We maken het toch nog vaak mee: ontwerp klaar, nog even een antenne er op en...? EMC-problemen! In het ergste geval betekent dit een redesign vanaf scratch. Vaak is dat te voorkomen, daarom deze blog met een aantal handvatten.

Geïntegreerd ontwerp. In al onze projecten is de antenne vanaf het begin een onderdeel in het ontwerp. De invloed van elektronica, embedded software en vooral ook de behuizing is groot en dus moet je er direct vanaf het begin rekening mee houden. We zien vaak bij apparatuur geen optimale antenne werking, omdat de antenne pas in late(re) fase is toegevoegd. Aanpassingen aan het ontwerp en soms zelfs een compleet redesign is dan nodig met alle kosten en een latere time-to-market.

Stabiel, klant-specifiek, korte time-to-market, goedkope productie. Dat is wat we voor ogen hadden voor onze klanten met track & trace toepassingen met de nieuwste GSM technieken (NB-IoT en LTE-M). Het resultaat is een modulair systeem waar al onze kennis en ervaring al in zit en uitvoerig getest en dus stabiel is. Antenne-ontwerp, modem, elektronica, embedded software en behuizing horen samen en is snel specifiek te maken voor uw toepassing. U kunt snel uw markt op in uw branche, ook wanneer 2G in de toekomst uitgezet wordt. Productie, airtime en cloudservice bieden we aan via onze zustermaatschappij GTTS die gericht is op productie en partnerschip. 

Vorige week was er weer de jaarlijkse Iridium partnerconferentie, dit keer in Nashville USA. Partners toonden hun producten en ontwikkelingen.  De 'Iridium Pager' - die Leap Development voor Global Data Burst Ltd. (GDB) heeft ontworpen - is door Iridium opgenomen in haar presentatie. GTTS is het zusterbedrijf van Leap Development en richt zich met producten en diensten op de markt van Global Track and Trace Systems. Op de partnerconferentie hadden we samen met GBD een stand. 

Als life-saving instrument heeft Leap Development samen met Two10degrees en On the Cusp deze Booster ontworpen. Een pager op basis van het betrouwbare Iridium en overal en altijd (!) werkt in gebieden waar er een gebrek is aan GSM-dekking of een ander communicatiekanaal.

​Het is eenrichtingsverkeer, maar een groot voordeel is de echte wereldwijde dekking, zelfs zonder directe zicht. Of je nu op de zuidpool, in de Himalaya of in je kelder of op orkaanschuilplaats bent, elk bericht dat je met Iridium Burst wordt gestuurd, wordt opgehaald door onze GDB-pager en naar uw smartphone verzonden via BLE (Bluetooth low energy).

Met deze pager bereik je iedereen, overal ter wereld met een latentie van maximaal 20 seconden. De pager is verbonden met de gebruikerssmartphone en zal aan de telefoon rapporteren dat er een bericht is ontvangen. Door de gebruikerssmartphone te gebruiken, blijft de pager eenvoudig en gemakkelijk te gebruiken, omdat de gebruiker bekend is met zijn eigen telefoon.​

Deze pager wordt verkocht via dealers van onze zusterorganisatie GTTSystems. 

​Elke ontwerper herkent het wel: het prototype van het apparaat functioneert prima op je bureaublad, maar eenmaal in de behuizing vallen de prestaties van de antenne flink tegen. Een domper voor de productie en vertraging in het vermarkten van uw HF-oplossing.

​n veel gevallen is de-tuning of verstemming de oorzaak. Dé reden is dat het materiaal van de behuizing een andere geleide contante heeft (Ɛr) dan die van lucht. Even wat rekenen. Stel we willen een ¼ Lambda monopole printantenne gebruiken op 868 MHz. De elektrische lengte is ¼ Lambda, is ¼*((300*10E8)/868MHz) = 86mm.
De mechanische lengte van deze printspoor antenne op FR4 printmateriaal en lucht als verdere omgeving is 86mm/√ Ɛr. Hieruit blijkt direct de relatie tussen de mechanische lengte van de antenne en de invloed van de diëlectrische constante van de omgeving.

Dient de applicatie te worden ingegoten, dan is het gebruik van chip antennes af te raden. Deze zijn in veel gevallen niet voldoende te corrigeren voor de afwijkende Ɛr van het potting materiaal (Ɛr van potting materialen verschillen onderling enorm. Waardes tussen 4 en 7 zijn heel normaal).

vector network analyzer plotOnze advies – en gelijk ook onze werkwijze – is om een proto van de applicatie met printspoor antenne voorzien van een vooraf ingemeten coax kabel in te gieten en met een Vector Network Analyzer (VNA) de resonantie frequentie en de impedantie te meten. Met deze meetresultaten is dan de totale effectieve Ɛr te berekenen. En dus ook de mechanische lengte voor een ingepotte antenne. Deze praktische aanpak is de snelste weg naar resultaat is onze ervaring.

