Bu web sitesinde; FORUM, BLOG ve MENÜ' lerde üyelik gerektiren makalelere tam erişim için Lütfen BLOG' a üye olunuz.
TASARLADIĞINIZ ELEKTRONİK KARTIN/CİHAZIN DOĞRULAMASI NASIL YAPILMALIDIR?:
PCB tasarımı, montaj, donanım ve yazılım öğelerini içeren bir elektronik sistemin, üretime hazır duruma gelmesi için art arda testler, doğrulamalar ve yinelemeli olarak hata ayıklamaları gerekir.
Yeni ürün tanıtım döngüsü sırasında, tasarımın spesifikasyonlara göre çalışmasını sağlamak için bir prototip üzerinde gerçekleştirmek için tekrarlanabilir bir dizi adım gerekir. Ek olarak; bu durum, mükemmel bir disiplin ve sabır gerektirir.
Test etme/hata ayıklama sırasında, bir seferde yalnızca bir şeyi değiştirmeniz gerekir, yanlış olabilecek her şeyi çözmek sonsuzluk alabilir. Sorunun nedenini bulana kadar sorunu ileri veya geriye doğru bölmek gerekebilir. Bu veri toplamayla ilgili bilgileri geri çağırmak için etkinleştirebileceğiniz her şeyin belgelenmesi ve saklanması gerekir.
İlk tasarımı, her defasında doğru yapmanız gerekir. PCB’ nin veya elektronik kartın paketlenmesi kolaydır.
Tasarım bitse bile; elektronik tasarımda yer alan Ped’ ler ve PCB izleri, PCB kartı hurdaya ayrılmadan önce birçok kez yeniden işlenebilir. Bu yüzden; hatalara neden olan insan hatasını azaltan testler ve test fikstürleri oluşturabilmek, tavsiye edilen bir adımdır.
Pekala; elektronik tasarımın ilk aşamasına geldiniz;
İlk olarak; Şematik ve PCB tasarımı aşamalarının gözden geçirme toplantılarıyla en doğru hale getirilmesini sağlayın.
İkinci olarak, kartın doğru bir şekilde monte edildiği doğrulanmalıdır.
Üçüncü olarak, temel donanım testi gereklidir.
Dördüncü olarak, kartı çalışır hale getirmek için herhangi bir firmware(donanım yazılımı) ve düşük seviyeli yazılımda hata ayıklanmalıdır, böylece bellek testi veya sinyal bütünlüğünün doğrulanması gibi bir sonraki test aşaması uygulanabilir.
Son olarak, işletim sistemi yüklenecek ve gömülü yazılımlar kontrol edilecektir. Burada en önemli şey, yazılımların tekrarlanabilir olması ve döngünün her prototip için çalışması gerektiğidir. Firmware, bir cihazın çalışması için hayati derecede önemlidir, çünkü yazılımsız bir donanım ile iletişim kurulamaz. Bundan dolayı teknolojik bileşenler, üretici yazılımı yüklenerek satışa sunulur. Fakat yazılımların güncelleme alması gibi, firmware’ e de zaman zaman güncelleme gelebilir.
Şematik ve PCB tasarımı, montaj, donanım testi ve yazılım testi başlıklarıyla belirttiğimiz bu beş bileşeni, sistem bütünlüğünü ve kullanılabilirliğini doğrulamak için 8 adıma bölebiliriz:
1: Görsel inceleme
Doğrulama sırasında hızlı bir referans olması için tüm bileşenler ve test noktalarıyla birlikte; montaj çizimini Microsoft Visio vb. gibi bir programla belirleyin ve çizin. Bu çizimlere göre aşağıdaki parametreleri kontrol edin;
-
Tüm bileşenler doğru şekilde takılmış mı?
-
Tüm pim 1 doğru şekilde yerleştirilmiş mi?
-
Pedler, PCB izleri arasında görünür kısa devre var mı?
-
Pedler iyi kalitede lehimlenmiş mi?
-
Tanımlanmış polariteye sahip tüm bileşenler doğru şekilde yerleştirilmiş mi?
