Unni A M,SOE,CUSAT

Electronics Product Design(EPD)

Unni A M,SOE,CUSAT

To make the “Graduating” electronics engineers aware and 

familiar with “real­life” Electronics Product Design process, 

constrains, challenges etc., and there­by make them more 

competent and comfortable in their carrier (in electronics 

engineering).

Why a course on EPD ?

Unni A M,SOE,CUSAT

“In the past, most electrical engineers could content to work on their circuits or with a team on circuit related problems and technologies. If you are still working that way, you have got to change now. 

Why a course on EPD ?

Today’s designers can’t be content to design circuits and remain disconnected from the overall problems and opportunities of product design. The days of circuit designers are over. 

Today you have got to be a product designer.  Yes designing circuits, writing software, and developing test strategies will continue to be important. However these activities have to be undertaken in the broad sense of product design.”  

Unni A M,SOE,CUSAT

……………Engineers have to start thinking of themselves as 

product designers and they have to develop the skills that 

get them involved with almost all facets of product design. 

Why a course on EPD ?

…... The future belongs to the engineers who can take a 

look at the “big picture” of proper product design”.

Unni A M,SOE,CUSAT

• Electronics Circuit

What should be covered in EPD ?

• Packaging and interconnection (Enclosure/ PCB)

• Structural

• Aesthetics

• Ergonomics

• Thermal

• Signal Integrity & EMI/EMC

• Product development Process and Project management

Unni A M,SOE,CUSAT

• Definitions of Science, Engineering, and Technology• Engineering design as real life problem solving• Requirement analysis of Electronic products• Formulation  of  product  requirement  specifications  and  target 

specifications.

Module 1 From Requirement to Product 

• The design process­ • Computer Aided Design­ • Product conceptualization; Product architecture; Product synthesis­ 

Design analysis• Portable Electronic Design Factors.

• Product Life Cycle, Representation of development tasks using standard tools showing timing and dependencies 

Unni A M,SOE,CUSAT

• Various dimensions of Electronic Product Design• Industrial design 

• Aesthetics  and  Ergonomics­  Inputs,  control  and  display interface

• DFx methodologies in product design (DFM/ DFA/ DFT)• Quality by design • Sketches and Engineering drawing of Electronic products. 

Module 2 Electronic Product  Design 

• Electronic  interconnection  and  Packaging  of  components, Integrated circuits, 

• Printed circuits and Functional products­ • Cables and connectors­ • Design, Engineering, and Test Documentation • Component Specification/ Bill of materials 

Unni A M,SOE,CUSAT

• Heat generation and modes of heat transfer in Electronic products• Selection of Power Semiconductor Devices based on thermal 

considerations­ • Selection/Design of Heat Sinks­ Factors affecting the design of 

heat sinks and its cooling effectiveness­ • Assembly of components on heat sinks­ • Electrical analogue of thermal circuits­ 

Module 3 Thermal Design of Electronic Equipment 

• Enclosure design of Electronic Equipments and thermal considerations­ 

• Design guidelines for Ventilations­ Forced cooling­ Heat pipes for electronic cooling applications­ 

• Cooling of power intensive IC chips­ • Thermal Considerations in PCB design.

Unni A M,SOE,CUSAT

• Electric Field Interference, Magnetic Field Interference, Conducted noise etc. in Electronic Equipment­ 

• Sources of EMI, inter and intra system EMI­ • EMI standards and Regulations  

Module 4 EMI & Design for EMC 

• Noise performance of passive components­ Cabling, • Shielding and Grounding • Cables, Connectors, components and equipments for  interference 

suppression/minimization­  Intrinsic  noise  sources  and  their management

• PCB design guidelines for EM compatibility.

Unni A M,SOE,CUSAT

• PCB  design  process­  Design  rules  for  analog,  digital,  high­frequency, power­electronic and MW PCBs.

• Introduction  to  PC  based  Electronic  Design  Automation  Tools: Schematic Capture, Circuit Simulation, Layout Design etc.

• Features  of  such  packages  with  reference  to  popular  EDA  tools such as Orcad­ 

• Designing  PCBs  for  manufacturability­  Design  considerations  for power efficiency. 

Module 5 Electronics Design Automation (EDA) Tools 

• Introduction  to  SPICE  simulation  of  circuits­  Circuit  description­ Modeling  of  active  and  passive  circuit  elements.  Circuit  analysis­ DC, AC, Transient and Parametric analysis.

• (For this module tutorial sessions on an EDA tool is recommended)

Unni A M,SOE,CUSAT

• Definitions of Science, Engineering, and Technology• Engineering design as real life problem solving• Requirement analysis of Electronic products• Formulation  of  product  requirement  specifications  and  target 

specifications.

