Bien préparer sa certification CEM/Radio - 27 février 2018 - www.nexiogroup.com - CoopIndus

 
Bien préparer sa certification CEM/Radio - 27 février 2018 - www.nexiogroup.com - CoopIndus
Bien préparer sa certification CEM/Radio
                                                              - 27 février 2018 – www.nexiogroup.com
                                           ✓     Introduction
                                           ✓     5 étapes clés pour bien préparer sa certification CEM/Radio
                                           ✓     Conclusions

Contact NEXIO Ingénierie - Grenoble : Fabrice Martinot - fabrice.martinot@nexiogroup.com - 06.11.25.19.03
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1. Introduction
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// NEXIO
       Depuis + de 15 ans :
       L’ELECTROMAGNETISME pour raison d’être
          Protection contre les interférences                                                 Qualité de la transmission
                              (CEM*, Foudre)                                                        (Antennes , RF , Furtivité)

                                                                        Création:            2003 à Toulouse
                                                                        Effectifs 01/18:     ~ 80
                                                                        Localisation:        Toulouse, Paris, Grenoble (+USA et Allemagne)
                                                                        CA 2017 :            ~ 6 M€

                                                                                                                    Produits
                                                                                                                    Tests &
 Positionnement de spécialiste CEM/RF unique au travers d’une intégration du                                       Mesures
métier à 360° (Multi-secteurs; Multi compétences; Multi Métiers)
                                                                                                                     (26%)
 +de 70 consultants CEM/RF de tous niveaux répartis sur le territoire français

 Un réseau interne et externe international (laboratoires, partenaires, distributeurs, …)
                                                                                                       Produits
                                                                                                      Simulation         Ingénierie
 Une boîte à outils inédites (Moyens de mesures et logiciels)
                                                                                                         (3%)                  (71%)
 Indépendant de tous les acteurs de la CEM

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// La Compatibilité Electromagnétique
La CEM est l'aptitude d'un système électrique ou électronique à fonctionner dans son environnement
électromagnétique de façon satisfaisante, sans produire lui-même de perturbations électromagnétiques
gênantes pour tout ce qui se trouve dans son environnement.

Une bonne compatibilité électromagnétique décrit un état de « bon voisinage électromagnétique » :
✓   limiter le niveau des émissions non désirées provenant de l'appareil afin de ne pas perturber la réception radio ou les autres équipements
✓   être suffisamment immunisé contre les perturbations provenant des autres équipements, ou plus généralement de l'environnement.

                                           Emissions                                               Immunité
                                                                                                        Victime
        Conduites                           Agresseur
                                            (source)
                                                                                                              CI
                                                   CE

                                                                                                       Victime
       Rayonnées                           Agresseur
                                           (source)
                                                                                                            RI
                                                  RE

                   Bien préparer sa certification CEM/Radio …                                                      27 février 2018
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// La CEM et la gestion projet
Au-delà des aspects techniques, la gestion de la CEM de son produit est une affaire de gestion de risques
et de maitrise des coûts & temps de développement…

                        Ce diagramme montre à quel point il est important que
                           la CEM soit prise en compte le plus tôt possible !

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// La CEM et la gestion projet
Peu importe le type, la taille et la complexité d’un équipement électronique en développement,
l’approche est toujours la même

            Préparation                                                      Validation

                                                                 Conception

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// Les étapes clés d’une démarche de
  certification CEM/Radio maitrisée
Pour maximiser les chances que la phase de validation soit la plus courte, la moins problématique et la
moins coûteuse possible, quelques étapes ‘’simples’’ sont à respecter :
   Référentiel
    Normatif

  Analyse de
   risques

                 Préparation                                                           Validation

  Règles d’or de
                                                                                         Mesures
   conception
                                                                                       d’évaluation

                                                                             Plan de
                                                                              tests

                                                                Conception

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2. Référentiel normatif
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// Le référentiel normatif
Préambule
✓ Le respect des exigences normatives applicables à un produit est une obligation légale
✓ Les normes CEM se comptent en centaines (EN…; CISPR…; MIL-STD…; cdc constructeurs automobiles; FCC…; …)
✓ Les normes CEM ne sont pas des documents toujours clairs et explicites
✓ Un grand nombre de normes CEM spécifiques font référence à des normes génériques
✓ Les exigences CEM applicables à un produit varient en fonction des pays/continents
✓ Les normes CEM déclinent des exigences très diverses +ou- contraignantes pour les développeurs
✓ Sans oublier que, dans le cas de produit intégrant des fonctions sans fil, des normes RADIO sont également à respecter

          D’où :
          ➢ L’identification des normes applicables à son produit n’est pas chose facile