2: Güç hatlarında empedans ölçümü
Tüm güç hatlarını irdelemek gerekir. Toprak(GND) ile güç hattı arasındaki empedansı ölçün. Kısa devre olmamalıdır. Bazı güç hatları 100 ohm' dan başlayarak çok düşük empedansa sahip olabilir. Şase(PE: Protective Earth veya Earth) ile güç hattı ve Şase ile GND arasındaki empedansı ölçün. Akım tüketiminin daha yüksek olup olmadığını kontrol etmek için daha önce oluşturduğunuz güç ağacınıza bakın.
Şekil: Örnek Güç ağacı (Vicor)
3: Fişe takma / Besleme voltajı uygulama
-
Güç kaynağınızdan gelen voltaj çıkışını kontrol edin. (Kartı bağlamadan önce)
-
Güç kaynağı akım sınırını uygun şekilde ayarlayın. (Kartı bağlamadan önce)
-
Kartı doğru polarite ile besleme voltajına bağlayın.
-
İlk çalıştırma için (bir şeyin patlaması durumunda) kartı kapatın ve gücü açın
-
Maksimum akımı izleyin, akımın değişip değişmediğini veya kararlı olup olmadığını not edin. (örneğin sürekli artıyorsa bir şeyler ters gidebilir)
-
Temassız bir termometre veya termal kamerayla bileşen sıcaklığını kontrol edin. Devreye dokunmayın, ESD nedeniyle bazı bileşenler zarar görebilir.
-
AC girişiniz varsa izole prob kullanın. İlgili voltajları ölçüp not edin.
4: Gücü ölçün
-
Tüm güç hatlarını kontrol edin ve şematik/güç ağacı voltaj değeriyle çapraz doğrulama yapın. Daha sonra hata bulmada yardımcı olabileceği toleransın etkisini not edin.
-
Her güç hattındaki gürültü/AC bileşenini(ripple) ölçün, daha fazla ayırmanın gerekip gerekmediğini bulun.
5: Salınımları ölçün
-
Tüm kristalleri ve osilatörleri kontrol edin. Bazı kristaller başlamazsa, PCB kartı asla açılmayabilir.
6: Yazılımı test etmeye başlayın
-
Tasarımın ilk aşamasında; şematik ve PCB tasarımınız bittiği anda, kullanılacak olan MCU vb. entegrenin “demo” veya “evaluation board” larını mutlaka satın alıp PCB üretimi ve montajı tamamlanıp elektriksel testler tamamlanana kadar, bu elektronik kartlar üzerinde gerekli denemeleri yapmış olun.
-
Her şey yolundaysa, temel bir üretici yazılımı yükleyin ve çevre birimlerini tek tek kontrol etmeye başlayın. Bu adımda ADC ve DAC' lerin kalibrasyonu gerçekleştirilebilir, bu da firmware güvenilirliğini artırır.
-
Temel kontrolden sonra tam teşekküllü Firmware’ i yükleyin ve birbiriyle ilişkili daha fazla işlevi kontrol etmeye başlayın.
-
Donanım tasarımı ihtiyacına dayalı olarak, insan müdahalesini en aza indirmek için test senaryoları ve test kurulumu, örneğin verileri otomatik olarak toplamaya çalışın vb.
-
Ürün yazılımını; bulunan her hatayla güncelleyin ve tüm test setini yeniden çalıştırın.
-
Yazılımı denerken mutlaka birkaç dakika öncesinin yedeği PC’ nizde olsun
Bir mühendis çoğu zaman birçok farklı uygulamada dijital sinyalin davranışını doğrulama, hata ayıklama veya analiz etme zorluğuyla karşı karşıya kalır. Dijital sinyaller, dijital değerler arasında ayrım yapmak için gereken hızlı kenarları oluşturmak üzere bir araya getirilen, yüksek frekanslı sinüzoidal bileşenlere sahip analog sinyallerdir. Bu sinyalleri ölçmenin zorluğu, nispeten basit bir ölçümün, ölçüm dikkatli bir şekilde anlaşılmadığı ve dikkate alınmadığı takdirde yanlış sonuçlar verebilmesidir.
Aşağıda örnek bir ölçüm yöntemi verilmiştir;
Şekil: Siyah, sarı ve mavi çizgilerin olası araştırma noktaları olduğuna dikkat edin.
Şekil: İletim hattındaki çeşitli prob noktalarında dijital yükselen kenarın osiloskop ölçümleri.
