Simulointi nopeuttaa suunnittelua ja auttaa parantamaan lopputuotteen laatua. EMC eli sähkömagneettinen yhteensopivuus on viisasta ottaa huomioon suunnittelun alusta lähtien. - Turhan monissa projekteissa EMC-vaatimukset muistetaan vasta aivan kehitysprojektin loppusuoralla, sanoo Etteplanin EMC-spesialisti Marko Luukkainen.
- Pahimmassa tapauksessa suunnittelu menee kokonaan uusiksi, jos tuote säteilee radiohäiriöitä määräysten sallimaa enemmän tai tuote ei toimi, kun ympäristössä on radiotaajuisia häiriöitä, Luukkainen varoittaa. Etteplanin Jyväskylän yksikössä työskentelevällä Luukkaisella on yli 20 vuoden kokemus RF- ja EMC-suunnittelusta.
Oheissa kuvassa simuloidaan RF-immuniteettia. Simuloitava laite (malli) asetetaan virtuaaliseen testikammioon ja altistetaan eritaajuisille häiriöille eri suunnista. Väri ilmaisee mahdollisia ongelmakohtia.
Entä jos EMC-ongelma kaikesta huolimatta havaitaan mittauksissa vasta, kun tuotteen deadline jo häämöttää?
- Monenlaisia konsteja on. Simulointi onneksi auttaa tunnistamaan ongelmat ja kehittämään korjaukset mahdollisimman nopeasti. Mutta tuotteen toiminnallisesta laadusta ja ominaisuuksista voidaan joutua tinkimään, kun korjaukset pitää tehdä kiireessä. Myös valmistuskustannukset voivat kasvaa. Paras lopputulos saavutetaan, kun EMC otetaan huomioon projektin alusta lähtien, Luukkonen muistuttaa.
Perinteinen tuotekehityksen työtapa on kaikille tuttu. Suunnitellaan, valmistetaan prototyyppi, mitataan, tehdään tarvittavat muutokset, ja aloitetaan seuraava kierros. Kierros voi viedä viikkoja tai jopa kuukausia kalenteriaikaa. Prototyyppikierroksia voidaan usein korvata simuloinnilla.
- Suunnitellaan, luodaan simulointimalli, ja pannaan kone laskemaan päiväksi tai pariksi. Analysoidaan tulokset ja tehdään tarvittavat korjaukset. Säästetään valtavasti aikaa ja resursseja verrattuna siihen, että lähdetään suoraan tekemään prototyyppejä, Luukkainen hehkuttaa.
Simulointi on Luukkaisen mukaan erinomainen työkalu erityisesti antennien suunnitteluun, sähkömagneettisen yhteensopivuuden (EMC) analysointiin ja RF-yhteensopivuuden, suojauksen vaikuttavuuden sekä säteilykentän analysointiin. Sen avulla voidaan tutkia myös itse piirilevyä, komponenttien sijoittelua ja mekaniikkaa.
- Suhtauduin ennen epäillen simuloinnin mahdollisuuksiin. Taannoinen projekti sai minut kuitenkin muuttamaan käsityksiäni”, kertoo projektipäällikkö Niko Auvinen Etteplanin Espoon toimistosta.
- Suunnittelimme vaativaan teollisuusympäristöön elektroniikkayksikön. Elektroniikassa oli mukana asianmukainen EMI-suodatin, joka suunniteltiin huolellisesti hyvien käytäntöjen mukaisesti. Silti mittauksissa ilmeni ongelmia. Lähelle tuotu matkapuhelin aiheutti laitteeseen toimintahäiriöitä, Auvinen kertoo.
Aikaa oli niukasti. Auvinen kääntyi Etteplanin Jyväskylän toimipisteen ja EMC-spesialisti Marko Luukkaisen puoleen. Luukkainen tutki laitteen, mallinsi sen ja pani simulaattorin laskemaan. Simulaattorin laskemat tulokset vastasivat varsin tarkasti todelliselle prototyypille saatuja mittaustuloksia. Simulaatiomalli todistettiin näin toimivaksi ja riittävän tarkaksi ja sitä voitiin heti käyttää ongelmakohtien etsimiseen.
Mitatun prototyypin ja simulaation välinen korrelaatio.
Tämä vakuutti suunnittelutiimin simuloinnin hyödyllisyydestä. Tästä eteenpäin simulointia käytettiin ratkaisujen hakemiseen löydettyihin ongelmakohtiin.
Jyväskylän yksikön pätevällä avustuksella ongelmien lähde paikallistettiin, ja laitteeseen tehtiin tarvittavat muutokset.
- EMC ongelmat saatiin kuntoon ripeästi, ja asiakas sai kaikki vaatimukset täyttävän tuotteen määräajassa, Niko Auvinen iloitsee.
Erittäin hyvällä hyötysuhteella lämpöenergiaa tuottava tai poistava ilmalämpöpumppu yleistyy edelleen kaikkialla maailmassa. Toshiba on kehittänyt suunnittelijoiden avuksi pitkälle integroidun referenssimallin, jonka pohjalta on helppo rakentaa hyvin energiatehokas lämpöpumppu optimoiduin kustannuksin.
