Vad är viktigt vid tillverkning av sensorgränssnitt och datainsamlings-PCBA?

Översikt

En datainsamlingskort kan monteras korrekt och ändå leverera dålig mätprestanda.

Lödfogarna kan vara acceptabla. Den fasta programvaran kan starta. ADC kan returnera nummer. Ingen av dessa fakta bevisar i sig att styrelsen bevarar signalen som produkten var designad för att mäta.

För datainsamlings-PCBA-tillverkning är produktionsmålet inte bara att bygga ett kort som slår på. Det är för att bevara den godkända mätvägen från sensoringången genom signalkonditionering och konvertering, hålla hårdvaru- och firmwarekonfigurationen i linje med varandra och verifiera de funktioner som produktionen ansvarar för.

En enkel tillståndsövervakningsmodul- och en flerkanalig instrumenterings-PCBA kan båda hämta sensordata, men de behöver inte automatiskt samma inköpskontroller, rengöringsprocess, kalibreringsmetod, fixtur eller produktionstest.

Tillverkningsplanen ska följa mätkravet.

Börja vid anslutningen, inte vid SMT-linjen

När du granskar ett sensor-gränssnitt eller data{1}}insamlings-PCBA är det ofta mer användbart att börja med en mätkanal än med monteringsprocessen.

Välj punkten där den verkliga-världssignalen kommer in på brädan. Följ sedan den kanalen tills produkten producerar användbar data.

Inte varje bräda innehåller varje block.

Det är just därför en generisk industriell PCBA-checklista sällan räcker för den här typen av projekt.

Den första användbara frågan är inte:

Hur många bitar är ADC?

Det är:

Vad måste den här kanalen egentligen mäta?

Ett sensor-gränssnittskort kan ta emot en konditionerad spänning, en strömslinga, en bryggsensor, en temperaturingång, en vibrationssignal, en tryckgivare eller en annan fältsignal.

Dessa ingångar kan leda till mycket olika beslut kring förstärkning, skydd, isolering, teststimulans och kalibrering.

Innan funktionell-testplanering bör OEM- och EMS-teamet vara tydliga på punkter som:

• sensor eller signaltyp;
• relevant ingångsområde;
• kanalkartläggning;
• enkel-slutad eller differentiell inmatning;
• sensorexcitering där tillämpligt;
• isoleringskrav där tillämpligt;
• normala och feltillstånd produktion måste verifiera;
• om produktionen visar på bassvar eller ett definierat mätresultat.

"Den läser sensorn" är inte ett körbart produktionskrav.

En tekniker kan veta var kabeln ska anslutas och har fortfarande ingen aning om vad testet ska bevisa.

Vilken produktion måste bevaras

När signalvägen väl är förstådd blir tillverkningsfrågan mer konkret:

Vilka delar av den släppta designen måste hållas under kontroll för att den mätvägen ska förbli giltig?

Delarna som faktiskt påverkar mätningen

Inte varje komponent förtjänar samma substitutionsregel.

På ett sensorgränssnitt eller instrumenterings-PCBA kan vissa delar direkt påverka mätbeteendet.

Beroende på kretsen kan de inkludera:

• ADC:er;
• spänningsreferenser;
• instrumenterings- eller operationsförstärkare;
• analoga multiplexorer;
• förstärknings-inställning eller precisionsmotståndsnätverk;
• signal-sökvägsfilterkomponenter;
• isoleringsanordningar;
• indata-skyddsenheter.

Ett alternativ som matchar paketet och fotavtrycket är inte automatiskt likvärdigt.

Offset, drift, brus, förspänningsström, bandbredd, sedimenteringsbeteende, läckage, referensegenskaper eller ingångskapacitans kan ha betydelse i en viss krets.

De flesta stycklistor behöver inte den nivån av granskning. Den snävare godkännandegränsen hör till komponenter som väsentligt kan förändra mätvägen.

Att byta ut en statuslysdiod och byta ut spänningsreferensen som matar en ADC är båda styckliständringar.

De är inte samma tekniska beslut.

För inköp och upprepad produktion är den distinktionen viktigare än att bara ha ett andra artikelnummer tillgängligt.

Där EMS-leverantören ska sluta

Jordning, retur-strömbeteende, filterdesign, skyddstopologi, referensrouting och ADC-enhetsförhållanden hör i första hand till den elektriska designen.

En bra monteringsprocess kan inte reparera en instabil signalkedja.

