Nová generace ATE: Zkušenosti a vychytávky

Úvod

Tento článek je volným doplněním článku uvedeného v minulém čísle. Systém ATE (automatizovaný tester osazených DPS) prochází nepřetržitým zlepšováním a dostává nové funkce potřebné pro naše nové výrobky. Kromě toho se stále „točí“ šest systémů nasazených v sériové výrobě v partnerské osazovací firmě Top Power, což je zdroj cenných zkušeností.

Servisovatelnost

Ukázalo se, že nejcitlivější na drsné zacházení je mechanika, tedy jehlové pole a upínací mechanismus testovaných desek. Některé oživované desky nesou i docela těžké součástky (transformátor, kompresor, ventilátor, solenoidové ventily) anebo jejich přípoje (tlakové hadice, výkonové kabely) jsou trochu moc tuhé na přesné navedení desky na vodicí kolíky. Tak se občas stane, že se testovací jehla opotřebuje a přestane pružit a pak se ohne nebo ulomí. To se stává často při výrobě a oživování zakázkových desek lékařské elektroniky a potravinářských strojů.

Proto se velmi osvědčilo, že celá sestava fixtury s jehlovým polem, na míru připravená určité desce, je i se všemi potřebnými kabely rychle vyměnitelná jako kompaktní díl, zatímco pouzdro a měřicí elektronika ATE jsou touto výměnou nedotčeny. Nosné desky s jehlovým polem se vyrábějí ve stejné firmě jako většina našich desek (PCB Benešov), takže lze očekávat dostupnost materiálu a stabilní kvalitu zpracování dat a výroby. Výměnné díly jsou tak poměrně levné a je možno jich mít pár v zásobě pro případ rychlé potřeby.

Stejně tak lze rychle měnit pracovní počítačové stanice, které jsou buď samostatně stojící, anebo jako mini PC zabudovány přímo do mechaniky testeru. Použité PC je standardní typ s předinstalovaným systémem Windows a testovací aplikace je téměř nezávislá na „náladě“ operačního systému. PC je propojeno s ATE jediným USB kabelem, takže výměna PC je snadná.

Nová čidla a adaptéry

Použití USB je tak snadné, že nám vytvořilo jistou závislost, a pokud je to možné, nová čidla se připojují přes USB. Je to především díky nově vyvinutému převodníku USB pro kameru Cognex, která umí přečíst snad všechny čárové a QR kódy, nadto i ty, co jsou laserem vypálené na DPS nebo na víčku různých rádiových modulů nebo elektromechanických součástek. Kameru lze použít pro optickou kontrolu správného umístění či zapájení těchto prvků a zaevidování výrobních čísel dílů, které se vkládají do finální desky. Z toho je pak možné vygenerovat individuální přístupové kódy nebo šifrovací klíče, což umožňuje například bezpečnou aktualizaci softwaru na dálku.

Dále jsme „oprášili“ různé starší konstrukce adaptérů a zátěží a předělali je na moderní rozhraní. Je to například deska výkonových relé, původně ovládaná printer-portem z PC, nyní pomocí USB. Výkonové relé je součástka s téměř nulovým odporem v sepnutém stavu a s výbornou izolací. Pomocí reléové desky je například možno vytvářet časově proměnné zátěže pro zahořování napájecích zdrojů.

Dalším zajímavým prvkem je deska do PC s rozhraním PCI 2.1 „target“ (dříve jsme často používali do PC desek rozhraní ISA, včetně „ručního“ testovacího přípravku). Toto rozhraní je naprogramované v CPLD Altera EPM570 a kromě jiných desek je možné ho využít k připojení rychlých komunikačních obvodů (např. generátoru ISDN E1/E2 s jitterem), což nelze provést rychle přes USB. PCI rozhraní je levné, univerzální a použitelné v řadě dalších aplikací pro moderní PC, kde je už jen slot PCI. Kromě hardwarové kompatibility je cenné, když je rozhraní připraveno po softwarové stránce. Jsme také připraveni reagovat na zákaznické požadavky na vývoj PCI desek a kombinovat v jednom obvodu rozhraní PCI a zákaznické funkce. Pro testy a oživování PCI desek máme vyvinutý testovací adaptér se simulátorem a konektorem sběrnice PCI a programovacím/testovacím kabelem s rozhraním JTAG.

