為(wèi)什么测试您的产品与产品本身一样重要

2021-08-06

為(wèi)什么测试您的产品与产品本身一样重要

可(kě)测试性设计

電(diàn)子设计包含两部分(fēn)；设计本身和设计的可(kě)测试性。当然，专注于功能(néng)以及您的小(xiǎo)部件如何以无線(xiàn)方式提醒您的智能(néng)手机您脚臭的当前状态（专利申请中）很(hěn)有(yǒu)吸引力，但这只是成功的一半。

你制作的一个原型完美无缺，因為(wèi)你已经与它紧密结合了很(hěn)長(cháng)时间，你已经减轻了你可(kě)以在一个样本上看到的任何问题。

您对自己的原型很(hěn)满意，并希望将其提升到一个新(xīn)的水平，这样您就可(kě)以将一些原型交到朋友和家人的手中。假设您想制造 50 个单位，太棒了！

您决定最好自己制作前 50 个，这样您就可(kě)以制作出裸露的 PCB，購(gòu)买所有(yǒu)组件，然后就可(kě)以使用(yòng)焊台了。

您花(huā)了一整天的时间精心焊接所有(yǒu) 50 块 PCB 上的 0402 電(diàn)阻器、QFN 封装和芯片天線(xiàn)。看着所有(yǒu) 50 块组装好的電(diàn)路板，您知道在将它们发送给朋友和家人之前，需要对它们进行测试以确保它们能(néng)够正常工作。

幸运的是，您知道这即将到来，并且从一开始就考虑到了可(kě)测试性。参考设计的框图，您在设计的所有(yǒu)关键電(diàn)源和信号部分(fēn)添加了测试点，以便轻松进行探测或测试夹具接口（稍后将详细介绍）。

尽早测试，经常测试

许多(duō)制造商(shāng)都有(yǒu)内置流程，可(kě)确保正在制造的设计正是您提供的。在 PCB 制造过程中，有(yǒu)几个步骤可(kě)以减少任何缺陷。

PCBWay对整个过程有(yǒu)很(hěn)好的解释。

两个最重要的步骤是自动光學(xué)检测 (AOI) 和電(diàn)气测试。

AOI 将根据提供的艺术品目视检查设计，電(diàn)气测试将通过物(wù)理(lǐ)探测 PCB 来测试任何错误的开路或短路。

您会很(hěn)高兴您的 PCB 在组装之前经过了一系列测试。无论您是自己组装 PCB 还是依赖制造商(shāng)，重要的是要知道您的硬件是按照您的预期制造的。

如果您的制造商(shāng)组装了 PCB，他(tā)们通常会进行另一个检查过程以确保一切正常。执行另一个 AOI 以检查焊点、零件方向和任何其他(tā)缺陷。

有(yǒu)时，如果存在具有(yǒu)复杂封装的组件，例如 BGA，将执行自动 X 射線(xiàn) (AXI) 以确认零件下方的焊点是否完好。

测试什么

力量

显然，每种设计都有(yǒu)其独特的功能(néng)，但通常有(yǒu)一个共同点，那就是您的電(diàn)路板是如何供電(diàn)的。您需要确认您的设计获得了正确的電(diàn)压。如果您的電(diàn)压有(yǒu)误，那么设计的其余部分(fēn)就没有(yǒu)希望了，您需要在移动之前进行故障排除。

如果您的制造商(shāng)在他(tā)们花(huā)哨的自动化机器上做得很(hěn)好，那么您应该能(néng)够在不散发神奇烟雾的情况下為(wèi)您的電(diàn)路板供電(diàn)。如果烟雾消失，您的電(diàn)气问题就会变成热问题。你可(kě)以把它交给热工程师。

撇开玩笑不谈，使用(yòng)简单的万用(yòng)表进行一些初始探测，以确认设计中的所有(yǒu)電(diàn)压都测量出您期望的值，这将是确保设计的其余部分(fēn)正常运行的第一步。

微控制器、处理(lǐ)器等

大多(duō)数新(xīn)设计将包括某种大脑。微控制器很(hěn)便宜，可(kě)以做很(hěn)多(duō)很(hěn)棒的事情，但您还需要确保它们正常工作。

在某些时候需要使用(yòng)您的代码对裸微控制器进行编程。芯片制造商(shāng)甚至可(kě)以在将部件焊接到電(diàn)路板上之前完成此操作，但需要付费或额外的交货时间或两者兼而有(yǒu)之。但是，拥有(yǒu)一种使用(yòng)系统内编程器 (ISP) 进行编程的方法也很(hěn)重要。

