Ce contează în fabricarea interfeței senzorilor și a PCBA pentru achiziția de date?

Prezentare generală

O placă de achiziție de date poate fi asamblată corect și oferă totuși performanțe slabe de măsurare.

Îmbinările de lipit pot fi acceptabile. Firmware-ul poate porni. ADC poate returna numere. Niciunul dintre aceste fapte, prin ele însele, nu dovedește că placa păstrează semnalul pe care produsul a fost proiectat să îl măsoare.

Pentru fabricarea PCBA pentru achiziția de date, obiectivul de producție nu este doar construirea unei plăci care să pornească. Este de a păstra calea de măsurare aprobată de la intrarea senzorului prin condiționarea și conversia semnalului, menținerea aliniată a configurației hardware și firmware și verificarea funcțiilor de care producția este responsabilă.

Un modul simplu de monitorizare-condiție și un PCBA pentru instrumente multicanal pot obține ambele date ale senzorului, dar nu au nevoie automat de aceleași controale de aprovizionare, proces de curățare, metodă de calibrare, dispozitiv de fixare sau test de producție.

Planul de producție trebuie să respecte cerințele de măsurare.

Începeți de la conector, nu de la linia SMT

Când examinați o interfață de senzor-sau PCBA de achiziție-de date, este adesea mai util să începeți cu un canal de măsurare decât cu procesul de asamblare.

Alegeți punctul în care semnalul-lumii reale intră pe tablă. Apoi urmați acel canal până când produsul produce date utilizabile.

Nu fiecare placă conține fiecare bloc.

Tocmai de aceea, o listă de verificare PCBA industrială generică este rareori suficientă pentru acest tip de proiect.

Prima întrebare utilă nu este:

Câți biți are ADC-ul?

Este:

Ce trebuie să măsoare de fapt acest canal?

O placă de interfață cu senzor-poate primi o tensiune condiționată, o buclă de curent, un senzor punte, o intrare de temperatură, un semnal de vibrație, un traductor de presiune sau un alt semnal de câmp.

Aceste intrări pot duce la decizii foarte diferite cu privire la câștig, protecție, izolare, stimul de testare și calibrare.

Înainte de planificarea-testelor funcționale, echipa OEM și EMS ar trebui să fie clare cu privire la aspecte precum:

• tip de senzor sau semnal;
• domeniul de intrare relevant;
• maparea canalelor;
• intrare unică-terminată sau diferențială;
• excitarea senzorului, acolo unde este cazul;
• cerințe de izolare, acolo unde este cazul;
• trebuie verificate condițiile normale și defectuoase de producție;
• dacă producția demonstrează un răspuns de bază sau un rezultat de măsurare definit.

„Citește senzorul” nu este o cerință de producție executabilă.

Un tehnician poate ști unde să conecteze cablul și tot nu are idee ce ar trebui să demonstreze testul.

Ce trebuie să păstreze producția

Odată ce calea semnalului este înțeleasă, întrebarea de fabricație devine mai concretă:

Ce părți ale designului lansat trebuie să rămână controlate pentru ca acea cale de măsurare să rămână valabilă?

Componentele care afectează efectiv măsurarea

Nu fiecare componentă merită aceeași regulă de substituție.

Pe o interfață cu senzor sau pe PCBA de instrumente, unele părți pot influența direct comportamentul de măsurare.

În funcție de circuit, acestea pot include:

• ADC-uri;
• referințe de tensiune;
• amplificatoare de instrumentare sau operaționale;
• multiplexoare analogice;
• rețele de-setare de câștig sau rezistențe de precizie;
• componente-filtru de cale de semnal;
• dispozitive de izolare;
• dispozitive de-protecție de intrare.

O alternativă care se potrivește cu pachetul și amprenta nu este automat echivalentă.

Decalajul, deriva, zgomotul, curentul de polarizare, lățimea de bandă, comportamentul de stabilizare, scurgerile, caracteristicile de referință sau capacitatea de intrare pot conta într-un anumit circuit.

