Что важно при производстве интерфейсов датчиков и сборе данных на печатных платах?

Обзор

Плата сбора данных может быть собрана правильно, но при этом обеспечивать низкую производительность измерений.

Паяные соединения могут быть приемлемыми. Прошивка может загрузиться. АЦП может возвращать числа. Ни один из этих фактов сам по себе не доказывает, что плата сохраняет сигнал, для измерения которого был разработан продукт.

При производстве печатных плат для сбора данных производственная цель состоит не просто в создании платы, которая включается. Целью является сохранение утвержденного пути измерения от входа датчика посредством формирования и преобразования сигнала, согласование конфигурации аппаратного и встроенного программного обеспечения, а также проверка функций, за которые отвечает производство.

Простой модуль-мониторинга состояния и многоканальная инструментальная печатная плата могут собирать данные датчиков, но им автоматически не требуются одинаковые элементы управления источниками, процесс очистки, метод калибровки, приспособление или производственное испытание.

План производства должен соответствовать требованиям к измерениям.

Начните с разъема, а не с линии SMT

При рассмотрении-интерфейса датчика или печатной платы-сбора данных часто бывает полезнее начать с одного канала измерения, чем с процесса сборки.

Выберите точку, где реальный-сигнал поступает на доску. Затем следуйте этому каналу, пока продукт не предоставит полезные данные.

Не каждая доска содержит каждый блок.

Именно поэтому стандартного контрольного списка промышленных печатных плат редко бывает достаточно для проектов такого типа.

Первый полезный вопрос не таков:

Сколько бит у АЦП?

Это:

Что на самом деле должен измерять этот канал?

Плата интерфейса датчика-может принимать обусловленное напряжение, токовую петлю, мостовой датчик, входной сигнал температуры, сигнал вибрации, датчик давления или другой полевой сигнал.

Эти входные данные могут привести к совершенно разным решениям относительно усиления, защиты, изоляции, тестового стимула и калибровки.

Прежде чем планировать функциональное-тестирование, команда OEM и EMS должна четко определиться с такими моментами, как:

• тип датчика или сигнала;
• соответствующий диапазон ввода;
• отображение каналов;
• несимметричный-или дифференциальный вход;
• возбуждение датчика, где это применимо;
• требования к изоляции, где это применимо;
• нормальное и аварийное состояние производства необходимо проверить;
• доказывает ли производство базовый отклик или определенный результат измерения.

«Он читает датчик» не является выполнимым производственным требованием.

Техник может знать, куда подключить кабель, но при этом понятия не иметь, что должен доказать тест.

Какое производство необходимо сохранить

Как только путь сигнала понятен, производственный вопрос становится более конкретным:

Какие части выпущенного проекта должны оставаться под контролем, чтобы этот путь измерения оставался действительным?

Части, которые действительно влияют на измерение

Не каждый компонент заслуживает одного и того же правила замены.

Некоторые детали интерфейса датчика или инструментальной печатной платы могут напрямую влиять на поведение измерений.

В зависимости от схемы они могут включать в себя:

• АЦП;
• опорные напряжения;
• измерительные приборы или операционные усилители;
• аналоговые мультиплексоры;
• настройка усиления-или прецизионные резисторные сети;
• компоненты фильтра-тракта сигнала;
• изолирующие устройства;
• входные-устройства защиты.

Альтернативный вариант, соответствующий упаковке и размеру, не является автоматически эквивалентным.

Смещение, дрейф, шум, ток смещения, полоса пропускания, поведение установления, утечка, опорные характеристики или входная емкость могут иметь значение в конкретной схеме.

Большинству строк спецификации не потребуется такой уровень проверки. Более строгие границы одобрения относятся к компонентам, которые могут существенно изменить путь измерения.

Замена светодиода состояния и замена источника опорного напряжения, питающего АЦП, являются изменениями спецификации.

Это не одно и то же инженерное решение.

Для поиска и повторного производства это различие имеет большее значение, чем просто наличие второго номера детали.

Где поставщику EMS следует остановиться

Заземление, поведение-обратного тока, конструкция фильтра, топология защиты, маршрутизация задания и условия управления АЦП относятся в первую очередь к электрическому проектированию.

Хороший процесс сборки не может восстановить нестабильную сигнальную цепь.

