Qu'est-ce qui est important dans la fabrication de PCBA d'interface de capteur et d'acquisition de données ?

Aperçu

Une carte d'acquisition de données peut être assemblée correctement et néanmoins fournir des performances de mesure médiocres.

Les joints de soudure peuvent être acceptables. Le firmware peut démarrer. L'ADC peut renvoyer des nombres. Aucun de ces faits, à lui seul, ne prouve que la carte préserve le signal pour lequel le produit a été conçu.

Pour la fabrication de PCBA d'acquisition de données, l'objectif de production n'est pas simplement de construire une carte qui s'allume. Il s'agit de préserver le chemin de mesure approuvé depuis l'entrée du capteur jusqu'au conditionnement et à la conversion du signal, de maintenir la configuration matérielle et micrologicielle alignée et de vérifier les fonctions dont la production est responsable.

Un simple module de surveillance des conditions-et une PCBA d'instrumentation multicanal peuvent tous deux acquérir des données de capteur, mais ils ne nécessitent pas automatiquement les mêmes contrôles d'approvisionnement, processus de nettoyage, méthode d'étalonnage, montage ou test de production.

Le plan de fabrication doit respecter les exigences de mesure.

Commencez par le connecteur, pas par la ligne SMT

Lors de l'examen d'une-interface de capteur ou d'un PCBA-d'acquisition de données, il est souvent plus utile de commencer par un seul canal de mesure plutôt que par le processus d'assemblage.

Choisissez le point où le signal-du monde réel entre sur la carte. Suivez ensuite ce canal jusqu'à ce que le produit produise des données utilisables.

Tous les tableaux ne contiennent pas tous les blocs.

C'est exactement pourquoi une liste de contrôle générique des PCBA industriels est rarement suffisante pour ce type de projet.

La première question utile n’est pas :

Combien de bits fait l’ADC ?

C'est:

Que doit réellement mesurer ce canal ?

Une carte d'interface de capteur-peut recevoir une tension conditionnée, une boucle de courant, un capteur en pont, une entrée de température, un signal de vibration, un transducteur de pression ou un autre signal de champ.

Ces entrées peuvent conduire à des décisions très différentes concernant le gain, la protection, l’isolement, le stimulus de test et l’étalonnage.

Avant de planifier les tests fonctionnels-, l'équipe OEM et EMS doit être claire sur des points tels que :

• type de capteur ou de signal ;
• plage d'entrée pertinente ;
• cartographie des canaux ;
• entrée asymétrique-ou différentielle ;
• excitation du capteur le cas échéant ;
• les exigences d'isolement, le cas échéant ;
• les conditions normales et les défauts que la production doit vérifier ;
• si la production prouve une réponse de base ou un résultat de mesure défini.

"Il lit le capteur" n'est pas une exigence de production exécutable.

Un technicien peut savoir où connecter le câble sans avoir la moindre idée de ce que le test est censé prouver.

Ce que la production doit préserver

Une fois le chemin du signal compris, la question de fabrication devient plus concrète :

Quelles parties de la conception publiée doivent rester contrôlées pour que ce chemin de mesure reste valide ?

Les parties qui affectent réellement la mesure

Tous les composants ne méritent pas la même règle de substitution.

Sur une interface de capteur ou un PCBA d'instrumentation, certaines pièces peuvent influencer directement le comportement de mesure.

Selon le circuit, ils peuvent comprendre :

• ADC ;
• références de tension ;
• instrumentation ou amplificateurs opérationnels ;
• multiplexeurs analogiques;
• gain-des réseaux de résistances de réglage ou de précision ;
• composants de filtre de chemin de signal- ;
• dispositifs d'isolement;
• d'entrée-dispositifs de protection.

Une alternative qui correspond au package et à l’empreinte n’est pas automatiquement équivalente.

Le décalage, la dérive, le bruit, le courant de polarisation, la bande passante, le comportement de stabilisation, les fuites, les caractéristiques de référence ou la capacité d'entrée peuvent avoir une importance dans un circuit particulier.