Majoritatea liniilor BOM nu vor avea nevoie de acest nivel de revizuire. Limita mai strânsă de aprobare aparține componentelor care pot schimba semnificativ calea de măsurare.

Înlocuirea unui LED de stare și înlocuirea referinței de tensiune care alimentează un ADC sunt ambele modificări ale BOM.

Nu sunt aceeași decizie inginerească.

Pentru aprovizionare și producție repetată, această distincție contează mai mult decât pur și simplu a avea un al doilea număr de piesă disponibil.

Unde ar trebui să se oprească furnizorul EMS

Împământarea, comportamentul de întoarcere-curentului, designul filtrului, topologia de protecție, rutarea de referință și condițiile unității ADC aparțin în primul rând proiectării electrice.

Un proces bun de asamblare nu poate repara un lanț de semnal instabil.

Nici producția nu ar trebui să reproiecteze în liniște unul.

Atunci când fabricarea sau pregătirea testului expune o problemă, calea normală este să o ridicați pentru revizuire de inginerie, mai degrabă decât să improvizați o nouă arhitectură analogică la nivelul fabricii.

Controlul producției are o activitate diferită:

• utilizați revizuirile PCB și BOM aprobate;
• instalați valorile corecte ale componentelor și alternativele aprobate;
• menține cerințele de asamblare;
• încărcați firmware-ul corect;
• controlează abaterile aprobate;
• gestionează repetarea;
• executa testul de productie aprobat.

Revizuirea capacității de fabricație și proiectarea circuitelor analogice sunt legate, dar nu sunt aceeași responsabilitate.

Dacă o analiză mai profundă a designului analogic face parte din domeniul de aplicare al furnizorului, aceasta ar trebui convenită separat.

Când condițiile de asamblare devin condiții electrice

Multe probleme-interfeței senzorului nu arată ca probleme de manoperă.

AOI poate confirma faptul că un amplificator este prezent și orientat corect. Nu poate dovedi că câștigul canalului este corect.

Raze-X pot ajuta la evaluarea îmbinărilor de lipire ascunse. Nu poate dovedi că lanțul de semnal asamblat îndeplinește comportamentul de măsurare necesar.

Un PCBA se poate porni și comunica în timp ce:

• este instalată componenta de precizie greșită;
• două canale sunt mapate incorect în firmware;
• o alternativă aprobată afectează o intrare sensibilă;
• contaminarea influențează un nod de-impedanță ridicată;
• o zonă critică de măsurare-a fost reluată;
• testul de producție nu aplică niciodată condiția care ar expune problema.

Inspecția vă spune ceva despre construcție.

Verificarea măsurătorilor vă spune ceva diferit.

Unul nu trebuie folosit ca înlocuitor al celuilalt.

Curăţenie

Pentru multe PCBA-uri cu senzori, procesul normal de asamblare aprobat este pe deplin adecvat.

La capătul de-impedanță mare sau foarte-scăzut-de curent al spectrului, starea suprafeței poate deveni parte a problemei electrice.

Reziduurile de flux, umiditatea, contaminarea prin manipulare sau alte contaminari ale suprafeței pot crea căi de scurgere care contează în circuitele sensibile.

Majoritatea plăcilor de achiziție de date nu au nevoie de o rută specială de curățare pur și simplu pentru că conțin circuite analogice.

Întrebarea este dacă calea particulară de măsurare este suficient de sensibilă încât starea suprafeței trebuie controlată ca o cerință electrică.

Dacă este, proiectul ar trebui să definească condiția adecvată de curățare, manipulare, verificare sau acceptare.

Dacă nu este, procesarea suplimentară adaugă costuri fără a rezolva o cerință reală.

Izolare

Sistemele de senzori industriali folosesc adesea izolarea galvanică.

Mulți nu.

Acolo unde izolarea face parte din arhitectura aprobată, este posibil ca producția să fie nevoie să păstreze cerințele privind:

• componente de izolare;
• bariera de izolare;
• curgere și degajare;
• starea de montaj;
• verificarea electrică definită de client{0}.