          ➢ Un produit en développement peut dépendre de plusieurs normes

          ➢ L’identification des normes applicables à son produit est essentielle pour adapter ses choix de conception

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// Le référentiel normatif
Comment identifier SA/SES norme(s) de
référence ?
✓ En fonction des marchés visés :
    ➢ Secteurs : ferroviaire et/ou aéronautique et/ou automobile et/ou médical et/ou …
    ➢ Zones géographiques : Europe, Etats-Unis, Chine, Australie, Japon, …

✓ En fonction du produit/système en développement :
    ➢ Type de produit : multimédia, distribution électrique, domotique, process industriel, calculateur aéro ou spatial, …
    ➢ Catégorie du produit : classe, criticité par rapport à la sureté de fonctionnement, à la sécurité des personnes, …
    ➢ Caractéristiques et fonctionnalités : liaisons sans fil, alimentation secteur ou pas, …

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// Le référentiel normatif
In fine, qu’est ce qu’on en déduit ?

✓ Directement
    ➢ Une liste d’essais à réaliser ou pas
    ➢ Des limites d’émission de champs EM à ne pas dépasser sur un spectre de fréquence donné (9kHz à 3GHz, 6G, 18G,…)
    ➢ Des niveaux de robustesse aux agressions EM à tenir dans un spectre de fréquence donné (de 3V/m à 600V/m)
    ➢ Des éléments d’information sur les laboratoires d’essais susceptibles de certifier le produit/système

✓ Indirectement
    ➢ ça DOIT orienter les choix technologiques (ex : immunité 600V/m avec boitier plastique )

    ➢ ça PEUT orienter la stratégie commerciale (contraintes techniques et/ou administratives trop fortes pour accéder à certains marchés)

    ➢ ça RENSEIGNE sur l'ampleur et les coûts de la démarche de certification

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3. Analyse de risques
// Analyse de risques
Les risques versus les exigences normatives
Aéronautique/Militaire                       Exigences extrêmes      Risques +++++

    Automobile                               Exigences très fortes   Risques +++

    Ferroviaire                               Exigences fortes       Risques ++

     Industriel                              Exigences élevées       Risques +

  Grand publique                             Exigences basiques      Risques

               Le niveau d’exigence CEM doit orienter vos choix de conception

                                                                                             13
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// Analyse de risques
Les risques versus les composants critiques

  ✓ Qu’est ce qu’un composant critique?

  ✓ Critères de choix?
     ➢ Pas le prix!!!
     ➢ Les performances intrinsèques
     ➢ La pérennité du composant et du fournisseur
     ➢ Les gages de garantie CEM (cahier des charges, marquage CE etc…)

       Un mauvais choix de composant peut mettre le projet en grande difficulté

                                                                                       14
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// Analyse de risques
Les risques versus les choix technologiques
 ✓ Les choix se font en fonction des exigences normatives
    ➢ Types de boitiers
    ➢ Types de PCB
    ➢ Architecture électrique et mécanique (alimentations incl.)
    ➢ Types de communications (protocoles)
    ➢ Liaisons sans fils (radio, induction, …)
    ➢ Liaisons filaires (type de câbles blindés, torsadés blindés, …)

      Ces choix représentent le but de l’analyse de risques et seront déterminants
                    sur le déroulement de la certification CEM/radio
                                                                                          15
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// Analyse de risques
Et maintenant on fait quoi?

✓ Orientation de sa stratégie de lancement

✓ Orientation des choix de conception

                                 Le plus dur commence… On y est!!

                                                                                      16
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4. Applications des règles d’or
   de la CEM en conception
// Règles d’or de la CEM en conception
Préambule
  ➢ Peu importe le type de produit (composant, carte, système, …)
  ➢ Peu importe sa complexité (analogique, numérique, hybride, …)
  ➢ Peu importe les normes de référence (Civil, militaire, Aéronautique, …)

                    Les règles CEM de conception sont toujours les mêmes !

                         À votre avis combien de règles existe-t-il ?

                                                                                      V
                 5 Règles d’or pour palier au trio qui définit la CEM :
           La/les Source(s) – Les chemins de couplages – La/les Victime(s)                S

                                                                                               18
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// Règles d’or de la CEM en conception
Le Placement
✓ Du schéma à l’implémentation «réelle », le placement des fonctions a son importance
    ➢   Définir la taille du produit et connaitre les zones d’interdiction (mécanique, connecteur, …)
    ➢   Organiser et découper le produit en sous-ensembles (bloc num., analog. Comm. Etc)
    ➢   Définir les zones sensibles et les zone bruitées (alimentations)
    ➢   Identifier les signaux sensibles (horloges, HF, DDR, ...)
    ➢   Confirmer/Adapter le choix du PCB (techno, nb de couche)
    ➢   Réaliser le placement des composants :
          • Composants centraux de chaque sous-ensemble (µP, mémoires, osc,…) au + proche de leurs alimentations
          • Privilégier les connections entre sous-ensembles les plus courtes possibles
          • Placer les capacités de découplage au plus proche des composants associés