La plupart des lignes de nomenclature n'auront pas besoin de ce niveau de révision. La limite d'approbation plus stricte concerne les composants susceptibles de modifier sensiblement le chemin de mesure.

Le remplacement d'une LED d'état et le remplacement de la référence de tension alimentant un CAN sont tous deux des changements dans la nomenclature.

Ce n’est pas la même décision technique.

Pour l’approvisionnement et la production répétée, cette distinction compte plus que la simple disponibilité d’un deuxième numéro de pièce.

Où le fournisseur EMS devrait s'arrêter

La mise à la terre, le comportement du courant de retour, la conception du filtre, la topologie de protection, le routage de référence et les conditions de pilotage du CAN appartiennent principalement à la conception électrique.

Un bon processus d'assemblage ne peut pas réparer une chaîne de signaux instable.

La production ne devrait pas non plus en repenser un en silence.

Lorsque la fabrication ou la préparation des tests révèlent un problème, la voie normale consiste à le soumettre à un examen technique plutôt que d'improviser une nouvelle architecture analogique en usine.

Le contrôle de fabrication a un autre rôle :

• utiliser les révisions approuvées du PCB et de la nomenclature ;
• installer les valeurs correctes des composants et les alternatives approuvées ;
• maintenir les exigences d’assemblage ;
• chargez le firmware correct ;
• contrôler les écarts approuvés ;
• gérer les retouches ;
• exécuter le test de production approuvé.

L'examen de la fabricabilité et la conception des circuits analogiques sont liés, mais ils ne relèvent pas de la même responsabilité.

Si une révision plus approfondie de la conception analogique fait partie de la portée du fournisseur, cela doit être convenu séparément.

Quand les conditions d’assemblage deviennent des conditions électriques

De nombreux problèmes d'interface-de capteurs ne ressemblent pas à des problèmes de fabrication.

AOI peut confirmer qu'un amplificateur est présent et correctement orienté. Il ne peut pas prouver que le gain du canal est correct.

Les rayons X- peuvent aider à évaluer les joints de soudure cachés. Il ne peut pas prouver que la chaîne de signaux assemblée répond au comportement de mesure requis.

Un PCBA peut se mettre sous tension et communiquer pendant :

• le mauvais composant de précision est installé ;
• deux canaux sont mal mappés dans le micrologiciel ;
• un remplacement approuvé affecte une entrée sensible ;
• la contamination influence un nœud à haute-impédance ;
• une zone critique de mesure-a été retravaillée ;
• le test de production n'applique jamais la condition qui exposerait le problème.

L'inspection vous dit quelque chose sur la construction.

La vérification des mesures vous dit quelque chose de différent.

L’un ne doit pas se substituer à l’autre.

Propreté

Pour de nombreux PCBA de capteurs, le processus d'assemblage normal approuvé est tout à fait adéquat.

À l'extrémité du spectre à haute-impédance ou à très-courant faible-courant, l'état de la surface peut devenir une partie du problème électrique.

Les résidus de flux, l'humidité, la contamination liée à la manipulation ou toute autre contamination de surface peuvent créer des chemins de fuite importants dans les circuits sensibles.

La plupart des cartes d'acquisition de données ne nécessitent pas de nettoyage spécial simplement parce qu'elles contiennent des circuits analogiques.

La question est de savoir si le chemin de mesure particulier est suffisamment sensible pour que l'état de la surface doive être contrôlé en tant qu'exigence électrique.

Si tel est le cas, le projet doit définir les conditions appropriées de nettoyage, de manipulation, de vérification ou d’acceptation.

Si ce n’est pas le cas, un traitement supplémentaire ajoute des coûts sans répondre à un besoin réel.

Isolement

Les systèmes de capteurs industriels utilisent souvent une isolation galvanique.

Beaucoup ne le font pas.

Lorsque l’isolation fait partie de l’architecture approuvée, la fabrication devra peut-être préserver les exigences concernant :

• composants d'isolation;
• la barrière d'isolement ;
• ligne de fuite et jeu ;
• état de montage ;
• vérification électrique-définie par le client.

