أجهزة القياس الإلكترونية و اختبار المكونات

[ماجد عباس محمد]

ألأجهزة الاحترافية لاختبار الدوائر الإلكترونية In Circuit Board Tester

تنقسم هذه الأجهزة إلى ثلاث أقسام رئيسية
1- أجهزة الاختبار بالتجهيزة Fixture Testers
2- أجهزة الاختبار بالماسك Clip Testers
3- المجس الطائر Flying probe Tester
لا تسأل أيها أفضل ولكن أيها أنسب لاستخدامك فلكل منها أوجه تفوق و أوجه قصور و من ثم تناسب ظروف تشغيل معينة.

نبدأ أولا بالسمات العامة المشتركة و التى تبرر كلفتها المرتفعة ثم ننتقل للفروق لنحدد الاستخدامات

1- تعمل بمصاحبة حاسب آلى يتولى التحكم و البرمجة.
2- تستطيع تغذية البوردة بالتيار الكهربى بجهود متعددة تحت التحكم التام لتضعه عند اللزوم ثم ترفعه بانتهاء الاختبار وهذا لكل متكاملة أو للبوردة بكاملها حسب رغبة المستخدم.
يأخذ زمن الاختبار للمتكاملة جزء من الثانية - حوالى 25 مللى ثانية و إن زاد يعطى الجهاز إنذار لتقسي الاختبار لعدة مراحل إن كان البرنامج جديد فى مرحلة التصميم أو أن المتكاملة لم تستجيب وهذا خطأ تم اكتشافه. لذا لا داعى لوضع التغذية طول الوقت على البوردة تحت الاختبار لإتاحة الحرية للشخص القائم بالاختبار دون الخوف من التسبب فى إحداث قصر.
لو البوردة تتطلب اختبار تماثلى كقياس تردد كريستال مثلا، فيمن وضع أمر فى برنامج اختبار البوردة لتحقيق هذه الخاصية أى التغذية المستديمة لحين قراءة النتيجة الصحيحة ثم الانتقال للاختبار التالى و هكذا ، وبعد الانتهاء من كل هذه الاختبارات ، يوضع الأمر المعاكس فى برنامج اختبار البوردة للعودة للنسق القياسى السابق فى الاختبار.
3- تختبر المكونات فى البوردات دون الحاجة لفك المكونات إلا ما تعوق الاختبار مثل المكثفات الضخمة، و إن كان هناك دوما طرق للتحايل على هذه المكونات.
4- قابلة كليا للبرمجة أى لها أسلوب لكتابة برنامج جديد لأى متكاملة جديدة و أسلوب للبرمجة للبوردة.
كثيرا ما توصل المتكاملات وخاصة الرقمية بطريقة غير كاملة فمثلا لو لديك عداد، قد لا تحتاج خاصية التصفير Reset أو خاصية التحميل Load ولو بوابة مثلا فالمتكاملة بها أكثر من واحدة وقد تلغى أحدها أو بعض، لهذا فالبرنامج الأصلى الذى يأتى مع الجهاز سيحتاج للتعديل ليناسب هذا الوضع، ومن ثم حفظه للرجوع إليه لاحقا عند الحاجة بدلا من إعادة الكرة فى كل مرة.
5- تختبر الاتصال بين وسيلة القياس و البوردة فلو الاتصال غير تام قد لا تتمكن الآلة من تنفيذ الاختبار.
6- تختبر التغذية فى كل اختبار و تحدد مدى صلاحيتها فقد يكون العطل هو عدم وصول التغذية لجزء من البوردة.
7- تختبر الوظائف و البعض يضيف لها اختبار فولت / تيار لكل المداخل كاختبار إضافى للمتكاملات الخطية. أما الدوائر الرقمية فيجب التحقق من جدول الحقيقة أو جدول التحقق Truth Table كاملا ، حيث اختبار الفولت/تيار للمداخل و المخارج غير مجدى.