对于初始单元，最好自己对它们进行编程，并在与電(diàn)路交互时使用(yòng) ISP 来调试可(kě)能(néng)出现的任何问题。

信号和传感器

大多(duō)数设计都会包含某种信号，无论它是作為(wèi)微控制器的输出生成的，还是来自某个传感器的。

在您的设计按预期工作之前，您很(hěn)可(kě)能(néng)需要对微控制器进行编程。假设您的微控制器已编程，并且正在与所有(yǒu)外围组件进行通信。

此时，您可(kě)以探测電(diàn)压電(diàn)平和波形、与按钮交互、检查 LED 是否正确点亮，并确认任何模拟電(diàn)压電(diàn)平都符合您的规格。

用(yòng)户界面

用(yòng)户不会关心设计的“幕后”发生了什么。他(tā)们肯定会关心按钮是否不起作用(yòng)或 LED 是否不像用(yòng)户手册所说的那样工作。

必须彻底测试所有(yǒu)面向用(yòng)户的组件。这包括按钮、LED、屏幕、電(diàn)容式触摸或用(yòng)户将与之交互的任何东西，以使您的产品為(wèi)他(tā)们服務(wù)。

如何测试

我恳请您参观一家生产与您推向市场的产品类似的产品的制造工厂。了解生产硬件产品的幕后没有(yǒu)更好的经验。

在您的设计阶段尽早这样做，因為(wèi)您可(kě)能(néng)会學(xué)到一些可(kě)以在以后节省时间和金钱的东西。

硬件學(xué)院的 某个人分(fēn)享了这段精彩的视频，视频中一位受欢迎的技术 YouTuber 走过制造工厂，详细介绍了生产智能(néng)手机所需的条件。

有(yǒu)专门的软件测试、相机质量控制、加速度计运动、对准、粘合、掉落的设备。惊人的 100+ 人将在出厂前触摸每部手机！

令人惊讶的是，这只是众多(duō)智能(néng)手机中的一款，而且每年都会更新(xīn)。

生产智能(néng)手机需要一小(xiǎo)部分(fēn)工程师和制造商(shāng)。您的产品可(kě)能(néng)没有(yǒu)那么复杂，但原则仍然成立。

生产任何东西的圣杯是将您的产品廉价、快速地送到客户手中，并确保它的高质量。实际上，要同时实现这三个目标几乎是不可(kě)能(néng)的。

测试计划

就像创建您想要设计的框图（设计前阶段）一样，最好记下设计中需要测试的所有(yǒu)内容。这使您可(kě)以了解全局，甚至可(kě)以集思广益地讨论如何测试某些内容。

测试计划也应该在设计阶段的早期完成。这将迫使您考虑需要在 PCB 上进行物(wù)理(lǐ)布局，以促进高效和稳健的测试。

测试点

您的测试计划应该告诉您需要将哪些测试点添加到您的设计中。测试点是您或测试夹具可(kě)以轻松探测以进行测量的 PCB 上的物(wù)理(lǐ)位置。

由于各种原因，您不想依赖于探测组件的引脚或焊盘。我喜欢让我的测试点直径為(wèi) 1 毫米，并将它们彼此间隔至少 2.54 毫米。

这為(wèi)手动或自动探测提供了足够的表面积和空间。我也倾向于将它们放在 PCB 的底部以便于访问。

PCB 背面的测试点示例

在系统编程

我在上一节中提到了 ISP，但有(yǒu)多(duō)种方法可(kě)以在您的设计中包含此接口。一些设计（例如 Arduino Uno）在板上焊接了一个 6 针接头，以便连接编程器。

这对开发板很(hěn)有(yǒu)好处，但您可(kě)能(néng)不希望在成品中增加连接器的成本。但是，您需要一种有(yǒu)效的方法来对每块電(diàn)路板进行编程，而无需每次都焊接或拆焊连接器。

我最喜欢的与系统内微控制器接口的方法之一是使用(yòng)Tag-Connect系统。板上没有(yǒu)额外的组件，占用(yòng)空间小(xiǎo)，可(kě)重复性高。我在所有(yǒu)需要编程的设计中都使用(yòng)了这个系统。如果我需要排除任何故障，我可(kě)以将電(diàn)缆连接到我的電(diàn)路板上。

测试夹具

对于较低数量的设计，您可(kě)能(néng)需要亲自手动测试每块電(diàn)路板。如果有(yǒu)人能(néng)帮助你，那就更好了。

确保你有(yǒu)一个健壮的测试计划，并且每个板子都遵循计划到 T。人类通常在可(kě)重复性方面很(hěn)差，人為(wèi)错误是真实的，请记住这一点。

另一种通常用(yòng)于较大数量的方法是设计和生产自动化测试夹具。

正如您在上面的智能(néng)手机制造视频中看到的那样，有(yǒu)几个专门的测试装置可(kě)以执行非常具體(tǐ)的任務(wù)。这些固定装置可(kě)以由您或制造商(shāng)设计，但成本很(hěn)高。