Une carte d'acquisition de données non-isolée n'a pas besoin d'un test de tenue diélectrique-simplement parce qu'un autre projet industriel en utilise un.

Le contrôle doit suivre l'architecture électrique et non l'étiquette industrielle.

Un résultat PASS est aussi bon que le test qui le sous-tend

Une fois le conseil constitué, la question change.

La production doit désormais prouver que la chaîne se comporte comme prévu.

Une carte d'interface de capteur-peut réussir un test fonctionnel alors que le test lui-même ne prouve que très peu de choses.

Considérons une instruction telle que :

Appliquez un signal et vérifiez que la lecture change.

Cela pourrait prouver que le chemin est vivant.

Cela ne prouve pas nécessairement l'exactitude du gain, du mappage de canal, du décalage, de la plage, de l'étalonnage ou de toute autre exigence de mesure.

Le test de production doit refléter ce que l’OEM a réellement besoin de vérifier.

FCT et étalonnage sont des tâches différentes

Les tests fonctionnels et l'étalonnage peuvent avoir lieu dans la même station, mais ils répondent à des questions différentes.

Les tests fonctionnels demandent si la carte assemblée remplit les fonctions définies dans la procédure de test de production.

L'étalonnage établit la relation entre une référence connue et la valeur rapportée par le produit.

L'ajustement ou la correction, le cas échéant, constitue une étape distincte.

Certains PCBA d'acquisition de données nécessitent un étalonnage par-unité. D’autres non.

Si l'étalonnage fait partie de la production, le processus devra peut-être définir :

• stimulus de référence ;
• équipement de référence;
• canaux applicables ;
• révision du micrologiciel ou du logiciel ;
• coefficient ou méthode d'ajustement;
• limites d'acceptation ;
• où les données d'étalonnage sont stockées ;
• que se passe-t-il après une retouche ou une reprogrammation ?
• comment l'enregistrement résultant est associé à l'unité ou au lot.

Un CAN haute résolution-ne crée pas, en soi, une exigence d'étalonnage de production.

Appeler un contrôle fonctionnel « étalonnage » n’en fait pas non plus un.

Testez les exigences du produit, pas la fiche technique de l'ADC

L'ADC fait partie d'une chaîne de signaux plus large.

La mesure finale peut également dépendre de l'étage d'entrée, de l'amplificateur, de la référence, du filtre, du réseau de protection, de l'alimentation, de la disposition du PCB, du micrologiciel et de la stratégie d'étalonnage.

Les limites de production devraient donc provenir des exigences relatives au produit approuvé, et non simplement de déclarations telles que :

CAN 16 bits

ou:

Convertisseur 24 bits.

Pour une carte, appliquer un stimulus de capteur défini et confirmer la réponse attendue peut suffire.

D'autre part, la production peut nécessiter plusieurs points d'entrée contrôlés, des limites spécifiques au canal, une source calibrée ou un logiciel fourni par le client.

Une question de révision utile est :

Quel échec ce test détecterait-il réellement ?

Si personne ne peut répondre clairement à cette question, un indicateur vert PASS n’apporte pas beaucoup de confiance en ingénierie.

La configuration du test fait partie de la mesure

Le PCBA n'est pas le seul élément présent dans le chemin électrique lors des tests de production.

La configuration peut inclure :

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

En fonction du signal mesuré, la résistance de contact, la mise à la terre, le blindage, les fuites, le cheminement des câbles, le comportement de commutation ou la variation ordinaire de l'instrument peuvent influencer le résultat.

Une simple carte d'entrée de tension industrielle-n'a pas besoin de la même discipline de montage qu'un canal de mesure à très haute-impédance ou à faible-niveau.

Mais le luminaire ne doit pas automatiquement être traité comme électriquement invisible.

Il existe également une limite pratique à ce qu'une station peut imposer.