Şekil: Bir baypas kapasitöründeki koaksiyel bağlantı, güvenilir ve doğru bir güç rayı ölçümü sağlar.
10x pasif prob, çoğu osiloskop ölçümü için en güçlü probtur. Yapmak istediğiniz ilk şey, ölçtüğünüz şeyi takip etmek için 10x pasif problarınıza karşılık gelen osiloskop izinin rengiyle eşleşen renkli bantlar uygulamaktır. Birden fazla prob kullanılıyorsa, hangi probun hangi konumu ölçtüğü konusunda kafa karışıklığı kolaydır ve renk kodlaması uzun vadede zaman kazandırabilir.
Test edilen bir devreyi araştırıyorsanız ve kare dalga görmeyi bekliyorsanız ancak başka bir şey görüyorsanız, sorunun mutlaka devrenizde olduğunu varsaymayın. 10x pasif probunuzun telafisini kontrol edin. Temel olarak, 10x pasif probunuz 10 pF şönt kapasitörlü 9 M Ω direnç içerir. Prob ve osiloskop birlikte ilgilenilen sinyale bir yüksek geçiş ve bir alçak geçiş filtresi sunar.
Yüksek hızlı PCB' lerin ve yüksek frekanslı PCB' lerin, güvenilirliği ve endüstri standartlarına uygunluğu sağlamak için bir dizi testten geçmesi gerekir. Bu testlerin çoğu, laminat satıcıları veya PCB üreticileri tarafından gerçekleştirilir ve bu, güvenlik ve çevre düzenlemelerinin yanı sıra temel elektrik gereksinimlerine uygunluğun sağlanmasına yardımcı olur. Özellikle bir tasarımın yüksek hacimde üretilip piyasaya sürülmesi amaçlandığında dikkate alınması gereken EMC testleri de vardır.
Performansın sağlanmasından tasarım ekibinin sorumlu olacağı alanlardan biri de sinyal bütünlüğü alanıdır. Bir tasarımcı, ürünün amaçlandığı gibi çalışacağından emin olmak için yüksek hızlı kanallara sahip bir prototip ürettiğinde, temel sinyal bütünlüğü test prosedürlerinin gerçekleştirilmesi gerekebilir.
Şekil: Ortak dalga formları
Şekil: Ortak dalga formlarının kaynakları
Şekil: Osiloskopta bakabileceğiniz bazı parametreler
Osiloskopta diğer önemli parmetreler de aşağıdakiler sayılabilir:
Dönüş Hızı Tetikleme (Slew Rate Triggering). Beklenenden veya ihtiyaç duyulandan daha hızlı dönüş hızlarına sahip yüksek frekanslı sinyaller, sıkıntılı enerji yayabilir. Dönüş hızı tetikleme, zaman parametresini ekleyerek ve hızlı veya yavaş kenarlarda seçici olarak tetiklemenize izin vererek geleneksel kenar tetiklemeyi aşar.
Glitch Tetikleme(Glitch Triggering). Glitch tetikleme, kullanıcı tanımlı bir zaman sınırından daha kısa veya daha uzun olduklarında dijital darbeleri tetiklemenize olanak tanır. Bu tetik kontrolü, nadir görülen aksaklıkların bile nedenlerini ve bunların diğer sinyaller üzerindeki etkilerini incelemenizi sağlar
Darbe Genişliği Tetikleme(Pulse Width Triggering). Darbe genişliği tetiklemesini kullanarak, bir sinyali süresiz olarak izleyebilir ve süresi (darbe genişliği) izin verilen sınırların dışında olan bir darbenin ilk oluşumunda tetikleyebilirsiniz.
Zaman Aşımı Tetiklemesi(Time-out Triggering). Zaman aşımı tetiklemesi, belirli bir zaman atlamasına göre tetikleyerek tetikleme darbesinin bitmesini beklemeden bir olayı tetiklemenize olanak tanır.
Runt Darbe Tetiklemesi(Runt Pulse Triggering). Runt tetikleme, bir mantık eşiğini geçen ancak ikisini birden geçmeyen darbeleri yakalamanıza ve incelemenize olanak tanır.
