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深圳南山、龙岗、宝安地区如何调试自己的亚博vip官网手机版板

time : 2021-02-26 09:53       作者:亚博pcb

亚博vip官网手机版好了,送到制板厂加工好了,拿到手,下一步要做的就是“A”(Assembly,安装元器件)了,也就是我们常说的焊接、调试的过程。这个过程需要具备比较好的焊接能力、对测试测量仪器的正确使用,以及规范化的调试流程,最后还需要对设计的PCB板进行功能和性能方面的测试,并撰写一份测试报告。我来逐一分解一下:
焊接是调试电路板的基本功
焊接需要一定的基础手艺;调试需要一定的技能和步骤,对于一个新的项目,二者是结合在一起的,调试、焊接、调试、焊接、调试…..一步一步,直到最后把所有的元器件都安装完毕,并且板子上的所有功能都得到了验证。
所以作为一个设计电路的硬件工程师首先要具备一定的焊接能力、一条清晰的调试思路和流程、分析和解决电路板上各种问题的能力。
有工程师说,我们单位有专业的焊接师傅,我只要负责设计就好了,是不是就不用学习焊接了?要知道对于多数新的设计,硬件工程师不可能让专业的师傅把所有的元器件一次性安装上、加上电,一切都Ok了,板子上一定会有各种各样的问题,研发阶段的板子一定是一边焊接一边调试,如果自己没有较好的焊接技能,你的调试工作就会受制于各种因素导致项目的工期延误,你自己的焊接技术不过硬,也会由于虚焊、短路等不起眼的小问题导致一系列的大麻烦。
所以做一个硬件工程师要十八班武艺样样精通 - 焊接、烘烤、吹孔、飞线,技术越全面、越精炼,调试中出问题的概率也就越低,调试的过程也就越顺畅。
必备的调试工具 - 测试测量仪器
常规的测量四大件
硬件工程师的主战场就是实验台(也就是我们常说的Lab),任务就是要调试(Debug)电路,除了烙铁、剥线钳、焊锡、松香、镊子等等必要的工具之外,占桌面大片面积的,需要多个电源插座的,就是这看起来很高、大、上的用于常规测试测量的4大件工具。
万用表:它的主要作用就是测量电路的通断、阻抗、电压、电流等“欧姆定律”中的参数以及判断二极管的方向。在电路板不加电和加电运行的状态下都可以通过万用表快速地查找到电路板上的问题,尤其是可以通过多个电路板进行参数对比从而迅速锁定出问题的地方。
直流稳压电源: 最常用的就是双路可跟踪电源(负电压可以跟踪正电压的调节进行电压的自动输出调节)能够给待测电路提供所需要的电压/电流,电压的调节可以从0v到比较高,比如25V,调节精度也比较高,能够精确控制给电路板的供电,其具有短路保护、过流保护(通过设定限定的电流)等功能,电源的纹波非常低。要注意的是电源的输出端有+、-和GND(通过电源的机壳连接到地球上的“地”)三个端子,你要调节输出的电压是在+/-两个端子上体现出来的,是个相对的电压值 - 比如5V,而只有将“GND”和“-”端子进行连接,你在“+”端子上得到的电压值才是相对于地球大地的+5V。
随着电子产品的小型化、低功耗化,越来越多的产品是通过USB的5V端口给电路板供电,在电路板上通过开关稳压、线性稳压的方式产生电路板上需要的多组电压,因此随处可及的USB电源端口 - PC的USB端口、电源插排上的USB充电口、手机的电源适配器、充电宝等都可以作为供电电源来使用,但要注意的是不同适配器其能输出的电流能力是有很大差别的,要确保适配器输出的功率能够满足待调试的板子的供电功率要求,并有一定的余量,否则会导致系统工作不稳定;在适配器和电路板之间的USB连接线是有阻抗的,在供电电流比较大的情况下会在导线上产生比较大的压降(欧姆定律V = I * R),一定要确保经过了USB线的压降到达电路板的电压满足你板子上对输入供电电压的要求;由于USB适配器是从220V的交流电上通过AC-DC开关变换的方式得到稳压的5V DC,在输出的5V直流电压上会有较大的开关噪声,因此在具体的应用中要确保你选用的适配器上的噪声不会对板子的性能有影响,不同质量的USB电源适配器的纹波性能差异也很大。
信号发生器(信号源):被用来对待测的电路(DUT)提供一定幅度范围、一定频率范围的激励信号,有时还要在输入的信号中添加各种特性的噪声用以评估被测电路的某些特性。市场上主流的信号源都是通过DDS合成的任意波形发生器,可以方便地设定激励信号的波形、频率和幅度,在模拟电路的调试中常用的测量激励信号为可调幅度/可调频率的正弦波,在数字电路的调试中常用的激励信号为可调重复频率、可调脉冲宽度的脉冲信号。
