為什么測試您的產(chǎn)品與產(chǎn)品本身一樣重要

2021-08-06

為什么測試您的產(chǎn)品與產(chǎn)品本身一樣重要

可測試性設計

電子設計包含兩部分；設計本身和設計的可測試性。當然，專(zhuān)注于功能以及您的小部件如何以無(wú)線(xiàn)方式提醒您的智能手機您腳臭的當前狀態(tài)（專(zhuān)利申請中）很有吸引力，但這只是成功的一半。

你制作的一個(gè)原型完美無(wú)缺，因為你已經(jīng)與它緊密結合了很長(cháng)時(shí)間，你已經(jīng)減輕了你可以在一個(gè)樣本上看到的任何問(wèn)題。

您對自己的原型很滿(mǎn)意，并希望將其提升到一個(gè)新的水平，這樣您就可以將一些原型交到朋友和家人的手中。假設您想制造 50 個(gè)單位，太棒了！

您決定最好自己制作前 50 個(gè)，這樣您就可以制作出裸露的 PCB，購買(mǎi)所有組件，然后就可以使用焊臺了。

您花了一整天的時(shí)間精心焊接所有 50 塊 PCB 上的 0402 電阻器、QFN 封裝和芯片天線(xiàn)?？粗?zhù)所有 50 塊組裝好的電路板，您知道在將它們發(fā)送給朋友和家人之前，需要對它們進(jìn)行測試以確保它們能夠正常工作。

幸運的是，您知道這即將到來(lái)，并且從一開(kāi)始就考慮到了可測試性。參考設計的框圖，您在設計的所有關(guān)鍵電源和信號部分添加了測試點(diǎn)，以便輕松進(jìn)行探測或測試夾具接口（稍后將詳細介紹）。

盡早測試，經(jīng)常測試

許多制造商都有內置流程，可確保正在制造的設計正是您提供的。在 PCB 制造過(guò)程中，有幾個(gè)步驟可以減少任何缺陷。

PCBWay對整個(gè)過(guò)程有很好的解釋。

兩個(gè)最重要的步驟是自動(dòng)光學(xué)檢測 (AOI) 和電氣測試。

AOI 將根據提供的藝術(shù)品目視檢查設計，電氣測試將通過(guò)物理探測 PCB 來(lái)測試任何錯誤的開(kāi)路或短路。

您會(huì )很高興您的 PCB 在組裝之前經(jīng)過(guò)了一系列測試。無(wú)論您是自己組裝 PCB 還是依賴(lài)制造商，重要的是要知道您的硬件是按照您的預期制造的。

如果您的制造商組裝了 PCB，他們通常會(huì )進(jìn)行另一個(gè)檢查過(guò)程以確保一切正常。執行另一個(gè) AOI 以檢查焊點(diǎn)、零件方向和任何其他缺陷。

有時(shí)，如果存在具有復雜封裝的組件，例如 BGA，將執行自動(dòng) X 射線(xiàn) (AXI) 以確認零件下方的焊點(diǎn)是否完好。

測試什么

力量

顯然，每種設計都有其獨特的功能，但通常有一個(gè)共同點(diǎn)，那就是您的電路板是如何供電的。您需要確認您的設計獲得了正確的電壓。如果您的電壓有誤，那么設計的其余部分就沒(méi)有希望了，您需要在移動(dòng)之前進(jìn)行故障排除。

如果您的制造商在他們花哨的自動(dòng)化機器上做得很好，那么您應該能夠在不散發(fā)神奇煙霧的情況下為您的電路板供電。如果煙霧消失，您的電氣問(wèn)題就會(huì )變成熱問(wèn)題。你可以把它交給熱工程師。

撇開(kāi)玩笑不談，使用簡(jiǎn)單的萬(wàn)用表進(jìn)行一些初始探測，以確認設計中的所有電壓都測量出您期望的值，這將是確保設計的其余部分正常運行的第一步。

微控制器、處理器等

大多數新設計將包括某種大腦。微控制器很便宜，可以做很多很棒的事情，但您還需要確保它們正常工作。

在某些時(shí)候需要使用您的代碼對裸微控制器進(jìn)行編程。芯片制造商甚至可以在將部件焊接到電路板上之前完成此操作，但需要付費或額外的交貨時(shí)間或兩者兼而有之。但是，擁有一種使用系統內編程器 (ISP) 進(jìn)行編程的方法也很重要。

對于初始單元，最好自己對它們進(jìn)行編程，并在與電路交互時(shí)使用 ISP 來(lái)調試可能出現的任何問(wèn)題。

信號和傳感器

大多數設計都會(huì )包含某種信號，無(wú)論它是作為微控制器的輸出生成的，還是來(lái)自某個(gè)傳感器的。

在您的設計按預期工作之前，您很可能需要對微控制器進(jìn)行編程。假設您的微控制器已編程，并且正在與所有外圍組件進(jìn)行通信。

此時(shí)，您可以探測電壓電平和波形、與按鈕交互、檢查 LED 是否正確點(diǎn)亮，并確認任何模擬電壓電平都符合您的規格。

用戶(hù)界面

用戶(hù)不會(huì )關(guān)心設計的“幕后”發(fā)生了什么。他們肯定會(huì )關(guān)心按鈕是否不起作用或 LED 是否不像用戶(hù)手冊所說(shuō)的那樣工作。