O placă de achiziție de date ne-izolată nu are nevoie de un test de rezistență dielectric-pur și simplu pentru că un alt proiect industrial folosește unul.

Controlul ar trebui să urmeze arhitectura electrică, nu eticheta industriei.

Un rezultat PASS este la fel de bun ca și testul din spatele acestuia

Odată ce placa este asamblată, întrebarea se schimbă.

Producția trebuie acum să demonstreze că canalul se comportă conform intenției.

O placă de interfață cu senzor-poate trece un test funcțional, în timp ce testul în sine se dovedește foarte puțin.

Luați în considerare o instrucțiune precum:

Aplicați un semnal și verificați dacă citirea se modifică.

Asta poate dovedi că calea este vie.

Nu dovedește neapărat câștigul corect, maparea canalului, offset, interval, calibrare sau altă cerință de măsurare.

Testul de producție ar trebui să reflecte ceea ce OEM are de fapt nevoie să fie verificat.

FCT și calibrarea sunt locuri de muncă diferite

Testarea funcțională și calibrarea pot avea loc la aceeași stație, dar răspund la întrebări diferite.

Testarea funcțională întreabă dacă placa asamblată îndeplinește funcțiile definite în procedura de testare a producției.

Calibrarea stabilește relația dintre o referință cunoscută și valoarea raportată de produs.

Ajustarea sau corectarea, acolo unde este necesar, este o etapă separată.

Unele PCBA de achiziție de date necesită calibrare pe{0}}unitate. Alții nu.

Dacă calibrarea face parte din producție, procesul poate fi necesar să definească:

• stimul de referință;
• echipamente de referință;
• canale aplicabile;
• revizuire firmware sau software;
• coeficient sau metoda de ajustare;
• limite de acceptare;
• unde sunt stocate datele de calibrare;
• ce se întâmplă după reluare sau reprogramare;
• modul în care înregistrarea rezultată este asociată cu unitatea sau lotul.

Un ADC de-înaltă rezoluție nu creează, în sine, o cerință pentru calibrarea producției.

Apelarea unui control funcțional „calibrare” nu îl face nici unul.

Testați cerința produsului, nu fișa de date ADC

ADC-ul este o parte a unui lanț de semnal mai mare.

Măsurarea finală poate depinde și de stadiul de intrare, amplificator, referință, filtru, rețea de protecție, sursă de alimentare, aspectul PCB-ului, firmware și strategia de calibrare.

Prin urmare, limitele de producție ar trebui să provină din cerințele produsului aprobat, nu doar din declarații precum:

ADC pe 16 biți

sau:

convertor pe 24 de biți.

Pentru o placă, aplicarea unui stimul de senzor definit și confirmarea răspunsului așteptat poate fi suficientă.

Pentru altul, producția poate avea nevoie de mai multe puncte de intrare controlate, limite specifice canalului-, o sursă calibrată sau software-furnizat de client.

O întrebare utilă de revizuire este:

Ce eșec ar prinde acest test de fapt?

Dacă nimeni nu poate răspunde clar, un indicator verde PASS nu oferă prea multă încredere inginerească.

Configurarea testului face parte din măsurare

PCBA nu este singurul lucru din calea electrică în timpul testării producției.

Configurarea poate include:

reference source -> cable -> switching or relay -> fixture contact -> connector ->Intrare PCBA

În funcție de semnalul măsurat, rezistența de contact, împământarea, ecranarea, scurgerea, traseul cablurilor, comportamentul de comutare sau variația obișnuită a instrumentului pot influența rezultatul.

O placă de intrare de tensiune industrială simplă-nu are nevoie de aceeași disciplină de fixare ca un canal de măsurare de-impedanță foarte mare sau de-nivel scăzut.

Dar dispozitivul nu trebuie tratat automat ca fiind invizibil electric.

