為什么測試您的產品與產品本身一樣重要

2021-08-06

為什么測試您的產品與產品本身一樣重要

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，專注于功能以及您的小部件如何以無線方式提醒您的智能手機您腳臭的當前狀態（專利申請中）很有吸引力，但這只是成功的一半。

你制作的一個原型完美無缺，因為你已經與它緊密結合了很長時間，你已經減輕了你可以在一個樣本上看到的任何問題。

您對自己的原型很滿意，并希望將其提升到一個新的水平，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 個單位，太棒了！

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

您花了一整天的時間精心焊接所有 50 塊 PCB 上的 0402 電阻器、QFN 封裝和芯片天線?？粗?span> 50 塊組裝好的電路板，您知道在將它們發送給朋友和家人之前，需要對它們進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，并且從一開始就考慮到了可測試性。參考設計的框圖，您在設計的所有關鍵電源和信號部分添加了測試點，以便輕松進行探測或測試夾具接口（稍后將詳細介紹）。

盡早測試，經常測試

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 制造過程中，有幾個步驟可以減少任何缺陷。

PCBWay對整個過程有很好的解釋。

兩個最重要的步驟是自動光學檢測 (AOI) 和電氣測試。

AOI 將根據提供的藝術品目視檢查設計，電氣測試將通過物理探測 PCB 來測試任何錯誤的開路或短路。

您會很高興您的 PCB 在組裝之前經過了一系列測試。無論您是自己組裝 PCB 還是依賴制造商，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，他們通常會進行另一個檢查過程以確保一切正常。執行另一個 AOI 以檢查焊點、零件方向和任何其他缺陷。

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

測試什么

力量

顯然，每種設計都有其獨特的功能，但通常有一個共同點，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有希望了，您需要在移動之前進行故障排除。

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

撇開玩笑不談，使用簡單的萬用表進行一些初始探測，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。

在某些時候需要使用您的代碼對裸微控制器進行編程。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間或兩者兼而有之。但是，擁有一種使用系統內編程器 (ISP) 進行編程的方法也很重要。

對于初始單元，最好自己對它們進行編程，并在與電路交互時使用 ISP 來調試可能出現的任何問題。

信號和傳感器

大多數設計都會包含某種信號，無論它是作為微控制器的輸出生成的，還是來自某個傳感器的。

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行通信。

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

用戶界面

用戶不會關心設計的“幕后”發生了什么。他們肯定會關心按鈕是否不起作用或 LED 是否不像用戶手冊所說的那樣工作。

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

如何測試

我懇請您參觀一家生產與您推向市場的產品類似的產品的制造工廠。了解生產硬件產品的幕后沒有更好的經驗。

在您的設計階段盡早這樣做，因為您可能會學到一些可以在以后節省時間和金錢的東西。

硬件學院的 某個人分享了這段精彩的視頻，視頻中一位受歡迎的技術 YouTuber 走過制造工廠，詳細介紹了生產智能手機所需的條件。

有專門的軟件測試、相機質量控制、加速度計運動、對準、粘合、掉落的設備。驚人的 100+ 人將在出廠前觸摸每部手機！

令人驚訝的是，這只是眾多智能手機中的一款，而且每年都會更新。

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

生產任何東西的圣杯是將您的產品廉價、快速地送到客戶手中，并確保它的高質量。實際上，要同時實現這三個目標幾乎是不可能的。

測試計劃

就像創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 上進行物理布局，以促進高效和穩健的測試。

測試點

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

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

這為手動或自動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 的底部以便于訪問。

PCB 背面的測試點示例

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 6 針接頭，以便連接編程器。

這對開發板很有好處，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對每塊電路板進行編程，而無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。

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

另一種通常用于較大數量的方法是設計和生產自動化測試夾具。

正如您在上面的智能手機制造視頻中看到的那樣，有幾個專門的測試裝置可以執行非常具體的任務。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品。它可能不像您生產的產品那樣華麗或美觀，但它肯定可以是一個復雜的設計，如果不是更復雜的話。

建造

我見過由 3D 打印部件制成的測試夾具，我什至見過由 2x4 和膠合板制成的測試夾具。無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。

最常見的是，測試夾具將涉及彈簧加載的針腳，有時稱為彈簧針，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

根據您希望生產的數量，最好從一次可以測試一塊板的夾具開始。

如果您要生產大量產品，您可能會考慮測試整個電路板面板，這會提高速度，但也會顯著增加夾具的復雜性。

自動化為王

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

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按下按鈕并獲得 LED 的視覺效果。按照你的測試計劃，他們會知道什么時候按下它，以及電路板是通過還是失敗。

另一種方法是使該過程完全自動化。在我的一個測試裝置中，我什至使用兩個螺線管來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確保 LED 的顏色正確。

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

測試接口

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

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

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，那么它對于一個強大的測試裝置來說已經綽綽有余了。

通常，會有一個接口板來擴展 Raspberry Pi 的功能，然后與您的被測單元 (UUT) 連接。

與 GPIO 交互的最簡單方法是用 Python 編寫測試夾具程序。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時的操作系統的任何兼容性問題。然后，您可以在發貨前正確設置電腦。

包括您自己的計算機的另一個好處是能夠遠程更新測試夾具或設置 Web 界面以實時獲取測試數據。這將使您能夠解決可能出現的任何問題。在制造商端可能需要對網絡進行一些配置，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相同的裝置。

想象一下，您在海外制造，而您的單個測試夾具壞了。這會停止整個生產過程。您必須生產另一個并將其運送到您的工廠。哎呀。

在您的制造商手中擁有兩個測試夾具可以提高速度和效率，還可以降低生產突然停止的風險。

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

讓它變得簡單，讓它變得顯而易見

想象自己使用測試夾具測試數千塊板。您希望該過程盡可能高效，因為在生產產品時，花時間測試勞動力成本的因素。

您希望能夠按下一個明顯的“開始”按鈕來開始測試，并且您想要一個明顯的通過或失敗。不僅如此，您還想知道測試裝置何時準備就緒以及何時進行。

我使用了大綠色、紅色和藍色 LED 的組合來指示正在發生的事情。我什至聽說過一些設計師將他們的測試夾具制作成游戲，或者在測試通過時在測試結束時添加叮當聲。