Si la variation normale de la source de référence, du luminaire, du câble, des contacts et de l'équipement de mesure est suffisamment importante pour brouiller la limite réussite/échec spécifiée, la station aura des difficultés à séparer une carte marginale de la variation normale du système de test-.

Cela ne signifie pas que chaque projet DAQ nécessite un laboratoire de métrologie sur le site de production.

Cela signifie que le système de test doit être capable de prendre la décision qui lui est assignée.

Ce problème est beaucoup plus facile à résoudre pendant le DFT et le NPI qu'après que des cartes supposément bonnes commencent à échouer par intermittence lors du test final.

Une unité dorée est utile, mais elle ne constitue pas automatiquement un étalon d’étalonnage

Une unité-en bon état peut s'avérer extrêmement utile en production.

Cela peut aider :

• vérifier le fonctionnement du luminaire ;
• corréler les stations de test ;
• dépanner les pannes inattendues ;
• confirmer les modifications apportées au logiciel ou à la configuration ;
• vérifiez qu'une configuration de test se comporte toujours comme prévu.

Cela ne fait pas automatiquement de l'appareil une référence d'étalonnage.

Le PCBA lui-même présente des tolérances de composants, des erreurs de mesure, un historique de configuration et un vieillissement.

Si une unité dorée est destinée à faire partie de l’étalon de mesure ou d’étalonnage, ce rôle doit être explicitement défini et contrôlé.

Sinon, gardez la distinction claire :

Une-unité connue en bon état permet de confirmer la configuration de production.

Une référence connue établit la valeur de mesure.

Ce sont des emplois liés, pas identiques.

La caractérisation technique n'est pas un test de production de routine

Pendant le développement, l'ingénierie peut passer des heures à caractériser une carte.

Ce travail peut inclure :

• analyse du bruit;
• contrôles de gain et de linéarité ;
• comparaison de canal-à-canal ;
• comportement en température ;
• comportement en mode commun{{0} ;
• tests environnementaux;
• Mesures détaillées d'oscilloscope ou de spectre.

Ces résultats peuvent être précieux.

Ils n’appartiennent pas automatiquement au cycle de test de chaque unité de production.

La caractérisation technique demande :

Que peut faire cette conception dans les conditions qui comptent ?

Les tests de production demandent :

Cette unité ou ce lot fabriqué a-t-il passé avec succès les contrôles requis pour la libération ?

Utilisez la caractérisation technique pour décider ce que la production doit contrôler.

Ne vous contentez pas de copier le banc de développement sur la chaîne de production.

La première construction n’est pas la partie la plus difficile

Un prototype fonctionnel prouve que la conception peut fonctionner.

La production répétée pose une question plus difficile :

Le comportement de mesure approuvé peut-il survivre aux changements contrôlés de fabrication ?

C'est là que la configuration, la refonte, l'approvisionnement en composants, le micrologiciel, les montages et les révisions de tests commencent à compter comme un seul système.

Conservez le matériel, le micrologiciel, l'étalonnage et les tests sur une seule base de référence

Les produits d’acquisition de données franchissent souvent la frontière matériel/logiciel.

Le micrologiciel peut influencer :

• sélection des chaînes ;
• gagner;
• configuration du capteur ;
• échantillonnage;
• filtrage numérique ;
• correction de décalage ;
• coefficients d'étalonnage ;
• données spécifiques à l'unité-.

Un PCBA physiquement correct peut toujours signaler une mesure erronée si la mauvaise configuration est chargée.

Selon le projet, la base de production peut inclure :

Révision PCB + révision BOM + révision firmware + méthode d'étalonnage + révision test

L'opérateur ne devrait pas avoir à décider quelle image du micrologiciel ou quel fichier de coefficients « semble correct » pour une carte particulière.

Ces décisions appartiennent en amont au contrôle de configuration.

Rework change la question

Le remplacement d'un connecteur endommagé peut nécessiter un niveau de vérification.

Le remplacement d'une référence de tension, d'un-réseau de réglage de gain, d'un-amplificateur frontal ou d'un autre composant critique de mesure-peut en nécessiter un autre.