Module 1 From Requirement to Product 

• The design process­ • Computer Aided Design­ • Product conceptualization; Product architecture; Product synthesis­ 

Design analysis• Portable Electronic Design Factors.

• Product Life Cycle, Representation of development tasks using standard tools showing timing and dependencies 

Unni A M,SOE,CUSAT

Engineering Design ­ &  Quality 

• Engineering: 

Is the profession in which Knowledge, Gained by Study, Experience, and Practice is applied with Judgment to develop ways to utilize economically the material, and forces of nature for the benefit of mankind.

Is the Analysis, Design, Construction, Verification and Management of Technical entities

Is the Process of Investigation of how to Solve Problems 

Module 1

Unni A M,SOE,CUSAT

• Economic• Efficient• Ergonomic• Esthetics• Environmental

Unni A M,SOE,CUSAT

Engineering – Design ­ &  Quality 

• Design 

Is the Process of Making things people want or useful to the People

• Quality 

Consists of those product features which meets the needs of the customer and thereby provide product satisfaction

Is Fitness for Purpose

Module 1

Unni A M,SOE,CUSAT

Swamy and His Friends – By R.K Narayan

Real Life Problem Solving ?

If 15 mangoes cost 5  rupees, what is the cost of 3  mangoes?

? Are all the 30 mangoes of equal size 

? Are they of same quality?, and ripped 

? Which three are the mangoes for which cost is to be 

calculated etc… 

Unni A M,SOE,CUSAT

“Real­life” problem and “Ideal problem” 

• Real problems will have domain dependant constraints; whereas ideal problem is domain independent. 

• Ideal problem will have a unique (right) solution, whereas real­life problems will always have multiple right solutions. 

• The criteria for checking value of  a solution for real­life problem is its “appropriateness” in the specified context/ domain. 

Unni A M,SOE,CUSAT

Engineers should THINK like “Swamy” !

Unni A M,SOE,CUSAT

From Requirement

to Product

Unni A M,SOE,CUSAT

Product Development – Life Cycle 

• Front­end process 

• Requirement analysis . 

• Requirement driven & Technology driven 

∀ Basic features :­ (implicit requirements)  ∀ Specified features:­ (explicit requirements) ∀ Excitement features: 

• High bandwidth bi­directional communication” between groups/ professionals 

Unni A M,SOE,CUSAT

Product Development – Life Cycle • Requirement analysis . 

∀ Identifying customer needs:ο Gather raw dataο Interpret raw data in terms of customer needsο Organize needs into hierarchy of primary, secondary and 

tertiary needs as applicable.ο Establish relative importance of needsο Review the result

∀ Establish target specification ∀ (precise description of what product has to do)

Unni A M,SOE,CUSAT

Product Development – Life Cycle • Concept Development . 

∀ Concept Generation  ­ Goal is to thoroughly explore the product concepts that may address the customer needs 

∀ Concept selection (analysis of multiple concepts and identifying the most promising concept)

∀ Setting final specification (Technical model, Cost model etc.)

Unni A M,SOE,CUSAT

Product Development – Life Cycle • System level design . 

∀ Definition of product architecture and decomposition of product into subsystems and components (with its interface specifications) 

∀ Complete specification of the geometry, material, tolerance, interfaces, Considering DFM/ DFA, other standards specifications etc. (Schematic, PCB, BOM, FAB/ASSY Files etc.)

• Detailed design 

Unni A M,SOE,CUSAT

Product Development – Life Cycle 

• Product engineering (Prototype) & refinement 

• Production ramp up 

Unni A M,SOE,CUSAT

Unni A M,SOE,CUSAT

Unni A M,SOE,CUSAT

Unni A M,SOE,CUSAT

Unni A M,SOE,CUSAT

Unni A M,SOE,CUSAT

Unni A M,SOE,CUSAT

Unni A M,SOE,CUSAT

Project Development Issues Understanding Customer requirements in full depth and 

breadth. Requirements without details Lack of understanding/ mis­understandings (assumptions) Change in requirements

Estimation of Time and efforts

How complex are the requirements What is our expertise/ capability/ availability

Develop the system to meet the actual requirements 

All Requirements in complete (~ In­complete )

Unni A M,SOE,CUSAT

Models and Modeling

“A Picture Speaks A Thousand Words”

“A Model is a Simplification of Reality” 

Unni A M,SOE,CUSAT

Models and Modeling

• Models are usually described in Visual language (information expressed by Graphical Symbols and Connections)

• Modeling Helps us to 

• Visualize a system as it is (or as we want it to be• Specify the structure/ behavior of a system 

• Provides a Template that guides us in constructing a system 

• Document the decision we have made 

• A Usable Model Should be

• Accurate & Consistent

• Easy to Communicate, Change, and Understand

Unni A M,SOE,CUSAT

Thanks