                                Le placement, c’est jouer avec les compromis
             règles d’assemblage, maniabilité, découplage, répartition du poids / dissipation thermique…

                                                                                                               19
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// Règles d’or de la CEM en conception
Le Routage
✓ Le routage n’est pas du dessin, c’est une phase critique de la réalisation des systèmes
  électroniques

✓ La qualité du routage influe sur les performances/fonctionnalités du système
    ➢ Intégrité de signal
    ➢ Intégrité de puissance

✓ Respecter les contraintes physiques liées aux signaux, composants, …
     ➢ Distance minimale par rapport aux bordures du plan (effets de bord)
     ➢ Dimension des pistes (longueur et largeur) en fonction de la nature des signaux transportés (alim, signaux,
       horloges,…)
     ➢ Router au plus près des sources les filtres et protections
     ➢ Gérer les différents plans pour minimiser les couplages (diaphonie, impédance commune, champ à boucle,…)

                Un bon routage réduit les problèmes de CEM (immunité/émission)

                                                                                                                20
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// Règles d’or de la CEM en conception
La Gestion des Masses
Rappel sur la Terre, la Masse et le 0V :
✓ La Terre : Pas de fonction immédiate en CEM mais importante pour la sécurité (personne/système)

✓ La Masse chassis : La référence unique du système, doit être accessible partout.

✓   Le 0V : Potentiel de référence totalement arbitraire pour une fonction électronique/électrique donnée.

             L’équipotentialité des systèmes permet de réduire les problèmes de CEM
➢ Utiliser un circuit multicouche avec plan de masse et un plan d’alimentation

➢ Assurer la continuité des masses

➢ Mailler des masses pour éviter que les courants perturbateurs circulent dans les zones sensibles

➢ Relier à la masse tout conducteur libre d’un câble, CI, …

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// Règles d’or de la CEM en conception
Le Filtrage et les Protections
✓ Filtrer pour réduire les perturbations conduites
    ➢ Filtrer les composants avec des capacités de découplage
    ➢ Limiter les fortes variations de courant/tension en « couchant » les fronts des signaux numériques

    ➢ Les câbles non blindés doivent être filtrés (filtres signaux, filtre secteur ou ferrite)

✓ Protéger des surtensions transitoires conduites (ESD, foudre, …)

    ➢ Installer des diodes écrêteuses (transil, trisil…)

    ➢ Installer des capacités antiparasitages

        Outre son dimensionnement (spécifique et non générique), l’efficacité d’un filtre/d’une
         protection est directement liée à son montage ! (au plus proche de la source/victime)

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// Règles d’or de la CEM en conception
Le Blindage
✓ En amont, le blindage est un moyen de répondre à des exigences CEM élevées
    ➢ En réalisant un écran autour d’un câblage
   ➢ En réalisant un espace de confinement EM d’un circuit, d’une carte, d’un produit, …

    ➢ En améliorant la continuité électrique et l’équipotentialité des masses d’un système

 ✓ En aval, le blindage est une solution de dernier recours pour mettre en conformité
    ➢ En atténuant le champ EM émis par un appareil

    ➢ En atténuant le champ EM reçu par les circuits internes de l’appareil

      Outre son dimensionnement, l’efficacité d’un blindage est directement liée à son
        montage ! Présence de fentes/trous, raccordement aux extrémités, surface de raccordement …

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// Règles d’or de la CEM en conception
Conclusion - Bilan
                                                   Placement

                                                     Source

                       Blindage                                           Routage

                                                 CEMCEM
                                       Victime                 Couplage

                                 Filtres et                     Gestion
                                protections                    des masses

                                                                                                      24
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5. Plan de tests CEM / Radio
// Plan de tests CEM/Radio
Pourquoi faire un plan de tests ?

✓ D’un point de vue de l’équipement en développement
     ➢   Identifier / Préciser ses performances essentielles
     ➢   Déterminer le ou les mode(s) de fonctionnement à mettre en œuvre
     ➢   Définir des critères de défauts
     ➢   Définir le processus de mise en œuvre (et identifier les besoins matériels et logiciels pour le respecter)
     ➢   Définir la stratégie et les moyens de contrôle de l’équipement pendant les essais (en poursuivant l’objectif que ces
         moyens ne perturbent pas les résultats qui seront obtenus sur le produit en lui-même)

✓ D’un point de vue des essais à réaliser et des laboratoires sous-traitants
     ➢ Lister les essais à réaliser en fonction des normes de référence, du type de produit, des marchés visés, …
     ➢ Spécifier les essais à réaliser peu importe le/les prestataires
     ➢ Evaluer objectivement les approches et propositions des organismes de certification

NB : Dans un contexte de clients finaux intégrateurs de l’équipement, un plan de tests CEM peut être à minima très
apprécié (gage de maitrise et de qualité) et dans certains cas exigé

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// Plan de tests CEM/Radio
Que contient un plan de tests CEM/Radio ?

