sui requisiti della tua applicazione, e può essere un processo enorme. Ci sono vari strumenti di comparazione online per aiutarti ad identificare cosa funzionerebbe meglio per te, come Il Modulo AT&T’s . Ti ritroverai con un modulo in una o due categorie. 

Test di Conformità Completo EMC e Registrazione

Molti dispositivi richiederanno una gamma di test per assicurare che non stanno producendo alcun tipo di emissione elettromagnetica che oltrepassa il limite imposto dalle regole e requisiti della FCC. Ciò è seguito da documentazione per certificare e registrare il tuo dispositivo. Tutti i progetti del ricevitore avranno bisogno di essere completamente certificati, ma potrebbe facilitare ke cose per i tuoi trasmettitori con una certificazione modulare. 

Certificazione Modulare

Alcuni moduli sono praticamente “pre-certificati” e coprono le parti più grandi del processo di certificazione FCC. Devi comunque testare il tuo sistema completo per emissioni involontarie, ma il grosso del test è fatto. Consiglio quest’approccio come una prima esperienza nel design IoT.  

Okay, che impatto ha sul mio progetto?

Ci sono varie forme di magia nera che entrano in ogni design RF, come messa a terra, riduzione del rumore, e accoppiamento dell’impedenza. È anche possibile per molti elementi del tuo sistema di diventare involontariamente delle antenne, trasmettendo o ricevendo al di fuori delle specifiche del tuo progetto. 

Ciò significa che piccole modifiche ad un progetto possono spostare la frequenza di emissione RF, causare emissioni spurie, cambiare la potenza d’uscita, e fare produrre al tuo sistema in uscite che non ti aspettavi. Aggiungi tutto e fallisci il test di certificazione.  

Per eliminare questi problemi, ci sono diverse cose da tenere a mente mentre progetti il tuo PCB. 

• Ridurre la lunghezza della traccia.

• Tenere componenti ad alta velocità vicini fra loro, specialmente in progetti a segnale misto. 

• Usa buone pratiche di messa a terra.

• Isola i tuoi input. Input ad alta Isolate your inputs. Input ad alta sensibilità potrebbero richiedere uno strato di routing separato.

• Utilizza passcondensatori di bypass per ridurre rumore attorno ai componenti DC. 

La selezione di componente intelligente è importante tanto quanto la struttura.

Il nostro primo progetto utilizzava sensori commerciali per una piccola compagnia (probabilmente più piccola della nostra) che era entusiasta alla possibilità di aumentare le proprie vendite. per varie ragioni, non avevano mai certificato i propri sensori. Ciò fu una bella sorpresa quando li collegammo alla nostra scheda di controllo ad una prescansione (un economico, test non ufficiale dove si controllano problemi ovvi). Il tecnico disse, “Wow. Queste cose urlano ragazzi. Il peggio che abbia mai visto.” Queste parole pesarono tanto, visto che aveva 12 anni d’esperienza nel test di prodotti. Al tempo, mi sentivo come se fosse la fine del mondo.

^{Auto-ritratto dopo aver realizzato che i sensori che usavamo non erano certificati.} 

Per evitare questo scenario, fai una piccola ricerca in anticipo sui tuoi componenti. Ciò ti farà risparmiare tempo nell’andare in giro a cercare soluzioni di protezione oppure cambiare il tuo hardware. Ricorda di guardare al di là del tuo PCB e cerca di eliminare componentistica problematica dall’intero sistema. 

• Un singolo componente difettoso può interferire con il tuo intero dispositivo. Controlla che stai includendo ogni componente, come sensori con tracce lunghe, che possono propagare problemi al sistema nel suo intero. 

• Fai attenzione a cablaggi e connessioni di cavi a componenti esterne visto che possono diventare piccoli radiatori elettromagnetici di caos.  

• Ogni singolo oscillatore nel tuo sistema è una possibile fonte di problema. Scegli i tuoi componenti che sono stati inclusi in altri progetti di successo, e proteggili ogniqualvolta possibile per evitare urla di MHz che abbiamo visto nel nostro test. 

• Se stai utilizzando una certificazione modulare, puoi solo utilizzare il modulo con antenne che era approvato nella certificazione originale o dovrai inziare da zero. 

Finalmente, il test potrebbe richiedere di connettere e connettere qualche input, output, o alimentatori. Assicura che i tuoi connettori possano sopravvivere alla disconnessione senza alcun effetto negativo alla tua basetta!