Ist es gedruckt oder ein Bauteil? Alles über Testpunkte auf Leiterplatten

Testpunkte in Ihrer elektronischen Baugruppe bieten Ihnen einen Zugangspunkt, um Komponenten zu erreichen und wichtige Messungen durchzuführen, um die Funktionalität zu überprüfen. Wenn Sie noch nie einen Testpunkt verwendet haben oder sich nicht sicher sind, ob Sie Testpunkte benötigen, lesen Sie weiter, um zu sehen, welche Optionen Sie für die Verwendung von Testpunkten in Ihrem PCB-Layout haben.

PCB-Testpunkte als Komponenten und gedruckte Elemente

Ganz einfach, Testpunkte auf der Leiterplatte können absichtlich als gedruckte Elemente in einem Design platziert werden, wie ein nacktes Pad oder eine Durchkontaktierung mit einer Verbindung zu einer internen Leiterbahn/Ebene. Diese können dann während der elektrischen Prüfung mit einer Prüfvorrichtung erreicht werden, wie beispielsweise der grundlegenden elektrischen (Kontinuitäts-)Prüfung, In-Circuit-Testing oder einem fixture-losen Flying-Probe-Test. Selbst wenn Sie nicht absichtlich PCB-Testpunkte als Pads oder andere Vorrichtungen in Ihrem PCB-Layout platzieren, können Sie immer noch spezifische Leiter als Testpunkte definieren.

Braucht jedes Design gedruckte Leiterplatten-Testpunkte? Nicht unbedingt; für einen Prototypen ist es besser, sich die Zeit zu nehmen, um funktionale Tests von Hand durchzuführen, damit Sie Ausfälle leichter identifizieren können. Sie werden in der Lage sein, die Platinen und Instrumente, mit denen Sie arbeiten, zu sehen und zu berühren, sodass es viel einfacher sein wird, Probleme während des Tests zu identifizieren. Wenn Sie in irgendeiner Weise skalieren und Ihre Testanforderungen gründlich bewertet haben, dann ist es am besten, PCB-Testpunkte für In-Circuit- oder Funktionstests bei Ihrem Hersteller zu platzieren, damit diese die grundlegenden Funktionstests in der Linie automatisieren können.

Was Testpunkte betrifft, so können sie als Komponenten, Pads, Durchkontaktierungen oder andere gedruckte Elemente auf Ihrer Platine platziert werden. Testpunkte können auch während der Fertigung oder Montage in Ihrer Designsoftware für den Zugriff markiert werden. Jetzt schauen wir uns einige der Optionen an, die Sie für Testpunkte in Ihrem PCB-Layout haben.

Testpunkt-Pads und Durchkontaktierungen

Eine Sache, die Sie tun können, ist absichtlich ein Pad entlang einer Verbindung oder irgendwo auf einem Bus als Testpunkt zu platzieren. Sie könnten dies auch als Durchkontaktierung platzieren, sodass innere Schichten leicht zugänglich sind. Diese könnten entlang einer Leiterbahn (in Serie) oder seitlich als kleiner Stummel platziert werden. Für digitale Signale mit niedriger Geschwindigkeit und analoge Signale mit niedriger Frequenz (auch wenn diese impedanzkontrolliert sind, wird dies kein Problem für die Signalintegrität darstellen. Spezialisiertere Tests mit Hochgeschwindigkeits-/Hochfrequenzsignalen benötigen eine spezifische Teststruktur mit kontrollierten und angepassten Impedanzen an jedem Port; behalten Sie dies im Hinterkopf, bevor Sie PCB-Testpunkte über jede Verbindung platzieren.

Testpunkt-Komponenten

Einige Unternehmen stellen Testpunkt-Komponenten her und verkaufen diese, die direkt auf Ihrer Leiterplatte montiert werden können. Ein Beispiel von Keystone wird unten gezeigt. Diese Komponente wird in Ihrem Schaltplan als 2-polige Komponente definiert und im Layout genau wie jede andere Durchsteckkomponente platziert. Auch SMD-Komponenten sind verfügbar.