测试夹具本身就是一种产品。它可(kě)能(néng)不像您生产的产品那样华丽或美观，但它肯定可(kě)以是一个复杂的设计，如果不是更复杂的话。

建造

我见过由 3D 打印部件制成的测试夹具，我什至见过由 2x4 和胶合板制成的测试夹具。无论测试夹具是由什么制成的，最重要的方面是它的稳健性和可(kě)重复性。

最常见的是，测试夹具将涉及弹簧加载的针脚，有(yǒu)时称為(wèi)弹簧针，以及一种将被测单元（您的電(diàn)路板）夹在针脚上的方法。好的夹具将机械地将您的電(diàn)路板与引脚对齐，以获得最大的可(kě)重复性。

夹紧测试夹具示例

根据您希望生产的数量，最好从一次可(kě)以测试一块板的夹具开始。

如果您要生产大量产品，您可(kě)能(néng)会考虑测试整个電(diàn)路板面板，这会提高速度，但也会显着增加夹具的复杂性。

自动化為(wèi)王

除了与板上测试点接口的弹簧针之外，还有(yǒu)其他(tā)方面需要考虑，以使您的自动化测试尽可(kě)能(néng)可(kě)靠。

如果您的设计有(yǒu)按钮和 LED，有(yǒu)两种方法可(kě)以确认它们是否正常工作。

第一种方法是让操作员手动按下按钮并获得 LED 的视觉效果。按照你的测试计划，他(tā)们会知道什么时候按下它，以及電(diàn)路板是通过还是失败。

另一种方法是使该过程完全自动化。在我的一个测试装置中，我什至使用(yòng)两个螺線(xiàn)管来物(wù)理(lǐ)按下按钮以确保它们正常工作。还使用(yòng)了颜色传感器来确保 LED 的颜色正确。

这增加了设计的复杂性，但从長(cháng)遠(yuǎn)来看是有(yǒu)益的，因為(wèi)测试快速且可(kě)重复，将人类排除在外。

测试接口

通常情况下，测试装置需要在计算机上运行。计算机执行您编写的程序以执行必要的测试，告诉操作员您的電(diàn)路板是通过还是失败。

我测试夹具的方法是它应该对操作员尽可(kě)能(néng)简单。操作员应该能(néng)够按下按钮，让测试夹具执行所有(yǒu)测试，然后在测试结束时获得通过或失败指示。失败的板子放在一堆，通过的板子放在另一堆。

我几乎在所有(yǒu)测试装置中都使用(yòng)了 Raspberry Pi。它是一款紧凑型计算机，可(kě)通过具有(yǒu)所有(yǒu) GPIO、電(diàn)源和通信功能(néng)的接头轻松连接外围设备。

Linux 是首选的操作系统，如果它对Mars 足够好，那么它对于一个强大的测试装置来说已经绰绰有(yǒu)余了。

通常，会有(yǒu)一个接口板来扩展 Raspberry Pi 的功能(néng)，然后与您的被测单元 (UUT) 连接。

与 GPIO 交互的最简单方法是用(yòng) Python 编写测试夹具程序。库很(hěn)丰富，而且功能(néng)齐全。

提供您自己的计算机可(kě)以消除与您的制造商(shāng)的计算机可(kě)能(néng)使用(yòng)过时的操作系统的任何兼容性问题。然后，您可(kě)以在发货前正确设置電(diàn)脑。

包括您自己的计算机的另一个好处是能(néng)够遠(yuǎn)程更新(xīn)测试夹具或设置 Web 界面以实时获取测试数据。这将使您能(néng)够解决可(kě)能(néng)出现的任何问题。在制造商(shāng)端可(kě)能(néng)需要对网络进行一些配置，但这是值得的。

冗余

就像工程师在Contact 中所做的那样，您应该计划至少拥有(yǒu)两个相同的装置。

想象一下，您在海外制造，而您的单个测试夹具坏了。这会停止整个生产过程。您必须生产另一个并将其运送到您的工厂。哎呀。

在您的制造商(shāng)手中拥有(yǒu)两个测试夹具可(kě)以提高速度和效率，还可(kě)以降低生产突然停止的风险。

拥有(yǒu)第三个固定装置可(kě)能(néng)也有(yǒu)好处，您可(kě)以自己进行任何故障排除，这样您就可(kě)以与制造商(shāng)并行工作。

让它变得简单，让它变得显而易见

想象自己使用(yòng)测试夹具测试数千块板。您希望该过程尽可(kě)能(néng)高效，因為(wèi)在生产产品时，花(huā)时间测试劳动力成本的因素。

您希望能(néng)够按下一个明显的“开始”按钮来开始测试，并且您想要一个明显的通过或失败。不仅如此，您还想知道测试装置何时准备就绪以及何时进行。

我使用(yòng)了大绿色、红色和蓝色 LED 的组合来指示正在发生的事情。我什至听说过一些设计师将他(tā)们的测试夹具制作成游戏，或者在测试通过时在测试结束时添加叮当声。