8- لابد من وجود رسم الدائرة الإلكترونية حتى يمكن كتابة برنامج الاختبار، لذا غالبيتها توفر أسلوب لعمل هندسة عكسية Reverse Engineering لرسم البوردة عند اللزوم.
9- تحتاج لبوردة سليمة لاختبار البرنامج لأول مرة عليها.
10- تعديل البرامج آليا. كما سبق الشرح فى نقطة 3 ، فغالبا ما تتمكن الآلة من تعديل البرنامج ذاتيا فعند الاختبار الأول للبوردة السليمة، تعطى رسالة خطأ مثل
طرف 2 متصل بالطرف 3
طرف 4 متصل بالأرضى
طرف 5 متصل بالتغذية
وعندها بالعودة للدائرة تستطيع أن تؤكد أن هذا الوضع هو القائم فعلا فتختار الخيار "قبول" و عندها يقوم البرنامج بحذف هذه الاختبارات من الملف، لهذا يجب على من يعمل على هذه الأجهزة أن يفهم آلية عمل هذه الخاصية ليوفر لها الأسلوب الصحيح للعمل، كما يفضل أن يراجع النتيجة بنفسه لتأكد من صحة الباقى و اختباره لكل ما بقى من خواصها.
تذكر أن الحاسبات لا تفهم و ما لم تضع لها خطوات و اختبارات لا تأتى من لديها بواحد فمثلا لو وضعت اختبار ضع هنا واحد – ضع هنا صفر ستكون نتيجة الاختبار ناجحة PASS دوما فلم تطلب منها قياس أى شيء .
11- عند اكتشاف خطأ توضح فى أى خطوة جزئية من الاختبار تم اكتشافه، و ما طبيعته.
12- تبرمج كليا بملفات نصية Text Files و يحولها الجهاز compile لما يحتاجه من نسق آخر.
13- تحتوى طاقم من أجهزة القياس داخليا مثل قياس الفولت و التيار والتردد و تحديد القصر و توليد الذبذبات و راسم إشارة "أوسيلوسكوب" و محلل بيانات رقمية Logic Analyzer.
14- تختبر المتكاملات / الدوائر الخطية و المنطقية. و خلاله و خاصة فى الاختبارات الرقمية، يضطر الجهاز لفرض صفر على دخول واختبار الخرج ثم واحد و اختبار الخرج بصرف النظر عن حالة الدائرة التى تقود هذا الدخل، وهذا يسمى القيادة العكسية Back Drive أى أنك تفرض الوضع على المتكاملة السابقة، وهذا يفرض ضرورة أن يكون الاختبار سريع ولا يزيد عن 25 مللى ثانية حتى لا تتلف المتكاملات بالتيار الزائد .
15- يمكنها اتخاذ القرارات المنطقية فمثلا تحدد نتيجة مسار الاختبار بناء على نتيجة اختبار نقطة ما صحيحة أو خاطئة.
16- جميع الأجهزة تحدد ما تراه غير طبيعى و على من يشغلها تحديد أى المكونات تالفة فقصر فى خرج متكاملة غالبا ما يبدو كقصر فى دخول متكاملة تالية فى الدائرة أيضا.
17- يمكن أن تتوقف فى أى نقطة من البرنامج ثم تعود لاحقا للتكملة دون أن تعوق استخدام الجهاز لاختبار بوردات أخرى فقد تحتاج عملية تغيير مكون تالف بعض الوقت، كما قد يكون لديك عدة بوردات تريد تحديد قائمة بالمكونات المطلوبة لإحضارها معا.
المرة القادمة إن شاء الله نوضح الفروق لكى نعرف فيم تستخدم كل منهما .

[ماجد عباس محمد]

أجهزة الاختبار بالتجهيزة Fixture Testers

التجهيزة أو التثبيتة Fixture أو قاعدة الدبابيس Bed Of Nails هى أشبه بعلبة محكمة ذات أبعاد قياسية ثابتة مناسبة للماكينة يرتبط غطاؤها بقاعدتها بمفصلة كما بالشكل ، القاعدة بها وسائل تثبيتها بالماكينة و نقاط اتصال فى أماكن ثابتة محددة.