Lojik Tetikleme(Logic Triggering). Lojik tetikleme, mevcut giriş kanallarının herhangi bir mantıksal kombinasyonunda tetiklemenize olanak tanır - özellikle dijital mantığın çalışmasını doğrulamada kullanışlıdır
Kur ve Bekle tetiklemesi(Setup-and-Hold Triggering). Yalnızca kur ve bekle tetiklemesi, diğer tetikleme modlarını kullanarak neredeyse kesinlikle gözden kaçacak tek bir kurulum ve bekleme süresi ihlalini yakalamanıza olanak tanır. Bu tetikleme modu, bir senkron veri sinyali kurulum ve bekleme özelliklerini karşılayamadığında belirli sinyal kalitesini ve zamanlama ayrıntılarını yakalamayı kolaylaştırır.
İletişim Tetiklemesi(Communication Triggering). İsteğe bağlı olarak belirli osiloskop modellerinde bulunan bu tetikleme modları; çok çeşitli Alternatif İşaret Ters Çevirme (AMI: Alternate-Mark Inversion), Kod İşareti Ters Çevirme (CMI: Code-Mark Inversion) ve Sıfıra Dönüşsüz (NRZ: Non-Return to Zero) iletişim sinyalleri edinme ihtiyacını karşılar.
Şekil: Yükselme süresi ve darbe genişliği ölçüm noktaları.
7: Sinyal kalitesini kontrol edin
-
Bu aşamada 2 veya 4 kanallı iyi bir osiloskop şarttır.
-
Mümkünse izole osiloskop kullanın.
-
EMC' nin bir gereklilik olduğu her durumda tüm sinyallerin temiz olmasını sağlamak bir ihtiyaçtır.
-
Şekil bozulmasını ve özellikle titremeyi arayın. Nedenine ulaşın ve onu ortadan kaldırın.
Dijital osiloskopunuzu çalıştırmadan önce, onun yeteneklerini ve dezavantajlarını öğrenmelisiniz.
En iyi şekilde yararlanmak için osiloskopunuzun bant genişliği, örnekleme hızı ve çözünürlüğü hakkında bilgi sahibi olmalısınız. Osiloskobun özelliklerinin gereksinimleriniz için yeterli olup olmadığını belirleyin.
Osiloskopa bağlanan prob, sinyal kaynağı tarafından tahrik edilen ek bir yük haline gelir. Dirençli, kapasitif ve endüktif yükleme etkileri dikkate alınmalıdır. Bir prob ucunun kablo uzunluğunu/açıklığını değiştirmeye yönelik efektler vardır. Daha uzun kablolar, fiziksel olarak ayrılmış test noktalarını kolayca problama kolaylığı sağlayabilir, ancak bunu yapmanın bir bedeli vardır. Burada önemli olan kısa olanın daha iyi olduğudur. Probun giriş uçlarını, konektörlerini ve kavrayıcılarını prob girişinizin önünde mümkün olduğunca kısa tutun; daha iyi bir sonuç elde edersiniz.
Prob gürültüsünü ve bunun ölçüm doğruluğu üzerindeki etkilerini göz önünde bulundurun. Daha düşük gürültü ölçümleri için daha düşük zayıflama oranına sahip bir prob seçin. Daha düşük zayıflama, daha yüksek sinyal-gürültü oranı (daha az gürültü), ancak daha düşük giriş direnci, daha düşük dinamik aralık ve daha düşük ortak mod aralığı anlamına gelir. Osiloskoplarınızın sinyal bütünlüğü, ölçüm sonuçlarında büyük fark oluşturur bunu unutmayın…
Hızlı FPGA'lere, ASIC'lere ve diğer IC'lere sahip günümüzün elektronik cihazları, sıkı toleranslarla birlikte giderek daha küçük güç hattı voltajlarına güveniyor. Bu IC'leri sistemlerine dahil eden mühendislerin, günümüzün sıkı gerilim rayı toleranslarına uygun osiloskopları, probları ve ölçüm tekniklerini kullanması gerekir.
%2 toleranslı 1 V'luk bir güç rayı üzerinde bir osiloskopla doğru bir dalgalanma ölçümü yapmak zor olabilir. Bir osiloskopun gürültü tabanı yolunuza çıkabilir. Ancak donanım ve yazılım araçlarını kullanarak osiloskoplarla hızlı ve doğru güç bütünlüğü ölçümleri yapabilirsiniz.