Aucune de ces règles générales n’est très utile :

Chaque carte DAQ retravaillée doit être recalibrée.

Un PASS final suffit après chaque réparation.

Une meilleure question est de savoir si la refonte a touché un composant ou une étape de la chaîne de signaux-qui peut affecter les exigences de mesure approuvées.

Si tel est le cas, un nouveau test, un étalonnage ou un examen technique approprié devrait suivre.

Que se passe-t-il lors de la prochaine construction ?

La production ultérieure peut introduire :

• un nouveau lot de matériel ;
• un suppléant approuvé ;
• une révision du PCB ;
• une mise à jour du firmware ;
• un luminaire de remplacement ;
• retravailler;
• une méthode d'étalonnage modifiée ;
• une source de composants différente.

Tous les changements ne nécessitent pas une requalification complète du produit.

Mais un changement qui touche au chemin de mesure ne devrait pas disparaître dans une simple mise à jour de production.

Supposons qu'un deuxième-amplificateur source soit proposé.

La question de la fabrication est la suivante :

Pouvons-nous l’approvisionner et l’assembler ?

La question du produit est la suivante :

L'exigence de mesure approuvée est-elle toujours valable ?

Le fournisseur EMS peut gérer la configuration telle que-et signaler la modification.

L'équipe d'ingénierie OEM doit normalement être propriétaire de l'approbation des performances, à moins qu'une autre responsabilité n'ait été convenue.

Cela empêche la flexibilité de l’approvisionnement de se transformer discrètement en une refonte du produit.

La qualification n’est pas une vérification de routine

Les équipements de capteurs industriels peuvent être conçus pour des températures extrêmes, des vibrations, de l’humidité, des machines électriquement bruyantes ou d’autres environnements exigeants.

Ces conditions comptent.

Mais un test de qualification ne devient pas automatiquement une exigence de sélection en production-.

Un projet peut utiliser le cycle de température lors de la validation de la conception.

Un autre peut nécessiter une sélection de production sélectionnée.

Un troisième ne peut exiger qu'un test fonctionnel défini dans des conditions normales d'usine.

Le plan de fabrication doit suivre les exigences approuvées.

Copier chaque test environnemental depuis la qualification du produit vers la production de routine n'est pas automatiquement plus rigoureux. Parfois, c’est tout simplement inutile.

Toutes les cartes de capteurs ne méritent pas le même processus

« Interface de capteur PCBA » couvre une large gamme de produits.

Une carte qui lit un capteur numérique et signale un seuil n'a pas besoin du plan de fabrication d'un instrument de mesure multicanal.

Un dispositif de surveillance simple peut ne pas nécessiter :

• par-étalonnage de l'unité ;
• nettoyage spécial;
• caractérisation analogique approfondie ;
• enregistrements de mesures individuelles ;
• vérification environnementale.

À l'autre extrémité du spectre, une PCBA d'instrumentation peut se soucier profondément des entrées de bas niveau-, de la dérive, de la correspondance des canaux, de l'isolation, de la stabilité des références, de l'étalonnage et de la répétabilité.

Appeler chaque carte « haute précision » crée des coûts sans améliorer les exigences.

Traiter chaque carte de capteur comme un contrôleur numérique ordinaire peut cacher un risque réel.

La question utile n'est pas :

Quel est le processus le plus rigoureux que nous puissions appliquer ?

C'est:

Qu'est-ce que ce produit a réellement besoin de contrôler en production ?

 

Le traitement Edge ne corrige pas les mauvaises données d'entrée

De plus en plus de systèmes de surveillance conditionnelle-traitent désormais les données plus près de la machine, mais cela ne réduit pas l'importance du chemin d'acquisition. Le logiciel ne peut fonctionner qu'avec les données qu'il reçoit.

Si une entrée est découpée, si un mauvais fichier d'étalonnage est chargé ou si un composant critique de mesure est modifié sans l'approbation nécessaire, les analyses en aval démarrent avec des données compromises.