الغطاء يتم تصنيعه ليطابق البوردة المراد اختبارها حيث يوضع "دبوس" فى كل نقطة يراد القياس عندها و يتم توصيله بنقطة مقابلة على القاعدة، لذا تخفى هذه العلبة ضفيرة ضخمة من الأسلاك الرفيعة بعدد نقاط القياس.
نقاط الاتصال "الدبابيس" من جزأين بينهما "سوسته" أى "نابض" لضمان الضغط و التوصيل و لها رؤوس ذات أشكال متنوعة لتناسب الضغط على نقاط الاختبار المتنوعة فنقطة قياس مسطحة تختلف عن ثقب أو طرف به لحام مثلا و تتصل من نهايتها الأخرى بسلك رفيع لنقطة اتصال بقاعدة التثبيتة.

توضع هذه التثبيتة داخل الماكينة و تثبت عليها البوردة و تغطى بواقى زجاجى.

يتم إحكام توصيل التثبيتة بالبوردة و الماكينة بخلخلة الهواء لضمان التوصيل و الضغط المتساوى.
يمكن تصنيع تجهيزة وجهين للبوردات ذات الوجهين.

بعد إحكام التثبيت يبدأ الاختبار

تتميز هذه النوعية من الماكينات إضافة للنقاط المشتركة بالآتى:

1- يمكنها عمل اختبار لكل مرحلة من مراحل التصنيع فتصنع واحدة لاختبار البوردة قبل التجميع وهى لا غنى عنها للبوردات المتعددة الطبقات و المكلفة مثل بوردات اللوحة الأم للحاسب، فلو تالفة إما يمكن إصلاحها أو لا داعى لتجميعها.
2- يمكن جعل الاختبار آليا تماما و ينتهى بقرار "سليم/تالف" مما يسرع خطوط الإنتاج فتتوجه السليمة للتجميع أو التغليف و الأخرى إما للصيانة أو خلافه.
3- يمكن اختبار عدد من البوردات فى آن وهو أيضا يعجل بالإنتاج – الصورة لتجميعة لأربع بوردات.

4- لا تختبر كل مكون إلا للضرورة ولكن تختبر أداء أجزاء و السبب أن كل نقطة اختبار تزيد من ثمن التثبيتة.
5- ألتثبيته ذات حجم ثابت و ثقيلة الوزن مما يضيف عبئ للتخزين لمركز صيانة.
6- يحتاج المستخدم لتصنيع التثبيتة لدى مختص و يجب أن يتوخى الدقة حتى تكون مطابقة تماما للبوردة، لذا يفضل أن تكون من الرسم الهندسى للدائرة.
7- لا تناسب صيانة بوردة وحيدة لكلفة التثبيتة.
8- الآلة ضخمة و تحتاج مساحة و مكان آخر لمضخة تفريغ الهواء.
9- لا تستطيع القيام بالهندسة العكسية لتحديد الدائرة.
10- يجب مراعاة توفير نقاط الاختبار عند تصميم البوردة و إلا قد لا يكون متاحا إجراء الاختبار لاحقا.
11- عند اكتشاف عطل ، سيكون من الضرورى فك البوردة من التثبيتة ثم إجراء الصيانة ثم إعادة البوردة للتثبيتة مرة أخرى، مما يشكل مزيد من الجهد الغير ضرورى.

مما سبق، فهذا الطراز أنسب لخطوط الإنتاج أكثر منه مراكز الخدمة.

المرة القادمة إن شاء الله آلات الاختبار بالماسك Clip .

[MAHDI.S]

بارك الله فيك اخي الكريم
مواضيع رائعة

[ماجد عباس محمد]

أسعدنى مروركم الكريم

[ماجد عباس محمد]

أجهزة الاختبار بالماسك Clip Testers

تعتمد هذه النوعية من الأجهزة على وحدة مكونة من ماسك أو “Clip”متصل بكابل عريض ينتهى بمقبس هذا المقبس يوصل بالجهاز كما بالصورة و ذلك لتوفير وحدة لكل مقاس من المتكاملات.