JTAG je standardizovaný „sériový“ systém pro testování jak součástek, tak osazených desek. K rozhraní JTAG (konektor na zkoušené desce s 5–16 vývody dle výrobců) se připojí elektrický port (TAP, Test Access Port) podobného druhu jako např. SPI s napájením a resetem. Bohužel se typ konektoru liší u přípravků různých firem, jako Texas, Altera a Atmel, ale signály jsou kompatibilní, takže jejich obvody je možné pospojovat do řetězce. Vstup TDI prvního … až výstup TDO posledního obvodu v řetězci tak tvoří jeden dlouhý posuvný registr, jehož bity odpovídají vývodům součástky. Do tohoto registru lze zapisovat typ a stav výstupů, číst vstupy atd., takže se v testovacím módu přezkouší i příslušné nety na DPS na vodivost a nepřítomnost zkratů. Jednotlivé kroky testu se nazývají „vektory“ a generují se z popisu součástky (BSDL) a netlistu desky. Tento typ testu je velmi rychlý a efektivní a prakticky jedině jím lze otestovat digitální část obvodu na desce, pokud všechny součástky na ní jsou propojeny v řetězci.

Dále je rozhraním JTAG možno i programovat obvody CPLD. Konektor JTAG ve formě pouhých prokovených děr je možno ukrýt pod součástku, čímž se ušetří místo na desce.

Výše popsaný ATE obsahuje port JTAG a ten je nyní rozšířen i kabelem, jímž lze testovat sestavu více desek (patro) a kombinovat to s analogovými testy.

Propojení s jinými měřicími systémy

Elektronika v jednotce ATE je dosti rozsáhlá, ale má své limity. Lze dosáhnout přesnosti měření (napětí, proud, frekvence) kolem 1 %, což pro většinu testů stačí, a není nutná kalibrace. Ale někdy je potřeba použít vysoce přesný nebo složitý měřicí přístroj či měřicí ústřednu. Některé veličiny neumíme měřit. Proto jsme do systému přidali převodník USB-GPIB (IEEE-488), který umožňuje řídit přístroje a celé sestavy od proslulých značek jako HP (dnes Keysight).

Software a systém řízení kvality

Práce integrovaných PC v lokální síti dává možnost vytvářet databázi událostí, zaznamenávat prošlé kroky, osoby, které je vykonaly, a jejich výsledky, a získat tak historii každého vyrobeného kusu od vzniku až do servisu, spravovat přidávání a odebírání částí, verze softwaru, použití výrobku, historii polohy či pohybu, a vytvářet tak různé statistické výstupy nebo logisticko-ekonomické informace on-line.

Závěr

Pro testování osazených desek plošných spojů byl ve firmě Ryston Electronics vyvinut flexibilní testovací systém ATE nové generace, který prochází dalšími vylepšeními.

Systém byl mechanicky překonstruován na využití standardních komponent (Alu profily) a modulární stavebnici testovací elektroniky pro snadné změny a servis. Dostal zabudované mini PC s plochým monitorem, inteligentní kameru a další čidla a jeho software prochází dalším vývojem pro zdokonalení testů a programování obvodů přes JTAG, tvorbu databáze sestav a jejích dílů s výrobními čísly, kalibraci, optické testy aj.

ATE spolupracuje v systému řízení jakosti v síti s dalšími komponentami výrobní linky a skladu. Vestavné PC umí spolupracovat pomocí USB s dalšími prvky měřicího systému, jejichž vývoj by byl příliš náročný, anebo s PCI deskami v počítači.

Další informace jsou k dispozici na www.ryston.cz.