Produktionen ska inte heller i det tysta göra om en.

När tillverkning eller testförberedelse avslöjar en oro, är den normala vägen att ta upp den för teknisk granskning snarare än att improvisera en ny analog arkitektur på fabriksgolvet.

Tillverkningskontroll har ett annat jobb:

• använda de godkända PCB- och BOM-revisionerna;
• installera korrekta komponentvärden och godkända alternativ;
• upprätthålla monteringskraven;
• ladda rätt firmware;
• kontrollera godkända avvikelser;
• hantera omarbetning;
• utföra det godkända produktionstestet.

Tillverkningskontroll och analog kretsdesign är relaterade, men de är inte samma ansvar.

Om en djupare analog designgranskning är en del av leverantörens omfattning bör detta avtalas separat.

När monteringsförhållanden blir elektriska förhållanden

Många sensor-gränssnittsproblem ser inte ut som problem med utförande.

AOI kan bekräfta att en förstärkare finns och är korrekt orienterad. Det kan inte bevisa att kanalförstärkningen är korrekt.

Röntgen kan hjälpa till att utvärdera dolda lödfogar. Det kan inte bevisa att den sammansatta signalkedjan uppfyller det erforderliga mätbeteendet.

En PCBA kan starta och kommunicera medan:

• fel precisionskomponent är installerad;
• två kanaler är felaktigt mappade i firmware;
• en godkänd suppleant påverkar en känslig ingång;
• kontaminering påverkar en nod med hög-impedans;
• ett -kritiskt mätområde har omarbetats;
• produktionstestet tillämpar aldrig det villkor som skulle avslöja problemet.

Besiktningen säger dig något om bygget.

Mätverifiering säger dig något annat.

Den ena bör inte användas som ersättning för den andra.

Renlighet

För många sensor-PCBA är den normala godkända monteringsprocessen helt tillräcklig.

Vid den höga-impedansen eller mycket-låga-strömänden av spektrumet kan yttillståndet bli en del av det elektriska problemet.

Fluxrester, fukt, hanteringskontamination eller annan ytförorening kan skapa läckagevägar som är viktiga i känsliga kretsar.

De flesta datainsamlingskort behöver ingen speciell rengöringsväg bara för att de innehåller analoga kretsar.

Frågan är om den specifika mätvägen är tillräckligt känslig för att yttillståndet måste kontrolleras som ett elektriskt krav.

Om så är fallet bör projektet definiera lämpligt villkor för rengöring, hantering, verifiering eller acceptans.

Om det inte är det, ökar extra bearbetning kostnaden utan att lösa ett verkligt krav.

Isolering

Industriella sensorsystem använder ofta galvanisk isolering.

Många gör det inte.

Där isolering är en del av den godkända arkitekturen kan tillverkningen behöva bibehålla krav kring:

• isoleringskomponenter;
• isoleringsbarriären;
• krypning och röjning;
• monteringsskick;
• kund-definierad elektrisk verifiering.

Ett icke-isolerat datainsamlingskort behöver inte ett dielektriskt-motståndstest bara för att ett annat industriprojekt använder ett.

Styrningen ska följa den elektriska arkitekturen, inte branschmärkningen.

Ett GOD-resultat är bara lika bra som testet bakom det

När styrelsen väl är sammansatt ändras frågan.

Produktionen måste nu bevisa att kanalen beter sig som avsett.

Ett sensor-gränssnittskort kan klara ett funktionstest medan själva testet visar väldigt lite.

Överväg en instruktion som:

Lägg på en signal och kontrollera att avläsningen ändras.

Det kan bevisa att vägen är levande.

Det bevisar inte nödvändigtvis korrekt förstärkning, kanalmappning, offset, avstånd, kalibrering eller något annat mätkrav.

Produktionstestet bör återspegla vad OEM verkligen behöver verifieras.

FCT och kalibrering är olika jobb

Funktionstestning och kalibrering kan ske på samma station, men de svarar på olika frågor.

Funktionstestning frågar om det monterade kortet utför de funktioner som definieras i produktionstestproceduren.

Kalibrering fastställer förhållandet mellan en känd referens och det värde som rapporteras av produkten.

Justering eller korrigering, där så krävs, är ett separat steg.

Vissa datainsamlings-PCBA kräver kalibrering per-enhet. Andra gör det inte.