Există, de asemenea, o limită practică a ceea ce o stație poate impune.

Dacă variația normală a sursei de referință, a dispozitivului de fixare, a cablului, a contactelor și a echipamentului de măsurare este suficient de mare pentru a estompa limita specificată de trecere/eșec, stația va avea dificultăți în separarea unei plăci marginale de variația-normală a sistemului de testare.

Asta nu înseamnă că fiecare proiect DAQ are nevoie de un laborator de metrologie la nivelul producției.

Înseamnă că sistemul de testare trebuie să fie capabil să ia decizia care i-a fost atribuită.

Acest lucru este mult mai ușor de rezolvat în timpul DFT și NPI decât după ce plăcile presupuse bune încep să eșueze intermitent la testul final.

O unitate de aur este utilă, dar nu este automat un standard de calibrare

O unitate cunoscută-bună poate fi extrem de utilă în producție.

Poate ajuta:

• verificați funcționarea dispozitivului;
• corelați stațiile de testare;
• depanați defecțiunile neașteptate;
• confirmarea modificărilor software sau de configurare;
• verificați dacă o configurare de testare se comportă în continuare conform așteptărilor.

Acest lucru nu face automat unitatea o referință de calibrare.

PCBA în sine are toleranțe ale componentelor, eroare de măsurare, istoric de configurare și îmbătrânire.

Dacă o unitate de aur este destinată să servească ca parte a standardului de măsurare sau de calibrare, rolul respectiv ar trebui definit și controlat în mod explicit.

În caz contrar, păstrați distincția clară:

O unitate cunoscută-bună ajută la confirmarea configurației de producție.

O referință cunoscută stabilește valoarea măsurată.

Sunt locuri de muncă înrudite, nu identice.

Caracterizarea ingineriei nu este o testare de rutină a producției

În timpul dezvoltării, ingineria poate petrece ore întregi caracterizând o placă.

Acea lucrare poate include:

• analiza zgomotului;
• verificări de câștig și liniaritate;
• comparație-la-canal;
• comportamentul temperaturii;
• comportament obișnuit-modului;
• testarea mediului;
• măsurători detaliate ale osciloscopului sau ale spectrului.

Aceste rezultate pot fi valoroase.

Ele nu aparțin automat ciclului de testare al fiecărei unități de producție.

Caracterizarea ingineriei cere:

Ce poate face acest design în condițiile care contează?

Testarea producției cere:

Această unitate sau lot fabricat a trecut verificările necesare pentru lansare?

Utilizați caracterizarea inginerească pentru a decide ce producție trebuie să controleze.

Nu copiați pur și simplu bancul de dezvoltare pe linia de producție.

Prima construcție nu este partea grea

Un prototip funcțional demonstrează că designul poate funcționa.

Producția repetată pune o întrebare mai dificilă:

Poate comportamentul de măsurare aprobat să supraviețuiască schimbărilor controlate de producție?

Acolo încep să conteze configurația, reluarea, aprovizionarea componentelor, firmware-ul, fixările și revizuirile de testare ca un singur sistem.

Păstrați hardware-ul, firmware-ul, calibrarea și testarea pe o singură linie de bază

Produsele de achiziție de date depășesc adesea granița hardware/software.

Firmware-ul poate influența:

• selectarea canalului;
• câştig;
• configurația senzorului;
• prelevarea de probe;
• filtrare digitală;
• corectare offset;
• coeficienți de calibrare;
• date specifice-unității.

Un PCBA corect din punct de vedere fizic poate raporta în continuare măsurarea greșită dacă este încărcată o configurație greșită.

În funcție de proiect, linia de bază a producției poate include:

Revizuire PCB + revizuire BOM + revizuire firmware + metoda de calibrare + revizuire test

Operatorul nu ar trebui să decidă ce imagine de firmware sau fișier de coeficient „pare corect” pentru o anumită placă.

Aceste decizii aparțin în amonte în controlul configurației.