Diese Komponenten eignen sich hervorragend, um eine Sonde anzuschließen und Messungen einer Wellenform vorzunehmen. Beachten Sie, dass diese nur einen Anschlusspunkt haben. Wenn Sie diesen Testpunkt in Serie mit der Zielverbindung verbunden haben, können Sie diese Komponente verwenden, um die Spannungswellenform auf der Zielverbindung zu messen (z.B. mit einem Oszilloskop). Bei niedrigen bis moderaten Frequenzen (unter 1 GHz) und Anstiegszeiten (über 10-20 ns) können Sie eine direkte Verbindung mit Ihrer Sonde für Ihre Messung verwenden, und Sie müssen sich keine Sorgen über die Impedanz des Testpunkts oder Reflexionen machen, solange die Frequenz niedrig genug ist. Dies macht diese Komponenten gut geeignet für den Zugriff auf wichtige Wellenformen wie Motorantrieb, niederfrequente Analogsignale, langsamere digitale Busse (z.B. I2C oder SPI) oder GPIOs auf Ihrem MCU während des Funktionstests.

Mischen und Anpassen

Im Allgemeinen können Sie je nach Bedarf verschiedene Arten von Testpunkten mischen und anpassen. Die besten Praktiken würden vorschreiben, eine Testpunkt-Komponente oder eine spezifische Testvorrichtung auf der Platine zu platzieren, wenn Sie während des Funktionstests auf eine Verbindung oder Wellenform zugreifen müssen. Andernfalls sollten Sie für In-Circuit-Tests, Flying-Probe-Tests oder Durchgangsprüfungen Pads oder Vias platzieren, um bestimmte Punkte auf Ihrer Platine zu berühren. Testpunkte, die nicht als spezifische Pads oder Vorrichtungen platziert werden, sind normalerweise auf spezifischen Vias, Komponentenpads, Strom-/GND-Verbindungen oder anderen freiliegenden Leitern auf der gefertigten PCB definiert.

Spezialisiertere Tests

Was wir hier gezeigt haben, ist für In-Circuit-Tests während der Fertigung/Montage sowie für das Testen der PCB mit einer Sonde zur Betrachtung einer Wellenform oder eines Pegels vorgesehen. Für etwas Spezialisierteres, wie eine hochgenaue Impedanzmessung oder Impulsantwortmessung, könnten einfache PCB-Testpunkte mit einer einfachen Leiterverbindung (entweder mechanisch fixiert oder gelötet) nicht die erwarteten Ergebnisse liefern. Für den Anschluss Ihres PCB-Testpunktzugangs an Ihren Signalgenerator oder Analysator werden ausgefeiltere Testvorrichtungen benötigt. Ein Beispiel ist das 2x-durch-Design, wie im IEEE P370-Standard spezifiziert.

Oftmals, wenn eine spezialisierte Verbindung für den Einsatz in einem Hochfrequenz- oder Hochgeschwindigkeitssystem entworfen wird, besteht die Strategie darin, eine Testplatine zu erstellen, die die Verbindung und ihre Steckverbinder enthält. Wenn Sie eine kontrollierte Impedanz für Ihren Hersteller angeben, werden sie spezialisierte Verbindungsdesigns (wie eine Wellenleitung) nicht testen, da sie keinen Testcoupon haben, der Ihre spezifische Verbindung enthält. Standard-Übertragungsleitungsarten sind in Ordnung, aber etwas Spezialisierteres erfordert, dass Sie den Testcoupon selbst erstellen oder die Design-Dateien für den Testcoupon Ihrem PCB-Herstellungsbetrieb zur Verfügung stellen, damit sie ihn testen können.

Für einige Messungen der niedrigen Impedanz von PDN mit kurzen Impulsen oder Frequenzscans unter etwa 10 GHz können Sie einfach koaxiale Verbindungen verwenden, um Testsonden zu nutzen, die Ihre PCB-Testpunktpads berühren, um eine Verbindung mit niedriger Impedanz herzustellen. Wenn Sie Frequenzbereichsmessungen durchführen, um Netzwerkparameter zu erhalten, achten Sie auf Fehlerquellen, die mit Ihrer Referenzauswahl zusammenhängen. Ich habe dies anderswo in Bezug auf die Leistungsintegrität behandelt, ebenso wie andere Experten, die sich auf Messungen von S-Parametern mit niedriger Impedanz spezialisiert haben.

Wenn Sie einen PCB-Testpunkt als gedrucktes Element, Sondenverbindung oder eine spezialisierte Testvorrichtung platzieren müssen, verwenden Sie den vollständigen Satz von Designfunktionen in Altium Designer®. Der vollständige Satz von Werkzeugen zur Verwaltung von Testpunkten und das Draftsman-Utility können Ihnen helfen, Ihren Testpunkt und die Leistungsanforderungen für Ihr Produkt zu spezifizieren. Wenn Sie mit Ihrem Design fertig sind und Dateien an Ihren Hersteller freigeben möchten, erleichtert die Altium 365™ Plattform die Zusammenarbeit und das Teilen Ihrer Projekte.

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