Om kalibrering är en del av produktionen kan processen behöva definiera:

• referensstimulans;
• referensutrustning;
• tillämpliga kanaler;
• firmware eller programvaruversion;
• koefficient eller justeringsmetod;
• acceptansgränser;
• där kalibreringsdata lagras;
• vad som händer efter omarbetning eller omprogrammering;
• hur den resulterande posten är associerad med enheten eller batchen.

En ADC med hög-upplösning skapar inte i sig ett krav på produktionskalibrering.

Att kalla en funktionskontroll för "kalibrering" gör den inte heller till en.

Testa produktkravet, inte ADC-databladet

ADC är en del av en större signalkedja.

Den slutliga mätningen kan också bero på ingångssteg, förstärkare, referens, filter, skyddsnätverk, strömförsörjning, PCB-layout, firmware och kalibreringsstrategi.

Produktionsgränser bör därför komma från det godkända produktkravet, inte bara från uttalanden som:

16-bitars ADC

eller:

24-bitars omvandlare.

För en bräda kan det vara tillräckligt att applicera en definierad sensorstimulus och bekräfta det förväntade svaret.

För en annan kan produktionen behöva flera kontrollerade indatapunkter, kanal-specifika gränser, en kalibrerad källa eller kund-tillförd programvara.

En användbar recensionsfråga är:

Vilket misslyckande skulle detta test faktiskt fånga?

Om ingen kan svara tydligt på det, ger en grön PASS-indikator inte mycket ingenjörsförtroende.

Testinställningen är en del av mätningen

PCBA är inte det enda i den elektriska vägen under produktionstestning.

Inställningen kan innehålla:

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

Beroende på signalen som mäts kan kontaktresistans, jordning, skärmning, läckage, kabeldragning, kopplingsbeteende eller vanliga instrumentvariationer påverka resultatet.

Ett enkelt industriellt spännings-ingångskort behöver inte samma fixturdisciplin som en mätkanal med mycket hög-impedans eller låg-nivå.

Men fixturen ska inte automatiskt behandlas som elektriskt osynlig.

Det finns också en praktisk gräns för vad en station kan genomdriva.

Om normal variation i referenskällan, fixturen, kabeln, kontakter och mätutrustning är tillräckligt stor för att suddra den specificerade gränsen för godkänd/underkänd, kommer stationen att ha svårt att separera ett marginalkort från normal testsystemvariation.

Det betyder inte att varje DAQ-projekt behöver ett mätlaboratorium på produktionsgolvet.

Det betyder att testsystemet måste kunna fatta det beslut som tilldelats det.

Detta är mycket lättare att ta itu med under DFT och NPI än efter att förment bra kort börjar misslyckas periodvis vid sluttestet.

En gyllene enhet är användbar, men den är inte automatiskt en kalibreringsstandard

En känd-bra enhet kan vara extremt användbar i produktionen.

Det kan hjälpa:

• kontrollera fixturens funktion;
• korrelera teststationer;
• felsöka oväntade fel;
• bekräfta mjukvara eller konfigurationsändringar;
• verifiera att en testinstallation fortfarande fungerar som förväntat.

Det gör inte automatiskt enheten till en kalibreringsreferens.

PCBA själv har komponenttoleranser, mätfel, konfigurationshistorik och åldrande.

Om en gyllene enhet är avsedd att fungera som en del av mätnings- eller kalibreringsstandarden, bör den rollen uttryckligen definieras och kontrolleras.

Annars, håll distinktionen tydlig:

En känd-bra enhet hjälper till att bekräfta produktionsinställningen.

En känd referens fastställer mätvärdet.

Det är relaterade jobb, inte identiska.

Teknisk karakterisering är inte rutinmässig produktionstestning

Under utvecklingen kan ingenjören ägna timmar åt att karakterisera en bräda.

Det arbetet kan innefatta:

• bulleranalys;
• förstärknings- och linjäritetskontroller;
• kanal-till-kanaljämförelse;
• temperaturbeteende;
• vanligt-lägesbeteende;
• miljötestning;
• detaljerade oscilloskop eller spektrummätningar.

Dessa resultat kan vara värdefulla.

De hör inte automatiskt hemma i testcykeln för varje produktionsenhet.

Teknisk karakterisering frågar:

Vad kan den här designen göra under de förhållanden som är viktiga?

Produktionstestning frågar:

Klarade denna tillverkade enhet eller batch de kontroller som krävs för frisläppning?