​Essentieel in onze ontwerpen is de inzet van sensoren om industriële processen te controleren, data te verzamelen, slimmere voorspellingen te doen en daardoor een meest nauwkeurige sturing te realiseren. De vraag is wat voor sensoren kies je ?

Op een lager niveau is er de keus om sensoren en/of actuatoren analoog of digitaal in te lezen of aan te sturen. Digitaal gaat doorgaans via MODbus. Dit is een bussysteem en sensoren/actuatoren zijn parallel te koppelen.

Aan de ene kant is een MODbus interface circuit goedkoop om op te zetten en daardoor goedkoop om in te lezen. Aan de andere kant is de kostprijs van sensoren/actuatoren met MODbus aansluiting een nadeel, ze zijn relatief duur. Tevens zijn deze vaak minder courant waardoor ook levertijden kunnen oplopen.

Analoge sensoren zijn meer gemeengoed en (mede daardoor) goedkoper. Nadeel van analoog inlezen en aansturen van sensoren is dat de circuits om analoge signalen in te lezen vaak duurder zijn, omdat voor elke aansluiting een separate sturing moet worden gebruikt (er zijn overigens wel mogelijkheden om meerdere aansluitingen te multiplexen). Tevens is er een grote(re) kans op verstoring van het analoge signaal.

Een juiste afweging maken tussen analoog en digitaal is van groot belang. Voor aanvang van een ontwerp moet hier over nagedacht zijn om zo de juiste afweging te maken en het design daarop aan te passen.

Een volgende afweging; Hoe nauwkeurig dient de sensor te zijn ? Een hele nauwkeurige sensor kost doorgaans ook een hoop geld. Een buitentemperatuurmeting hoeft meestal niet op een honderdste graad nauwkeurig te zijn. De temperatuur van een bioreactor wellicht wel.
Leap Development helpt u in het maken van de juiste keuze.

Track-and-trace-toepassingen ontwerpen we ook voor remote area’s waar de omstandigheden extreem zijn en waar doorgaans geen stopcontact in de buurt is om het apparaat van voeding te voorzien. Dan is het zaak om bij het ontwerp rekening te houden met een zo laag mogelijk stroomverbruik vanuit de batterij.

​1. Double check de specificaties van de IC’s die je wilt gebruiken.
Zodra een ontwerp gereed is kan van elk IC worden bepaald wat de stroomopname in actieve staat en in powerdown of low power mode is. Deze opgeteld kom je tot een (theoretisch) totaal. Echter valt het totaal in de praktijk toch vaak tegen. Een IC gebruikt toch iets meer dan de fabrikant opgeeft, of kan toch niet worden gebruikt in de ultra low power mode, waardoor deze in een minder zuinige modus dient te worden gebruikt. Zaak is om in een vroeg stadium met het oog op stroomverbruik de juiste componenten te kiezen. 

​2. Speur alle lekstromen op.
Condensatoren ‘lekken’ stroom, maar ook diodes etc. Elke pull-up zorgt voor iets stroomverbruik. Overweeg de keuze voor pull up in het component of toch een externe, zodat we controle hierover hebben. Dit laatste resulteert wellicht in een weer iets lager stroomverbruik en dus een langere batterylife. Ook ‘latch up’ zorgt voor lekstromen die significant kunnen zijn in het totale stroomverbruik. Houd hier rekening mee in het ontwerp.

3. Zoek de optimale batterij voor de klus
Temperatuur speelt ook een belangrijke rol. Is de omgevingstemperatuur erg laag, dan zit de energie nog wel in de batterij, maar kun je het er niet goed uit halen. Opladen kan vaak ook niet beneden de 0 graden Celsius. En wat gebeurt er bij extreem hoge temperaturen? Allemaal factoren die meespelen in een degelijk ontwerp. Onze apparatuur draait bijvoorbeeld op de Noordpool. Voor deze apparatuur was het een zoektocht naar de juiste batterij. Door intensief testen en onze ervaring kiezen we voor elke situatie de meest optimale batterij met de juiste chemie. Op deze manier kan een applicatie zelfs jarenlang autonoom op de Noordpool draaien. Al met al leveren deze inspanningen en know-how een flinke reductie op in het stroomverbruik in de applicatie en daardoor een langer batterijgebruik. Dat maakt de toepassing productierijp en realiseert u een marketing-voorsprong.