必須徹底測試所有面向用戶(hù)的組件。這包括按鈕、LED、屏幕、電容式觸摸或用戶(hù)將與之交互的任何東西，以使您的產(chǎn)品為他們服務(wù)。

如何測試

我懇請您參觀(guān)一家生產(chǎn)與您推向市場(chǎng)的產(chǎn)品類(lèi)似的產(chǎn)品的制造工廠(chǎng)。了解生產(chǎn)硬件產(chǎn)品的幕后沒(méi)有更好的經(jīng)驗。

在您的設計階段盡早這樣做，因為您可能會(huì )學(xué)到一些可以在以后節省時(shí)間和金錢(qián)的東西。

硬件學(xué)院的 某個(gè)人分享了這段精彩的視頻，視頻中一位受歡迎的技術(shù) YouTuber 走過(guò)制造工廠(chǎng)，詳細介紹了生產(chǎn)智能手機所需的條件。

有專(zhuān)門(mén)的軟件測試、相機質(zhì)量控制、加速度計運動(dòng)、對準、粘合、掉落的設備。驚人的 100+ 人將在出廠(chǎng)前觸摸每部手機！

令人驚訝的是，這只是眾多智能手機中的一款，而且每年都會(huì )更新。

生產(chǎn)智能手機需要一小部分工程師和制造商。您的產(chǎn)品可能沒(méi)有那么復雜，但原則仍然成立。

生產(chǎn)任何東西的圣杯是將您的產(chǎn)品廉價(jià)、快速地送到客戶(hù)手中，并確保它的高質(zhì)量。實(shí)際上，要同時(shí)實(shí)現這三個(gè)目標幾乎是不可能的。

測試計劃

就像創(chuàng )建您想要設計的框圖（設計前階段）一樣，最好記下設計中需要測試的所有內容。這使您可以了解全局，甚至可以集思廣益地討論如何測試某些內容。

測試計劃也應該在設計階段的早期完成。這將迫使您考慮需要在 PCB 上進(jìn)行物理布局，以促進(jìn)高效和穩健的測試。

測試點(diǎn)

您的測試計劃應該告訴您需要將哪些測試點(diǎn)添加到您的設計中。測試點(diǎn)是您或測試夾具可以輕松探測以進(jìn)行測量的 PCB 上的物理位置。

由于各種原因，您不想依賴(lài)于探測組件的引腳或焊盤(pán)。我喜歡讓我的測試點(diǎn)直徑為 1 毫米，并將它們彼此間隔至少 2.54 毫米。

這為手動(dòng)或自動(dòng)探測提供了足夠的表面積和空間。我也傾向于將它們放在 PCB 的底部以便于訪(fǎng)問(wèn)。

PCB 背面的測試點(diǎn)示例

在系統編程

我在上一節中提到了 ISP，但有多種方法可以在您的設計中包含此接口。一些設計（例如 Arduino Uno）在板上焊接了一個(gè) 6 針接頭，以便連接編程器。

這對開(kāi)發(fā)板很有好處，但您可能不希望在成品中增加連接器的成本。但是，您需要一種有效的方法來(lái)對每塊電路板進(jìn)行編程，而無(wú)需每次都焊接或拆焊連接器。

我最喜歡的與系統內微控制器接口的方法之一是使用Tag-Connect系統。板上沒(méi)有額外的組件，占用空間小，可重復性高。我在所有需要編程的設計中都使用了這個(gè)系統。如果我需要排除任何故障，我可以將電纜連接到我的電路板上。

測試夾具

對于較低數量的設計，您可能需要親自手動(dòng)測試每塊電路板。如果有人能幫助你，那就更好了。

確保你有一個(gè)健壯的測試計劃，并且每個(gè)板子都遵循計劃到 T。人類(lèi)通常在可重復性方面很差，人為錯誤是真實(shí)的，請記住這一點(diǎn)。

另一種通常用于較大數量的方法是設計和生產(chǎn)自動(dòng)化測試夾具。

正如您在上面的智能手機制造視頻中看到的那樣，有幾個(gè)專(zhuān)門(mén)的測試裝置可以執行非常具體的任務(wù)。這些固定裝置可以由您或制造商設計，但成本很高。

測試夾具本身就是一種產(chǎn)品。它可能不像您生產(chǎn)的產(chǎn)品那樣華麗或美觀(guān)，但它肯定可以是一個(gè)復雜的設計，如果不是更復雜的話(huà)。