Производство также не должно тихо перепроектировать его.

Когда производство или подготовка к испытаниям выявляют проблему, обычным способом является вынести ее на инженерную проверку, а не импровизировать новую аналоговую архитектуру в заводских условиях.

У производственного контроля другая задача:

• использовать утвержденные версии печатной платы и спецификации;
• установите правильные значения компонентов и утвержденные альтернативы;
• соблюдать требования к сборке;
• загрузите правильную прошивку;
• контролировать утвержденные отклонения;
• управлять переделками;
• провести утвержденное производственное испытание.

Проверка технологичности и проектирование аналоговых схем взаимосвязаны, но это не одна и та же ответственность.

Если более глубокий анализ аналоговой конструкции входит в объем работ поставщика, это должно быть согласовано отдельно.

Когда условия сборки становятся электрическими условиями

Многие проблемы-интерфейса датчиков не похожи на проблемы качества изготовления.

AOI может подтвердить, что усилитель присутствует и правильно ориентирован. Он не может доказать правильность усиления канала.

Рентген-может помочь оценить скрытые паяные соединения. Это не может доказать, что собранная сигнальная цепь соответствует требуемому поведению измерения.

PCBA может включаться и обмениваться данными при:

• установлен неправильный прецизионный компонент;
• в прошивке неправильно отображены два канала;
• утвержденный запасной вариант влияет на конфиденциальную информацию;
• загрязнение влияет на узел с высоким-импедансом;
• критическая область измерения-была переработана;
• производственный тест никогда не применяет условие, которое может выявить проблему.

Осмотр расскажет вам кое-что о сборке.

Проверка измерений говорит вам нечто иное.

Одно не должно использоваться в качестве замены другого.

Чистота

Для многих печатных плат датчиков вполне достаточен обычный утвержденный процесс сборки.

На конце спектра с высоким-импедансом или очень-низким-током состояние поверхности может стать частью электрической проблемы.

Остатки флюса, влага, загрязнения при обращении или другие поверхностные загрязнения могут создавать пути утечки, которые имеют значение в чувствительных схемах.

Большинству плат сбора данных не требуется специальная очистка просто потому, что они содержат аналоговые схемы.

Вопрос в том, достаточно ли чувствителен конкретный путь измерения, чтобы состояние поверхности необходимо было контролировать в соответствии с электрическими требованиями.

Если да, то в проекте следует определить соответствующие условия очистки, обращения, проверки или приемки.

В противном случае дополнительная обработка увеличивает затраты, не решая реальных требований.

Изоляция

Промышленные сенсорные системы часто используют гальваническую развязку.

Многие этого не делают.

Если изоляция является частью утвержденной архитектуры, производству может потребоваться сохранить требования в отношении:

• изоляционные компоненты;
• изоляционный барьер;
• утечка и зазор;
• состояние сборки;
• электрическая проверка,-определенная клиентом.

Не-плата сбора данных не нуждается в испытании на диэлектрическую-стойкость просто потому, что оно используется в другом промышленном проекте.

Система управления должна соответствовать электрической архитектуре, а не отраслевой маркировке.

Результат PASS настолько хорош, насколько хорош тест, стоящий за ним

Когда плата собрана, вопрос меняется.

Производство теперь должно доказать, что канал ведет себя так, как задумано.

Интерфейсная плата датчика-может пройти функциональное испытание, хотя само испытание мало что дает.

Рассмотрим такую ​​инструкцию:

Подайте сигнал и проверьте, что показания изменились.

Это может доказать, что путь живой.

Это не обязательно подтверждает правильность усиления, сопоставления каналов, смещения, диапазона, калибровки или других требований к измерениям.

Производственные испытания должны отражать то, что на самом деле необходимо проверить OEM-производителю.

FCT и калибровка — разные задачи

Функциональное тестирование и калибровка могут проводиться на одной и той же станции, но они отвечают на разные вопросы.

Функциональное тестирование проверяет, выполняет ли собранная плата функции, определенные в процедуре производственного испытания.

Калибровка устанавливает связь между известным эталоном и значением, сообщаемым продуктом.

Корректировка или исправление, где это необходимо, является отдельным этапом.

Некоторые печатные платы для сбора данных требуют по-калибровки каждого устройства. Другие этого не делают.