Gürültü yalnızca osiloskoptan değil, problardan ve prob aksesuarlarından da gelir. Çoğu osiloskop üreticisi, belirli modeller için tipik RMS gürültü değerlerini yayınlar.
EMI sorunlarını tespit etmek için yakın alan probu kullanın. Ön uyumluluk testi sırasında olası EMI sorunlarını ararken yakın alan sondasını tercih edin. Yakın alan probunun aslında düşük empedanslı bir döngü olduğuna dikkat edin, bu nedenle yansımaları ve çınlamayı önlemek için onu 1-M Ω girişine değil 50- Ω osiloskop girişine bağlamaya dikkat edin . Ek olarak, bir mikrokontrolör kartını incelerken, osiloskopu bir anahtarlama I/O sinyali üzerinde tetiklemek yararlı bir tekniktir, böylece gözlemlenen dalga formu MCU’nun saati ile senkronize edilecektir.
Toprak döngülerini bulmak için bir akım probu kullanın. Yüksek hassasiyetli bir akım probu, USB kablolarında ve diğer harici bağlantılarda bulunan ortak topraklama döngüsü akımlarının ölçülmesine yardımcı olabilir. Bu akımlar, örneğin mikro denetleyici demo kartına bağlı birden fazla cihazın farklı toprak potansiyellerinden kaynaklanabilir. Toprak potansiyeli farklılıkları demo kartındaki veya ona bağlı cihazlardaki anahtarlamadan kaynaklanıyorsa hızlı bir şekilde dalgalanabilirler.
Mikrodenetleyicinin akım çekişini kontrol etmek için diferansiyel probu kullanın. Mikrodenetleyicinin gerçek zamanlı olarak çektiği gerçek akımı ölçmek için bir diferansiyel prob kullanın. Öncelikle güç rayının seri yoluna bir algılama direnci (örneğin 0,5 Ω) ekleyin ve ardından bunun üzerindeki voltajı ölçün. Biri direncin her iki tarafındaki toprağa giden voltajı ölçmek için iki adet tek uçlu prob kullanabilirsiniz. Ancak bu, direnç üzerindeki voltajı elde etmek için büyük bir sayının diğerinden çıkarılmasını gerektirir ve bu da yanlışlıklara neden olabilir.
Bunun yerine, büyük bir ortak DC ofseti ile küçük voltaj farklarını ölçmek için tasarlanmış diferansiyel probu kullanın. Ani akım ve kararlı durum akımını ölçmek için diferansiyel probu ve algılama direncini kullanabilirsiniz.
Ani akıma bakmak için osiloskopunuzun tetikleyicisini, geçici sinyallere bakmak için kullanılan normal moda ayarlayın.
Özet olarak; Doğru uygulama için doğru probu kullandığınızdan emin olun. Mümkün olduğu ölçüde düşük endüktanslı toprak bağlantılarına sahip 10x pasif probu kullanın. Ardından, yüksek bant genişliği ve SNR gerektiren ölçümler için bir ray probu kullanın, ön uyumluluk EMC testi için bir yakın alan probu kullanın, ortak akımları ölçmek için bir akım probuna dönün ve ani ve ani akımları ölçmek için seri dirençli bir diferansiyel prob kullanın.
8: Gelişmiş HMI (Human Interface / Kullanıcı Arayüzü)' a bağlayın
Bu durum, gerçeğin tam kendisidir. Her şey yolundaysa, konsolun/Uygulamanın PCB kartına bağlandığını ve Firmware’ e dayalı olarak bir kontrol işlevi görebileceğini göreceksiniz. Değilse, baştan başlamanız veya şemaya bakmanız veya bir şey kaçırılırsa ürün yazılımına bakmanız gerekebilir. Tüm karmaşıklığı eklemeden önce temel arayüzle başlamanız ve sorunları tanımlamanız gerekir.
Aşama tamamlandığında, PCB kartlarını kolayca tanımlayabilmeniz için her PCB kartını, bir etiket ve bir numara ile işaretleyin. Şimdi diğer PCB kartlara geçin aynı adımları tekrarlayın.
Son olarak; PCB kartlar ilk test aşamalarında çok hırpalanırlar. Bu yüzden; aşağıdaki gibi aralayıcılar kullanarak PCB kartı üzerindeki malzemelerin, takıp sökme anında hırpalanmalarını önleyin.
----MAKALE SONU----