Relucrarea schimbă întrebarea

Înlocuirea unui conector deteriorat poate necesita un nivel de verificare.

Înlocuirea unei referințe de tensiune, a rețelei de-setare a câștigului, a unui amplificator frontal-sau a unei alte componente critice de măsurare-poate necesita alta.

Niciuna dintre aceste reguli generale nu este foarte utilă:

Fiecare placă DAQ reluată trebuie recalibrată.

Un PASS final este suficient după fiecare reparație.

O întrebare mai bună este dacă reprelucrarea a atins o componentă sau o etapă{0}}lanțului de semnal care poate afecta cerința de măsurare aprobată.

Dacă a făcut-o, ar trebui să urmeze retestarea, calibrarea sau revizuirea tehnică corespunzătoare.

Ce se întâmplă la următoarea versiune?

Producția ulterioară poate introduce:

• un nou lot de material;
• un supleant aprobat;
• o revizuire PCB;
• o actualizare de firmware;
• un dispozitiv de înlocuire;
• reprelucrare;
• o metodă de calibrare schimbată;
• o sursă de componente diferită.

Nu orice modificare necesită recalificare completă a produsului.

Dar o schimbare care atinge calea de măsurare nu ar trebui să dispară în interiorul unei actualizări obișnuite de producție.

Să presupunem că este propus un al doilea-amplificator sursă.

Întrebarea de fabricație este:

Putem să-l asamblam?

Întrebarea despre produs este:

Mai este valabilă cerința de măsurare aprobată?

Furnizorul EMS poate gestiona-configurația așa cum a fost construită și poate semnala modificarea.

Echipa de ingineri OEM ar trebui să dețină în mod normal aprobarea de performanță, cu excepția cazului în care a fost convenită o altă responsabilitate.

Acest lucru împiedică flexibilitatea aprovizionării să devină în liniște reproiectarea produsului.

Calificarea nu este o verificare de rutină

Echipamentele industriale cu senzori pot fi proiectate pentru temperaturi extreme, vibrații, umiditate, utilaje electrice zgomotoase sau alte medii solicitante.

Acele condiții contează.

Dar un test de calificare nu devine automat o cerință de verificare-producție.

Un proiect poate utiliza ciclul de temperatură în timpul validării proiectului.

Un altul poate necesita o selecție de producție selectată.

Un al treilea poate necesita doar un test funcțional definit în condiții normale din fabrică.

Planul de producție trebuie să respecte cerințele aprobate.

Copierea fiecărui test de mediu de la calificarea produsului în producția de rutină nu este automat mai riguroasă. Uneori este pur și simplu inutil.

Nu orice placă cu senzori merită același proces

„Interfața senzorului PCBA” acoperă o gamă largă de produse.

O placă care citește un senzor digital și raportează un prag nu are nevoie de planul de fabricație al unui instrument de măsurare multicanal.

Este posibil ca un dispozitiv de monitorizare simplu să nu necesite:

• calibrare pe-unitate;
• curatenie speciala;
• caracterizare analogică profundă;
• înregistrări individuale de măsurare;
• screening-ul de mediu.

La celălalt capăt al spectrului, un PCBA de instrumente poate să-i pese profund de intrările la nivel scăzut-, deplasarea, potrivirea canalului, izolarea, stabilitatea referințelor, calibrarea și repetabilitatea.

A numi fiecare placă „înaltă precizie” creează costuri fără a îmbunătăți cerințele.

Tratarea fiecărei plăci cu senzori ca pe un controler digital obișnuit poate ascunde un risc real.

Întrebarea utilă nu este:

Care este cel mai riguros proces pe care îl putem aplica?

Este:

Ce are nevoie de fapt acest produs pentru a controla producția?

 

Procesarea Edge nu remediază datele de intrare greșite

Mai multe sisteme-de monitorizare a condițiilor procesează acum datele mai aproape de mașină, dar asta nu reduce importanța căii de achiziție. Software-ul poate funcționa numai cu datele pe care le primește.