Ce que je voudrais définir avant la sortie de la production

Avant de lancer une production répétée d'une interface de capteur-interface ou d'un PCBA-d'acquisition de données, j'aimerais avoir des réponses claires à ces questions.

Qu'est-ce qui entre dans le canal ?

Définissez le type de capteur ou de signal et la gamme que la production doit comprendre.

Quel résultat la production est-elle chargée de prouver ?

Détection de base, réponse de seuil, valeur de mesure, comportement du canal, étalonnage ou autre ?

Quels éléments de la nomenclature sont-critiques en termes de mesure ?

Identifiez les composants pour lesquels la substitution nécessite un contrôle technique supplémentaire.

Y a-t-il des exigences particulières en matière de propreté ou d'isolation pour cette conception ?

Ne les assumez pas. Ne les laissez pas indéfinis lorsqu’ils sont importants.

Quelles révisions de matériel, de micrologiciel, d'étalonnage et de test vont ensemble ?

Donnez à la production une référence approuvée.

Quels stimulus connus et quelle configuration de test sont nécessaires ?

Définissez la source d'entrée, le luminaire, le câble, le logiciel, l'équipement de référence et la logique PASS/FAIL, le cas échéant.

Quels changements nécessitent une autre décision technique ?

Définissez les limites des alternatives, des révisions, des retouches, des modifications d’étalonnage et des mises à jour de tests.

Si ces réponses sont claires, une carte d’acquisition de données techniquement sophistiquée peut toujours être simple à fabriquer.

S'ils sont vagues, l'ajout d'une inspection supplémentaire après l'assemblage résout rarement le problème sous-jacent.

Où STHL s'intègre dans le projet

Shenzhen STHL Technology Co., Ltd. (STHL) prend en charge les applications industrielles PCBA et EMS qui incluent les cartes d'interface de capteurs industriels, les interfaces de capteurs utilisées dans les lignes d'automatisation et les instruments industriels.

Pour les acheteurs évaluant ce type de projet, STHLSolutions EMS industriellesLa page fournit le contexte plus large de l’industrie et du projet.

L'étendue de la fabrication peut inclure l'assemblage de circuits imprimés, l'approvisionnement en composants, l'inspection, la programmation, les tests fonctionnels et d'autres exigences spécifiques au projet en fonction de la version réelle.

Pour un projet d'interface de capteur-ou d'acquisition de données-d'acquisition de données, la précision exacte des mesures, le processus d'étalonnage, le dispositif, les exigences de propreté, les exigences d'isolement, la validation environnementale, le stimulus de test et les limites d'acceptation doivent toujours être confirmés pour le projet individuel plutôt que déduits de l'étiquette de l'industrie.

Conclusion

Interface de capteur et acquisition de données La fabrication de PCBA ne consiste pas principalement à savoir si un fournisseur EMS peut placer l'ADC ou souder le connecteur d'entrée.

Il s'agit de savoir si la production respecte le chemin de mesure approuvé et peut prouver la partie de ce chemin dont elle est responsable.

Commencez avec une seule chaîne.

Qu'est-ce qui y entre ?

Quels composants le façonnent ?

Que doit prouver la production ?

L'appareil et la source de référence peuvent-ils prendre en charge ce test ?

Que se passe-t-il si un composant critique-de mesure est retravaillé ?

Et lorsque les matériaux, le micrologiciel, les accessoires ou les révisions changent, quels changements nécessitent une autre décision technique avant la publication de la nouvelle configuration ?

Ces questions séparent une carte qui se contente de s'allumer d'un PCBA de mesure qui peut être construit à plusieurs reprises dans des conditions contrôlées.

Les équipes OEM peuventsoumettre les détails du projetavec la nomenclature disponible, les fichiers PCB, les exigences en matière de capteur ou d'entrée, les informations sur le micrologiciel, les quantités et les attentes en matière de tests.

Pour des questions-spécifiques à un projet, contactez STHL à l'adresseinfo@pcba-china.com.