نجد مثلا 8 طرف للمتكاملات ذات 6،8 طرف و آخر 16 لكل من 14 و 16 طرف و هكذا حتى 48 طرف و أكثر.
توجد مجموعات أخرى لتناسب أشكال المتكاملات الأخرى مثل المربعة و ذات التثبيت السطحى الخ لذا فهى تحتاج لمجموعة وحدات عديدة.
يقوم الجهاز بتغذية البوردة بالجهود اللازمة حيث يوصلها لحظة الاختبار ثم ينتظر فترة للاستقرار و ينهى الاختبار فى زمن لا يتعدى 25 مللى ثانية ثم يرفع التغذية مرة أخرى.
السبب فى ذلك هو تجنب وضع الطاقة دائما ثم وضع الماسك فى مكان خطأ أو تلامس أى شيء يسبب قصر بين توصيلات البوردة فتتلف، ولكن يمكن إعطاء أمر برمجى للجهاز فيفتح الطاقة لحين تلقى أمر آخر بإغلاقها لتيسير اختبار الدوائر التماثلية مثل المكبرات و المذبذبات.
يمكنها عادة التعامل مع جهود متنوعة للتعامل مع TTL,CMOS و باقى النظم مثل التليفونات 48 فولت الخ

تتميز هذه الأجهزة بالآتى إضافة للبنود العامة السابقة
1- سهولة الاستخدام فلا تحتاج لتركيبات خاصة مكلفة
2- لا تشغل حيزا كبيرا لعدم وجود تجهيزات خاصة – فقط عدد من الماسكات
3- تناسب صيانة كارت واحد أو سلسلة فالكلفة فقط هى تحضير البرنامج
4- يمكنها عمل هندسة عكسية باستخدام زوج من الماسكات و تنقلهما عبر المكونات ثم يرسم الجهاز الدائرة الإلكترونية بعد ذلك
5- سهلة البرمجة
6- سريعة الأداء و يمكنك البدء من أى نقطة فى الاختبار.
7- يمكنك البدء سريعا فلا تحتاج وقت لتجهيز تثبيتات

يعيب هذه الأجهزة ما يلى

1- لا تختبر المتكاملات ذات الأطراف أسفل الجسم ما لم يجهز الصانع المتكاملة أو البوردة بوسيلة لهذا
2- كابلات توصيل الماسك أو Clip تحتاج لصيانة

لذا هذا النوع من الأجهزة يناسب الصيانة أكثر من خطوط الإنتاج.

المرة القادمة إن شاء الله نتحدث عن الماكينات ذات المجس الطائر

[ماجد عباس محمد]

وحدات المجس الطائر Flying probe test beds :

تعتبر هذه الوحدات أكثر الوحدات مناسبة لعملية الإنتاج و الهندسة العكسية حيث أكثرها آلية فى اتمام الكشف و التعرف الذاتى مع التدخل الأدنى من مشغل بشرى يتابع الماكينة
لكن ما هو المجس الطائر؟ حسنا مجس قياس يتصل بالآلة و يتحرك على خمسة محاور!

ماذا؟ لا يوجد سوى ثلاثه، حسنا نعد ما يلى واضعا البوردة أمامى:
1- إتجاه "س" يمين و يسار
2- إتجاه "ص" للأمام و العودة
3- إتجاه "ع" لأعلى و أسفل للوصول لنقط إتصال عالية كما بالصورة أو تخطى حائل على البوردة للوصول للجانب الآخر
4- الدوران رأسيا للوصول لنقطة من الجانب أو مائلة كما بالمجس العلوى الثانى من اليمين
5- الدورات 360 درجة افقيا للوصول بهذا الميل لجوانب المتكاملة أو المكون الأربعة.
هكذا يبدو المجس العلوى متصلا بوحدات التحكم الخاصة به

لا شك انها عملية دقيقة و معقدة – حمدا لله أننا لا نحتاج لتصنيعها .
تأتى هذه الماكينات بعدد من 4 مجسات للإحتياجات العادية و البسيطة و لكنها متقدمة أيضا فهذه الماكينة تأخذ وقت أطول لعدم توافر عدد كافى من المجسات،


و حتى 32 مجس وقت كتابة هذا المقال 2015 للإحتياجات المتطلبة و المتقدمة جدا.