Använd teknisk karakterisering för att bestämma vad produktionen måste styra.

Kopiera inte bara utvecklingsbänken till produktionslinjen.

Det första bygget är inte det svåra

En fungerande prototyp bevisar att designen kan fungera.

Upprepad produktion ställer en svårare fråga:

Kan det godkända mätbeteendet överleva kontrollerade tillverkningsförändringar?

Det är där konfiguration, omarbetning, komponentförsörjning, firmware, fixturer och testrevisioner börjar spela roll som ett system.

Håll hårdvara, firmware, kalibrering och test på en baslinje

Datainsamlingsprodukter passerar ofta hård-/mjukvarugränsen.

Firmware kan påverka:

• kanalval;
• få;
• sensorkonfiguration;
• provtagning;
• digital filtrering;
• offset korrigering;
• kalibreringskoefficienter;
• enhetsspecifika-data.

En fysiskt korrekt PCBA kan fortfarande rapportera fel mätning om fel konfiguration laddas.

Beroende på projektet kan produktionsbaslinjen inkludera:

PCB-revision + BOM-revision + firmware-revision + kalibreringsmetod + testrevision

Operatören ska inte behöva bestämma vilken firmwarebild eller koefficientfil som "ser rätt ut" för ett visst kort.

Dessa beslut hör uppströms i konfigurationskontrollen.

Omarbeta Ändrar frågan

Att byta ut en skadad kontakt kan kräva en nivå av verifiering.

Att ersätta en spänningsreferens, förstärknings-inställningsnätverk, front-förstärkare eller annan mätningskritisk-komponent kan kräva en annan.

Ingen av dessa allmänna regler är särskilt användbara:

Varje omarbetad DAQ-kort måste omkalibreras.

Ett sista PASS räcker efter varje reparation.

En bättre fråga är om omarbetningen rörde en komponent eller signal-kedjesteg som kan påverka det godkända mätkravet.

Om den gjorde det, bör lämplig omtestning, kalibrering eller teknisk granskning följa.

Vad händer på nästa bygg?

Senare produktion kan introducera:

• ett nytt materialparti;
• en godkänd suppleant;
• en PCB-revision;
• en firmware-uppdatering;
• en ersättningsfixtur;
• omarbetning;
• en ändrad kalibreringsmetod;
• en annan komponentkälla.

Inte varje förändring kräver fullständig produktkvalificering.

Men en förändring som berör mätvägen bör inte försvinna inuti en vanlig produktionsuppdatering.

Anta att en andra-källförstärkare föreslås.

Tillverkningsfrågan är:

Kan vi hämta och sätta ihop det?

Produktfrågan är:

Håller det godkända måttkravet fortfarande?

EMS-leverantören kan hantera den som-byggda konfigurationen och flagga ändringen.

OEM-ingenjörsteamet ska normalt äga prestandagodkännandet om inte annat ansvar har överenskommits.

Det gör att inköpsflexibilitet i tysthet inte blir produktomformning.

Kvalificering är inte rutinmässig screening

Industriell sensorutrustning kan utformas för extrema temperaturer, vibrationer, fukt, elektriskt bullriga maskiner eller andra krävande miljöer.

De förutsättningarna har betydelse.

Men ett kvalifikationstest blir inte automatiskt ett produktions-screeningskrav.

Ett projekt kan använda temperaturcykler under designvalidering.

En annan kan kräva vald produktionsscreening.

En tredje kan endast kräva ett definierat funktionstest under normala fabriksförhållanden.

Tillverkningsplanen bör följa det godkända kravet.

Att kopiera varje miljötest från produktkvalificering till rutinproduktion är inte automatiskt mer rigoröst. Ibland är det helt enkelt onödigt.

Inte alla sensorkort förtjänar samma process

"Sensor interface PCBA" täcker ett brett utbud av produkter.

Ett kort som läser av en digital sensor och rapporterar ett tröskelvärde behöver inte tillverkningsplanen för ett flerkanaligt mätinstrument.

En enkel övervakningsenhet behöver kanske inte:

• per-enhetskalibrering;
• speciell rengöring;
• djup analog karaktärisering;
• individuella mätposter;
• miljöscreening.

I andra änden av spektrumet kan en instrumenterings-PCBA bry sig mycket om låg-ingångar, drift, kanalmatchning, isolering, referensstabilitet, kalibrering och repeterbarhet.