建造

我見(jiàn)過(guò)由 3D 打印部件制成的測試夾具，我什至見(jiàn)過(guò)由 2x4 和膠合板制成的測試夾具。無(wú)論測試夾具是由什么制成的，最重要的方面是它的穩健性和可重復性。

最常見(jiàn)的是，測試夾具將涉及彈簧加載的針腳，有時(shí)稱(chēng)為彈簧針，以及一種將被測單元（您的電路板）夾在針腳上的方法。好的夾具將機械地將您的電路板與引腳對齊，以獲得最大的可重復性。

夾緊測試夾具示例

根據您希望生產(chǎn)的數量，最好從一次可以測試一塊板的夾具開(kāi)始。

如果您要生產(chǎn)大量產(chǎn)品，您可能會(huì )考慮測試整個(gè)電路板面板，這會(huì )提高速度，但也會(huì )顯著(zhù)增加夾具的復雜性。

自動(dòng)化為王

除了與板上測試點(diǎn)接口的彈簧針之外，還有其他方面需要考慮，以使您的自動(dòng)化測試盡可能可靠。

如果您的設計有按鈕和 LED，有兩種方法可以確認它們是否正常工作。

第一種方法是讓操作員手動(dòng)按下按鈕并獲得 LED 的視覺(jué)效果。按照你的測試計劃，他們會(huì )知道什么時(shí)候按下它，以及電路板是通過(guò)還是失敗。

另一種方法是使該過(guò)程完全自動(dòng)化。在我的一個(gè)測試裝置中，我什至使用兩個(gè)螺線(xiàn)管來(lái)物理按下按鈕以確保它們正常工作。還使用了顏色傳感器來(lái)確保 LED 的顏色正確。

這增加了設計的復雜性，但從長(cháng)遠來(lái)看是有益的，因為測試快速且可重復，將人類(lèi)排除在外。

測試接口

通常情況下，測試裝置需要在計算機上運行。計算機執行您編寫(xiě)的程序以執行必要的測試，告訴操作員您的電路板是通過(guò)還是失敗。

我測試夾具的方法是它應該對操作員盡可能簡(jiǎn)單。操作員應該能夠按下按鈕，讓測試夾具執行所有測試，然后在測試結束時(shí)獲得通過(guò)或失敗指示。失敗的板子放在一堆，通過(guò)的板子放在另一堆。

我幾乎在所有測試裝置中都使用了 Raspberry Pi。它是一款緊湊型計算機，可通過(guò)具有所有 GPIO、電源和通信功能的接頭輕松連接外圍設備。

Linux 是首選的操作系統，如果它對Mars 足夠好，那么它對于一個(gè)強大的測試裝置來(lái)說(shuō)已經(jīng)綽綽有余了。

通常，會(huì )有一個(gè)接口板來(lái)擴展 Raspberry Pi 的功能，然后與您的被測單元 (UUT) 連接。

與 GPIO 交互的最簡(jiǎn)單方法是用 Python 編寫(xiě)測試夾具程序。庫很豐富，而且功能齊全。

提供您自己的計算機可以消除與您的制造商的計算機可能使用過(guò)時(shí)的操作系統的任何兼容性問(wèn)題。然后，您可以在發(fā)貨前正確設置電腦。

包括您自己的計算機的另一個(gè)好處是能夠遠程更新測試夾具或設置 Web 界面以實(shí)時(shí)獲取測試數據。這將使您能夠解決可能出現的任何問(wèn)題。在制造商端可能需要對網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行一些配置，但這是值得的。

冗余

就像工程師在Contact 中所做的那樣，您應該計劃至少擁有兩個(gè)相同的裝置。

想象一下，您在海外制造，而您的單個(gè)測試夾具壞了。這會(huì )停止整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程。您必須生產(chǎn)另一個(gè)并將其運送到您的工廠(chǎng)。哎呀。

在您的制造商手中擁有兩個(gè)測試夾具可以提高速度和效率，還可以降低生產(chǎn)突然停止的風(fēng)險。

擁有第三個(gè)固定裝置可能也有好處，您可以自己進(jìn)行任何故障排除，這樣您就可以與制造商并行工作。

讓它變得簡(jiǎn)單，讓它變得顯而易見(jiàn)

想象自己使用測試夾具測試數千塊板。您希望該過(guò)程盡可能高效，因為在生產(chǎn)產(chǎn)品時(shí)，花時(shí)間測試勞動(dòng)力成本的因素。

您希望能夠按下一個(gè)明顯的“開(kāi)始”按鈕來(lái)開(kāi)始測試，并且您想要一個(gè)明顯的通過(guò)或失敗。不僅如此，您還想知道測試裝置何時(shí)準備就緒以及何時(shí)進(jìn)行。

我使用了大綠色、紅色和藍色 LED 的組合來(lái)指示正在發(fā)生的事情。我什至聽(tīng)說(shuō)過(guò)一些設計師將他們的測試夾具制作成游戲，或者在測試通過(guò)時(shí)在測試結束時(shí)添加叮當聲。