Если калибровка является частью производства, в процессе может потребоваться определить:

• эталонный стимул;
• справочное оборудование;
• применимые каналы;
• версия прошивки или программного обеспечения;
• коэффициент или метод корректировки;
• пределы приемки;
• где хранятся данные калибровки;
• что происходит после переделки или перепрограммирования;
• как результирующая запись связана с единицей или партией.

АЦП с высоким-разрешением сам по себе не требует проведения производственной калибровки.

Называя функциональную проверку «калибровкой», она также не делает ее таковой.

Тестируйте требования к продукту, а не таблицу данных ADC

АЦП является частью более крупной сигнальной цепи.

Окончательное измерение также может зависеть от входного каскада, усилителя, опорного сигнала, фильтра, сети защиты, источника питания, компоновки печатной платы, встроенного программного обеспечения и стратегии калибровки.

Таким образом, производственные ограничения должны исходить из утвержденных требований к продукции, а не просто из таких заявлений, как:

16-битный АЦП

или:

24-битный преобразователь.

Для одной платы может быть достаточно применения определенного сенсорного стимула и подтверждения ожидаемого ответа.

С другой стороны, для производства может потребоваться несколько контролируемых точек входа, ограничения,-специфичные для канала, калиброванный источник или программное обеспечение,-поставляемое клиентом.

Полезный обзорный вопрос:

Какую ошибку на самом деле обнаружит этот тест?

Если никто не может ответить на этот вопрос четко, зеленый индикатор PASS не дает особой инженерной уверенности.

Тестовая установка является частью измерения

PCBA — не единственное, что присутствует в электрическом контуре во время производственных испытаний.

Установка может включать в себя:

reference source -> cable -> switching or relay -> fixture contact -> connector ->вход печатной платы

В зависимости от измеряемого сигнала на результат могут влиять сопротивление контактов, заземление, экранирование, утечка, прокладка кабеля, режим переключения или обычные отклонения прибора.

Простая промышленная плата ввода напряжения-не требует такой же дисциплины крепления, как измерительный канал с очень высоким-импедансом или низким-уровнем.

Однако светильник не следует автоматически считать электрически невидимым.

Существует также практический предел того, что может обеспечить станция.

Если нормальные отклонения в опорном источнике, креплении, кабеле, контактах и ​​измерительном оборудовании достаточно велики, чтобы размыть указанную границу «годен/не годен», станции будет сложно отличить пограничную доску от нормального отклонения-системы тестирования.

Это не означает, что каждый проект сбора данных нуждается в метрологической лаборатории на производстве.

Это означает, что тестовая система должна быть способна принимать назначенное ей решение.

Эту проблему гораздо легче решить во время DFT и NPI, чем после того, как предположительно хорошие платы начинают периодически выходить из строя при финальном тестировании.

Золотая единица полезна, но она не является автоматически калибровочным стандартом

Заведомо-хорошее устройство может оказаться чрезвычайно полезным в производстве.

Это может помочь:

• проверить работу светильника;
• коррелировать испытательные станции;
• устранять непредвиденные сбои;
• подтвердить изменения программного обеспечения или конфигурации;
• убедитесь, что тестовая установка по-прежнему работает должным образом.

Это не делает прибор автоматически эталоном для калибровки.

Сама печатная плата имеет допуски компонентов, погрешность измерения, историю конфигурации и старение.

Если золотая единица предназначена для использования в качестве части эталона измерения или калибровки, эта роль должна быть четко определена и контролироваться.

В противном случае, сохраняйте четкое различие:

Заведомо-исправное устройство помогает подтвердить производственную настройку.

Известный эталон устанавливает значение измерения.

Это родственные профессии, а не идентичные.

Техническая характеристика — это не рутинные производственные испытания

Во время разработки инженеры могут часами изучать характеристики платы.

Эта работа может включать в себя:

• анализ шума;
• проверка усиления и линейности;
• сравнение каналов-с-каналами;
• температурное поведение;
• поведение в обычном-режиме;
• экологические испытания;
• подробные измерения осциллографом или спектром.

Эти результаты могут быть ценными.

Они не включаются автоматически в цикл испытаний каждой производственной единицы.

Инженерная характеристика спрашивает:

Что может сделать эта конструкция в важных условиях?

Производственное тестирование спрашивает:

Прошла ли эта изготовленная единица или партия проверки, необходимые для выпуска?

