如何從設(shè)計(jì)輕松過渡到制造

消費(fèi)電子行業(yè)的持續(xù)創(chuàng)新熱潮使得消費(fèi)者們對(duì)產(chǎn)品技術(shù)改進(jìn)速度的期望達(dá)到一個(gè)前所未有的高度。不但產(chǎn)品變得越來(lái)越復(fù)雜，日益激烈的競(jìng)爭(zhēng)也大大縮短了典 型的設(shè)計(jì)周期。因此，如果一個(gè)企業(yè)能夠通過高效的設(shè)計(jì)和測(cè)試流程將一個(gè)產(chǎn)品從原理圖轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)品，那么它就具有了行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

雖然完善開發(fā)工藝往往需要企業(yè)進(jìn)行變革，但工程師也可以采取一些實(shí)用的技巧來(lái)縮短產(chǎn)品上市時(shí)間。本文章不僅探討了如何通過簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)選擇來(lái)實(shí)現(xiàn)更佳的制造工藝，也討論了如何慎重地選擇測(cè)試軟件和硬件。三個(gè)最重要的最佳實(shí)踐包括：

• 可制造性設(shè)計(jì)和調(diào)試
• 編寫可擴(kuò)展且可復(fù)用的測(cè)試代碼
• 復(fù)制開發(fā)過程中各個(gè)階段的物理制造環(huán)境

為了了解從產(chǎn)品設(shè)計(jì)到產(chǎn)品測(cè)試的最佳實(shí)踐，我們必須考慮到生產(chǎn)測(cè)試目的往往與設(shè)計(jì)驗(yàn)證目的大相徑庭。設(shè)計(jì)驗(yàn)證測(cè)試是為了驗(yàn)證產(chǎn)品在各種操作條件下滿足規(guī)格參 數(shù)。而生產(chǎn)測(cè)試的目的是確保產(chǎn)品能夠正確組裝，并且各個(gè)組建能夠正常運(yùn)作。盡管這兩個(gè)目的之間存在差異，工程師可以通過精心的設(shè)計(jì)將驗(yàn)證測(cè)試開發(fā)應(yīng)用于制 造中。請(qǐng)注意，盡管此處描述的最佳實(shí)踐專門應(yīng)用于射頻產(chǎn)品開發(fā)，但其中的原理適用于任何類型的商業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)。

可制造性設(shè)計(jì)

在許多企業(yè)中，開發(fā)小組往往到了設(shè)計(jì)周期的最后環(huán)節(jié)才會(huì)考慮生產(chǎn)測(cè)試。然而，為了在生產(chǎn)中也能夠利用設(shè)計(jì)階段的一些成果，設(shè)計(jì)人員必須從設(shè)計(jì)初期就預(yù)期生產(chǎn) 測(cè)試可能存在的問題。很多時(shí)候，如果在設(shè)計(jì)過程早期就考慮生產(chǎn)測(cè)試，就可對(duì)測(cè)試信號(hào)/電路的布局和接入做出更加合適的決策，從而減少驗(yàn)證和生產(chǎn)測(cè)試的總體成本。

例如，在產(chǎn)品的初始設(shè)計(jì)中添加高度集成的ASIC等控制電路往往是非常困難的。這使得需要用昂貴的測(cè)試設(shè)備來(lái)仿真設(shè)備的運(yùn)行環(huán)境–從而導(dǎo)致更長(zhǎng)的測(cè)試時(shí)間和更昂貴的測(cè)試成本。例如，手機(jī)芯片缺乏非信令模式將會(huì)大大增加產(chǎn)品的驗(yàn)證時(shí)間。如果產(chǎn)品的初始設(shè)計(jì)沒有包含非信令模式，工程師將 不得不以更昂貴的成本來(lái)測(cè)試無(wú)線電，同時(shí)基站的仿真進(jìn)程也會(huì)大大減慢。因此，通過在產(chǎn)品的初始設(shè)計(jì)中添加關(guān)鍵控制電路，工程師使用信號(hào)發(fā)生器和信號(hào)分析儀 等成本較低的測(cè)試設(shè)備就能能夠縮短驗(yàn)證所需要的時(shí)間。

減少潛在生產(chǎn)問題的一種最簡(jiǎn)單的方法是嚴(yán)格遵守設(shè)計(jì)規(guī)則，如元件間距、“排除區(qū)域”以 及正確的焊盤形狀，以防止出現(xiàn)元件”立起”。PCB制造商和芯片制造商通常會(huì)提供設(shè)計(jì)規(guī)則檢查軟件，以確保設(shè)計(jì)的產(chǎn)品可實(shí)際投入制造。從最初的電路布局開 始就一直遵循這些設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是非常重要的。盡管設(shè)計(jì)人員通常趨向于到了后期設(shè)計(jì)才開始重視設(shè)計(jì)規(guī)則，但這一延遲往往使得更改變得更加難以實(shí)現(xiàn)。另一方面，從 初始設(shè)計(jì)就開始重視設(shè)計(jì)規(guī)則的工程師將會(huì)設(shè)計(jì)出更可靠的產(chǎn)品，也更容易從設(shè)計(jì)過渡到生產(chǎn)。

探測(cè)和調(diào)試

如果要在復(fù)雜的設(shè)計(jì)中確定潛在的制造問題，一個(gè)實(shí)用技巧是使用正確的調(diào)試和測(cè)試接口。工程師通?？梢酝ㄟ^兩種主要方法來(lái)提高其電路測(cè)試、調(diào)試或故障排除能 力。一種方法是在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中添加探針墊片和各種測(cè)試接口。另一種方法是在進(jìn)行初始設(shè)計(jì)的同時(shí)開發(fā)生產(chǎn)級(jí)測(cè)試夾具，以確保更多的可重復(fù)驗(yàn)證測(cè)量。

在開發(fā)過程中，工程師經(jīng)常使用手動(dòng)探針來(lái)排除電路故障。但是，手動(dòng)探針經(jīng)常會(huì)產(chǎn)生測(cè)量誤差，并且可能會(huì)導(dǎo)致工程師對(duì)電路性能作出不正確的假設(shè)。在設(shè)計(jì)和制造 時(shí)，為工程師提供產(chǎn)品性能的詳細(xì)信息是至關(guān)重要的。因此，設(shè)計(jì)人員必須考慮如何以可重復(fù)的方式來(lái)探測(cè)系統(tǒng)的性能，同時(shí)對(duì)電路的阻抗影響最小。在設(shè)計(jì)初期考 慮探測(cè)需求可幫助確保電路布局和元器件的放置方便工程師進(jìn)行正確的性能探測(cè)。

工程師由于成本原因往往不愿意使用板卡間連接器。如果工程師考 慮到衰減因素，并使用正確的探針和焊盤圖案，則探針可作為一個(gè)可行的解決方案。對(duì)于低頻率（低于100 MHz）應(yīng)用，設(shè)計(jì)者經(jīng)常使用“彈簧”式探針來(lái)測(cè)量特定PCB印制線的信號(hào)。這些探針因其彈簧機(jī)械作用（類似于彈簧單高蹺）而得名，與合適的探針墊片一起 使用時(shí)效果非常好。但是對(duì)于RF頻率應(yīng)用，彈簧式探針及焊盤墊很容易受到一系列高頻相關(guān)寄生行為的影響，這些行為可能會(huì)影響阻抗匹配和插入損耗等電氣性能。