Att kalla varje bräda "hög precision" skapar kostnader utan att kraven förbättras.

Att behandla varje sensorkort som en vanlig digital styrenhet kan dölja verkliga risker.

Den användbara frågan är inte:

Vilken är den mest rigorösa processen vi kan tillämpa?

Det är:

Vad behöver denna produkt egentligen produktionen för att kontrollera?

 

Kantbehandling åtgärdar inte dåliga indata

Fler tillståndsövervakningssystem-bearbetar nu data närmare maskinen, men det minskar inte vikten av förvärvsvägen. Programvaran kan bara fungera med den data den tar emot.

Om en indata klipps, fel kalibreringsfil laddas eller en{0}}mätningskritisk komponent ändras utan nödvändigt godkännande, startar nedströmsanalys med komprometterad data.

Vad jag skulle vilja ha definierat före produktionssläpp

Innan jag släpper ett sensor-gränssnitt eller data-insamlings-PCBA till upprepad produktion, skulle jag vilja ha tydliga svar på dessa frågor.

Vad kommer in i kanalen?

Definiera sensorn eller signaltypen och sortimentet som produktionen behöver förstå.

Vilket resultat är produktionen ansvarig för att bevisa?

Grundläggande detektering, tröskelsvar, mätvärde, kanalbeteende, kalibrering eller något annat?

Vilka stycklistor är mätnings-kritiska?

Identifiera komponenterna där substitution kräver ytterligare teknisk kontroll.

Är renlighet eller isolering särskilda krav för denna design?

Utgå från dem. Lämna dem inte odefinierade när de betyder något.

Vilken hårdvara, firmware, kalibrering och testversioner hör ihop?

Ge produktionen en godkänd baslinje.

Vilka kända stimulanser och testinställningar behövs?

Definiera ingångskällan, fixturen, kabeln, programvaran, referensutrustningen och PASS/FAIL-logiken där tillämpligt.

Vilka förändringar kräver ytterligare ett tekniskt beslut?

Ställ in gränsen för alternativa, revisioner, omarbetningar, kalibreringsändringar och testuppdateringar.

Om dessa svar är tydliga kan ett tekniskt sofistikerat datainsamlingskort fortfarande vara enkelt att tillverka.

Om de är vaga, löser det underliggande problemet sällan det underliggande problemet att lägga till mer inspektion efter montering.

Där STHL passar in i projektet

Shenzhen STHL Technology Co., Ltd. (STHL) stöder industriella PCBA- och EMS-applikationer som inkluderar industriella sensorgränssnittskort, sensorgränssnitt som används i automationslinjer och industriella instrument.

För köpare som utvärderar denna typ av projekt, STHL:sIndustriella EMS-lösningarsida ger ett bredare bransch- och projektsammanhang.

Tillverkningsomfånget kan inkludera PCB-montering, komponentförsörjning, inspektion, programmering, funktionstestning och andra-projektspecifika krav enligt den faktiska konstruktionen.

För ett sensor-gränssnitt eller data{1}}insamlingsprojekt bör den exakta mätnoggrannheten, kalibreringsprocessen, fixturen, renhetskraven, isoleringskraven, miljövalidering, teststimulans och acceptansgränser fortfarande bekräftas för det enskilda projektet i stället för att härledas från industrietiketten.

Slutsats

Sensorgränssnitt och datainsamling PCBA-tillverkning handlar inte huvudsakligen om huruvida en EMS-leverantör kan placera ADC eller löda ingångskontakten.

Det handlar om huruvida produktionen bevarar den godkända mätvägen och kan bevisa den del av den vägen den ansvarar för.

Börja med en kanal.

Vad kommer in i den?

Vilka komponenter formar den?

Vad behöver produktionen bevisa?

Kan fixturen och referenskällan stödja det testet?

Vad händer om en-mätningskritisk komponent omarbetas?

Och när material, firmware, fixturer eller revisioner ändras, vilka ändringar behöver ytterligare ett tekniskt beslut innan den nya konfigurationen släpps?

Dessa frågor skiljer ett kort som bara slås på från en mät-PCBA som kan byggas upprepade gånger under kontrollerade förhållanden.

OEM-team kanlämna in projektinformationmed tillgängliga stycklistor, PCB-filer, sensor- eller indatakrav, firmwareinformation, kvantiteter och testförväntningar.

För projektspecifika frågor, kontakta STHL påinfo@pcba-china.com.