Используйте технические характеристики, чтобы решить, какое производство необходимо контролировать.

Не просто копируйте стенд разработки на производственную линию.

Первая сборка — не самая сложная часть

Рабочий прототип доказывает, что конструкция может работать.

Повторное производство ставит более сложный вопрос:

Может ли одобренный метод измерения пережить контролируемые производственные изменения?

Именно здесь конфигурация, доработка, поиск компонентов, встроенное ПО, приспособления и тестовые версии начинают иметь значение как одна система.

Держите оборудование, встроенное ПО, калибровку и тестирование на одном базовом уровне

Продукты для сбора данных часто пересекают границу аппаратного и программного обеспечения.

Прошивка может влиять:

• выбор канала;
• прирост;
• конфигурация датчика;
• отбор проб;
• цифровая фильтрация;
• коррекция смещения;
• калибровочные коэффициенты;
• данные-отдельного подразделения.

Физически правильная печатная плата все равно может сообщать о неправильных измерениях, если загружена неверная конфигурация.

В зависимости от проекта производственная база может включать в себя:

Версия печатной платы + версия спецификации + версия прошивки + метод калибровки + версия теста

Оператору не придется решать, какой образ прошивки или файл коэффициентов «подходит» для конкретной платы.

Эти решения относятся к вышестоящему этапу управления конфигурацией.

Переработка меняет вопрос

Замена поврежденного разъема может потребовать одного уровня проверки.

Для замены источника опорного напряжения, сети-настройки усиления, входного-усилителя или другого критического компонента измерения-может потребоваться другой.

Ни одно из этих общих правил не очень полезно:

Каждую переработанную плату сбора данных необходимо повторно откалибровать.

После каждого ремонта достаточно финального ПРОХОДА.

Лучше задаться вопросом, затронула ли переработка какой-либо компонент или этап сигнальной-цепи, который может повлиять на утвержденные требования к измерениям.

Если это так, необходимо провести соответствующее повторное тестирование, калибровку или инженерную проверку.

Что произойдет в следующей сборке?

В более позднем производстве могут быть представлены:

• новая партия материала;
• утвержденный заместитель;
• доработка печатной платы;
• обновление прошивки;
• сменное приспособление;
• переделка;
• измененный метод калибровки;
• другой источник компонента.

Не каждое изменение требует полной переаттестации продукта.

Но изменение, касающееся пути измерения, не должно исчезнуть в обычном производственном обновлении.

Предположим, предлагается второй-усилитель источника.

Производственный вопрос:

Можем ли мы найти и собрать его?

Вопрос о продукте:

Действуют ли утвержденные требования к измерениям?

Поставщик EMS может управлять-исходной конфигурацией и отмечать изменения.

Одобрение эксплуатационных характеристик обычно принадлежит команде инженеров OEM, если не согласована другая ответственность.

Это не позволяет гибкости поиска незаметно превратиться в редизайн продукта.

Квалификация – это не рутинный отбор

Промышленное сенсорное оборудование может быть спроектировано для работы в условиях экстремальных температур, вибрации, влажности, работы оборудования с электрическими помехами или других сложных условий.

Эти условия имеют значение.

Однако квалификационный тест не становится автоматически требованием-проверки продукции.

В одном проекте во время проверки проекта может использоваться циклическое изменение температуры.

Другой может потребовать отбора продукции.

Для третьего может потребоваться только определенное функциональное испытание в нормальных заводских условиях.

План производства должен соответствовать утвержденным требованиям.

Копирование всех экологических испытаний, начиная с квалификации продукта, до рутинного производства, не становится автоматически более строгим. Иногда это просто ненужно.

Не каждая плата датчиков заслуживает одного и того же процесса

«Сенсорный интерфейс PCBA» охватывает широкий спектр продукции.

Плата, которая считывает показания цифрового датчика и сообщает пороговое значение, не требует производственного плана многоканального измерительного прибора.

Простое устройство мониторинга может не требовать:

• калибровка на-единицу;
• специальная чистка;
• глубокая аналоговая характеристика;
• индивидуальные записи измерений;
• экологический скрининг.

На другом конце спектра инструментальная печатная плата может серьезно заботиться о входных сигналах низкого-уровня, дрейфе, согласовании каналов, изоляции, стабильности эталонного сигнала, калибровке и повторяемости.