✓ D’un point des essais à réaliser
    ➢   Norme(s) de référence
    ➢   Type d’essais à réaliser
    ➢   Bandes de fréquences et éléments de réglages des instruments de mesures
    ➢   Montages d’essais
    ➢   Niveaux d’agression (immunité) et limites à ne pas dépasser (émission)

✓ D’un point de vue de l’équipement à tester
    ➢   Mode(s) de fonctionnement
    ➢   Critères de défauts
    ➢   Moyens de contrôle (via image, tension, masque de scope, soft embarqué, …)
    ➢   Stratégie de contrôle (à quel moment contrôler; quelles actions à effectuées en cas de défaut constaté, … )

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6. Mesures d’évaluation et de
       mise au point
// Mesures d’évaluation et de Mise au point
C’est quoi des essais d’évaluation ?

✓ Essais proches des conditions réelles mais avec des configurations optimisées
  (représentatifs mais plus rapides)

✓ Essais réalisés sur un design avancé mais avant qu’il soit définitif

✓ Essais qui doivent permettre de minimiser le budget de la campagne de
  certification) et éviter les reprises de design tardifs

         Ce n’est pas obligatoire mais essentiel pour le bon déroulement du projet

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// Mesures d’évaluation et de Mise au point
Utilités des mesures d'évaluation avant les mesures de
certification ?
✓ Positionner les performances CEM du produit par rapport aux normes de
  référence à moindre coûts

✓ Finaliser/Optimiser un design avant les phases d’industrialisation / production

✓ Conforter/Corriger au plus tôt la stratégie de certification et/ou d'entreprise

             C’est un investissement qui doit permettre de faire des économies
                        Coûts de certification, de reprise de design, et même de production

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// Mesures d’évaluation et de Mise au point
Comment exploiter les résultats ?
✓Conforme
  ➢ Au mieux les résultats permettent d'imaginer des optimisations de design (Marges)
  ➢ Au pire, les résultats permettent d'engager la certification avec un niveau de confiance élevé

✓Non conforme
  ➢ Investiguer pour s'attaquer aux ROOT CAUSE (reprise de routage / changement de composant
    PLUTÔT que de blinder ou ferriter)
  ➢ Disposer de plus de latitude dans la résolution de problèmes considérant un design non définitif

         Avec des résultats conformes lors de cette dernière étape clé, vous pouvez
               vous engager dans la certification CEM/Radio avec sérénité !
                                                                                                     31
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7. Conclusions
// Conclusions
A partir de là, on fait quoi ?
Le respect des 5 étapes clés présentées mettra votre démarche de certification CEM/Radio sur
de bons rails. Il restera néanmoins à finir le travail :

✓ ESSAIS DE CERTIFICATION :
    ➢   Consultation des différents organismes notifiés (France et étranger)
    ➢   Analyse des propositions et choix du laboratoire
    ➢   Planification
    ➢   Accompagnement de votre produit en essais de certification pour
              • S’assurer que le laboratoire respectera ses engagements (respect du plan de tests et du temps prévu)
              • Interagir avec le laboratoire en cas de problème et/ou non conformité

✓ DOCUMENTS DE CERTIFICATION :
   En fonction du type de certification visé, des documents et dossiers techniques peuvent être requis (Marquage CE et
   autres pays; homologation automobile; … )
    ➢ Consultation des différents organismes compétents (labo et/ou cabinets spécialisés) EN MEME TEMPS QUE LES
        CONSULTATIONS POUR LES ESSAIS
    ➢ Fourniture de données techniques & suivi de réalisation
    ➢ Etiquetage du produit

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// Conclusions
Moralités ?
✓ La démarche de certification CEM/Radio est moins compliquée qu’elle n’y parait si vous la
  prenez en compte méthodiquement et au plus tôt de vos développements

✓ A contrario, une mauvaise prise en compte des exigences CEM/Radio peut plomber un
  projet voire même mettre en péril une société

✓ Les investissements consentis dès le début du projet (même s’ils ne sont pas obligatoires)
  permettront de limiter fortement le coût final de certification, voire même de production !

✓ La CEM, ce n’est pas que des réponses à des exigences normatives, c’est aussi un vecteur de
  qualité et de fiabilité des produits électroniques

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MERCI

    fabrice.martinot@nexiogroup.com
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