Dacă o intrare clipește, este încărcat fișierul de calibrare greșit sau o componentă{0}}critică de măsurare se modifică fără aprobarea necesară, analizele din aval încep cu date compromise.

Ce aș vrea să fie definit înainte de lansarea în producție

Înainte de a lansa un senzor-interfață sau un PCBA de achiziție-de date în producție repetată, aș dori răspunsuri clare la aceste întrebări.

Ce intră pe canal?

Definiți senzorul sau tipul de semnal și gama de producție pe care trebuie să o înțelegeți.

Ce rezultat este responsabilă pentru dovedirea producției?

Detectare de bază, răspuns la prag, valoarea de măsurare, comportamentul canalului, calibrare sau altceva?

Ce elemente ale BOM sunt{0}}critice pentru măsurare?

Identificați componentele în care înlocuirea necesită un control ingineresc suplimentar.

Sunt cerințe speciale de curățenie sau izolare pentru acest design?

Nu le asuma. Nu le lăsa nedefinite când contează.

Ce hardware, firmware, calibrare și revizuiri de testare aparțin împreună?

Oferiți producției o linie de bază aprobată.

De ce stimul cunoscut și configurație de testare sunt necesare?

Definiți sursa de intrare, dispozitivul, cablul, software-ul, echipamentul de referință și logica PASS/FAIL, acolo unde este cazul.

Ce modificări necesită o altă decizie inginerească?

Setați limita pentru alternative, revizuiri, reprelucrare, modificări de calibrare și actualizări de test.

Dacă aceste răspunsuri sunt clare, o placă de achiziție de date sofisticată din punct de vedere tehnic poate fi încă ușor de fabricat.

Dacă sunt vagi, adăugarea mai multor inspecții după asamblare rezolvă rar problema de bază.

Unde STHL se încadrează în proiect

Shenzhen STHL Technology Co., Ltd. (STHL) acceptă aplicații industriale PCBA și EMS care includ plăci de interfață pentru senzori industriali, interfețe pentru senzori utilizate în liniile de automatizare și instrumente industriale.

Pentru cumpărătorii care evaluează acest tip de proiect, STHL'sSoluții EMS industrialepagina oferă contextul mai larg al industriei și al proiectului.

Sfera de producție poate include ansamblul PCB, aprovizionarea componentelor, inspecția, programarea, testarea funcțională și alte cerințe specifice-proiectului, în funcție de construcția reală.

Pentru un proiect de-interfață de senzor sau de achiziție-de date, precizia exactă a măsurării, procesul de calibrare, dispozitivul de fixare, cerințele de curățenie, cerințele de izolare, validarea mediului, stimulul de testare și limitele de acceptare ar trebui în continuare confirmate pentru proiectul individual, mai degrabă decât deduse din eticheta industriei.

Concluzie

Interfața senzorului și fabricarea PCBA pentru achiziția de date nu se referă în principal dacă un furnizor EMS poate plasa ADC sau lipi conectorul de intrare.

Este vorba despre faptul dacă producția păstrează calea de măsurare aprobată și poate dovedi partea din acea cale pentru care este responsabilă.

Începeți cu un singur canal.

Ce intră în el?

Ce componente îl modelează?

Ce trebuie să demonstreze producția?

Poate dispozitivul și sursa de referință să suporte acel test?

Ce se întâmplă dacă o componentă-critică de măsurare este reluată?

Și când materialele, firmware-ul, dispozitivele de fixare sau reviziile se schimbă, care modificări necesită o altă decizie de inginerie înainte de lansarea noii configurații?

Aceste întrebări separă o placă care se pornește doar de un PCBA de măsurare care poate fi construit în mod repetat în condiții controlate.

Echipele OEM pottransmite detaliile proiectuluicu lista de materiale disponibile, fișierele PCB, cerințele de senzor sau de intrare, informații despre firmware, cantități și așteptări de testare.

Pentru întrebări specifice-proiectului, contactați STHL lainfo@pcba-china.com.