示波器:可以堪称我们工程师的眼睛,通过可视化的方式来观察电路板上任何电信号的电压或电流随时间发生的变化,并能够对各种参数(比如幅度、频率、上升沿等)进行精准测量,然后根据这些信号的变化来测定电路特性。要用好示波器,首先要深刻理解示波器的几个关键技术指标 — 模拟带宽、采样率、存储深度,并在测量中正确使用探头。
除了这常规的4大件之外,还有用于频域测量的频谱仪、用于看数字逻辑、时序关系的逻辑分析仪、用于网络通信中的矢量网络分析仪等等,这些会根据被测对象的需要配置。
口袋仪器:
配备齐以上的仪器设备不仅费用很高,而且占用较大空间、无法便携,使用起来不够灵活方便,最近几年多功能合一、价格低廉的口袋仪器越老越受到工程师、高校师生的欢迎,比如Digilent(被NI收购)的Analog Discovery II、ADI公司的ADALM2000,它们都在手掌大的盒子里集成了示波器、信号源、电源、万用表、频谱仪、逻辑分析仪等功能。
仪器领域也在不断的演进,为了给我们工程师配备更轻便、更清晰、处理能力更强的“眼睛”。当然要用好这些仪器,需要我们对其原理进行深刻的理解,并结合日常的测试体验,不断提升自己观察问题、分析问题的能力,迅速升级为一个优秀的硬件工程师。
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PCB板的调试流程
有了焊接的基本技能,下面就要讲一下PCB板的调试要遵循的步骤和要注意的要点,首先我们来看下面的流程图:
从这个图中我们可以将PCB的调试过程分解为三个大的部分:
1 制定调试计划
这个步骤可以在你发出Gerber文件之后、没有从PCB厂拿到加工好的裸板之前就可以做的一步,以便你拿到板子就可以开始下一步的工作。所谓的计划也就是为实际的操作做足准备,因此你要先想清楚要调试、测试的条目、内容;你在调试和测试中必须用到的以及能帮助你加速整个过程的工具、仪器和设备;调试以及测试的步骤等。
对于一个企业、一个项目组,研发的产品基本上就那几种类型,因此可以由项目负责人或经验丰富的老工程师制定一个详细、合理的标准调试模版,并在每一个PCB板的调试过程中不断丰富、完善,这样可以覆盖所有的细节,避免调试过程中遗漏重要的环节从而走弯路等。
2 裸板测试
从PCB加工厂拿到裸板,先不要着急焊接元器件,先要对裸板进行一些基本的测试,确保PCB的设计没有明显的问题、PCB加工厂没有加工方面的问题(主要是精度、工艺引起)。裸板测试最常用的两个工具 - 自己的眼睛(有时也可以借助放大镜、电子显微镜等)和万用表。前者可以从物理上检查一些比较明显的问题,比如虚焊、短路、过孔、焊盘的孔径是否合适,器件的封装是否画错等;借助万用表可以判断板子上的各组电源和地是否存在短路现象等,如果存在这些问题,但没有查看,等器件焊接到板子上以后判断的难度就更高了。
3 焊接调试
到这一步才开始焊接元器件,不要一股脑将所有的器件全部焊接到板子上,这样会有太多的问题搅在一起,调试的难度呈几何级数增加。最好的方式是根据电路的属性来逐步焊接,比如先搞定电源部分,因为整个板子没有电源供电,其它的电路也无法正常工作,因此可以先将电源部分的器件焊接好,用仪器测试直到电源电路满足设计要求,各路输出正常再往下焊接其它部分的电路。
在多数的电路板上,MCU或FPGA都是电路的核心,因此在电源焊接调试完成以后,可以着手安装和调试处理器部分的器件,确保其各路电压正确、纹波符合系统要求、时钟起振且工作频率正确、烧写一个简单的测试程序能通过LED显示需要的状态等。
核心的MCU或FPGA电路安装调试完毕,可以开始折腾模拟信号链路的器件,模拟电路一般都是从小信号到大信号,从模拟再通过ADC变换成数字信号,因此我们需要沿着信号流的方向逐级调试,直到整个信号流的每一级在其幅度和带宽上都能满足系统设计的要求。这里面要注意的是阻抗的匹配,如果后一级的电路所有的器件都没有安装,前一级电路的工作由于阻抗不满足要求可能导致性能变差,但并不意味着是你电路的问题,你需要在输出短临时接一个等效负载。
经验丰富的硬件工程师在新的项目中一般都会在关键的信号处放置一些测试点,以便调试的时候用仪器进行观察;同时也会在前后级之间放置一些0欧姆的电阻,就如同水闸一样,焊接上0欧姆的电阻,前后级是连通的,移除掉这个电阻,前后级断开,这样前、后级之间不会影响。待调试、性能测试完毕以后做系统优化再做一版终极版PCB的时候,这些测试点和0欧姆的电阻可以拿掉。
在调试的过程中,尤其是高频电路、小信号模拟电路等,经常出现的问题不是板子上的问题,而是测试的方法不当引起的,要学会用示波器、学会用示波器的探头,更要清楚地知道示波器的探头以及其接地端的正确连接点。