Называя каждую плату «высокой точностью», вы увеличиваете стоимость без повышения требований.

Отношение к каждой сенсорной плате как к обычному цифровому контроллеру может скрыть реальный риск.

Полезный вопрос не в том:

Какой самый строгий процесс мы можем применить?

Это:

Что на самом деле нужно производству для контроля этого продукта?

 

Edge Processing не исправляет неверные входные данные

Больше систем-мониторинга состояния теперь обрабатывают данные ближе к машине, но это не снижает важности пути сбора данных. Программное обеспечение может работать только с теми данными, которые оно получает.

Если входные данные обрезаются, загружен неправильный файл калибровки или критический для измерения компонент-изменен без необходимого одобрения, дальнейшая аналитика начинается с скомпрометированных данных.

Что бы я хотел определить до выпуска продукции

Прежде чем выпускать в повторное производство интерфейс-интерфейса датчика или-плату сбора данных, мне бы хотелось получить четкие ответы на эти вопросы.

Что входит в канал?

Определите тип датчика или сигнала и диапазон, который необходимо понять.

Доказывание какого результата несет производство?

Базовое обнаружение, пороговый отклик, значение измерения, поведение канала, калибровка или что-то еще?

Какие элементы спецификации-критичны для измерения?

Определите компоненты, замена которых требует дополнительного технического контроля.

Есть ли особые требования к чистоте или изоляции для этой конструкции?

Не думайте о них. Не оставляйте их неопределенными, если они имеют значение.

Какие версии аппаратного обеспечения, встроенного ПО, калибровки и тестирования относятся друг к другу?

Дайте производству один утвержденный базовый уровень.

Какой известный стимул и тестовая установка необходимы?

Определите источник входного сигнала, приспособление, кабель, программное обеспечение, эталонное оборудование и логику PASS/FAIL, где это применимо.

Какие изменения требуют другого инженерного решения?

Установите границы для альтернатив, изменений, доработок, изменений калибровки и тестовых обновлений.

Если эти ответы ясны, технически сложную плату сбора данных можно будет изготовить несложно.

Если они неясны, дополнительная проверка после сборки редко устраняет основную проблему.

Где STHL вписывается в проект

Shenzhen STHL Technology Co., Ltd. (STHL) поддерживает промышленные приложения PCBA и EMS, в том числе интерфейсные платы промышленных датчиков, интерфейсы датчиков, используемые в линиях автоматизации, и промышленные приборы.

Для покупателей, оценивающих этот тип проекта, STHLПромышленные решения EMSСтраница предоставляет более широкий контекст отрасли и проекта.

Объем производства может включать сборку печатной платы, поиск компонентов, проверку, программирование, функциональное тестирование и другие требования,-специфичные для проекта, в зависимости от фактической сборки.

Для проекта-интерфейса датчика или-сбора данных точная точность измерений, процесс калибровки, приспособление, требования к чистоте, требования к изоляции, экологическая проверка, испытательные стимулы и допустимые пределы должны по-прежнему подтверждаться для отдельного проекта, а не вытекать из отраслевой этикетки.

Заключение

Интерфейс датчиков и сбор данных Производство печатных плат не всегда зависит от того, сможет ли поставщик EMS разместить АЦП или припаять входной разъем.

Речь идет о том, сохраняет ли производство утвержденный путь измерения и может ли подтвердить ту часть этого пути, за которую оно отвечает.

Начните с одного канала.

Что в него входит?

Какие компоненты его формируют?

Что должно доказать производство?

Могут ли приспособление и эталонный источник поддержать этот тест?

Что произойдет, если критический-компонент измерения будет переработан?

А когда меняются материалы, встроенное ПО, приспособления или версии, какие изменения требуют другого инженерного решения, прежде чем будет выпущена новая конфигурация?

Эти вопросы отделяют плату, которая просто включается, от измерительной печатной платы, которую можно собирать повторно в контролируемых условиях.

OEM-команды могутотправьте детали проектас доступной спецификацией, файлами печатных плат, требованиями к датчикам или входам, информацией о встроенном ПО, количествами и ожиданиями испытаний.

По вопросам-по конкретным проектам обращайтесь в STHL по адресу:info@pcba-china.com.