طريقة برمجة هذه الآلة بسيطة و متعمقة و متطورة جدا، سنشرح البرمجة لجانب واحد و يكرر للجانب الآخر . جدير بالذكر أن البوردة متعددة الطبقات تقنية تخص التصنيع فقط ولا تحتوى مكونات داخلية – فقط وصلات.
للبرمجة، تأخذ صورة للبوردة (لو وجهين تؤخذ صورة الوجه الآخر أيضا) و تدخل للآله فتعرضها على شاشة الحاسب و توضع البوردة على إطار التثبيت بنفس اتجاهات الصورة.
تحرك مجس لنقطة على أحد أطراف البوردة وتكون واضحة و بينة ( نقطة لحام مثلا أو ثقب يربط مسار علوى بآخر سفلى) و يفضل أن يكون أقرب ما يكون لأحد أركان البوردة و ينقر على صورته بالفأرة فتسجل الآلة نقطة مرجعية رقم 1 ثم تذهب لنقطة أقرب ما تكون لركن ثان و تسجل الآلة نقطة مرجعية رقم 2 و إلى ركن ثالث وتسجل الآلة نقطة مرجعية رقم 3.
الآن تمسح الآلة الصورة و تحدد كل نقاط اللحام عليها ثم تتوقف و يجلس المبرمج أمام الشاشة و يحدد كل مجموعة و يعرفها باسم ورقم مثلا من واقع البوردة يحدد نقطتين كمكثف C103 و لو يعلم قيمته يمكنه إدخالها أيضا ثم نقطتين كمقاومة R21 و مجموعة من 14 كمتكاملة U7 و رقمها 74HC14 وهكذا حتى ينتهى محددا مكان كل قياس فبعض المكثفات تقاس من السطح العلوى و البعض من السطح السفلى.
تبدأ الآلة فى تحديد البرنامج
لو المطلوب الكشف عن الأعطال فلديك الدائرة الإلكترونية و من ثم تستطيع أن تحدد مناطق كشف فمثلا البوردة تقوم بأربع وظائف فيمكنك البدء باختبار الوظائف لتحدد أيها تكشف عنه تفصيلا فلا جدوى من فحص ثلاث ارباع البوردة السليم. و من ثم تبدأ الكشف الفعلى عن الجزء المعطل.
يبدا الكشف الفعلى باخبار الوصلات أوميا ثم تبدأ فى قياس المكونات بتقنية متقدمة بثلاث أو أربع مجسات معا لمعادلة تأثير المكونات المتصلة بها ثم تختبر المتكاملات بعد تعديل البرنامج آليا ليناسب التوصيل الفعلى (لو طرف Reset مثلا أو Load ملغى فلا تفحص هذه الوظيفة الخ) و هكذا حتى تنتهى.

لو المطلوب الهندسة العكسية فتبدأ بتحديد الإتصالات بين المكونات ثم تقيس قيم المكونات لو لم تعطى من قبل المبرمج ثم ترسم لك رسما إلكترونيا كاملا لدائرة هذه البوردة.

جدير بالذكر أنه فى جميع الأحوال يجب البدء ببوردة سليمة لتصحيح أو ضبط دقيق ما تنشئه الآلة من اختبارات أولا إن لزم الأمر.

رغم أنها مكلفة جدا إلا انها تساوى ما ينفق عليها من مال.

أرجو أن يكون هذا الشرح قد أفاد من بذل الوقت و الجهد لقراءته.

[ماجد عباس محمد]

بعض الأجهزة ألتى يمكن صنعها يدويا

قياس المكونات فى الدائرة دون فكها :

بعد أن درسنا مشاكل القياس و الآت الاختبار كيف تغلبت عليها ، فكثير من الحالات تحتاج لقياس دون الفك و لحسن الحظ نادرا ما تغير مقاومة من قيمتها بالتقادم و حتى مع السخونة الشديدة و تغير لونها تظل تعطى القيمة الصحيحة أو ربما انحراف قليل يمكن معرفته بسهولة ، أما الملفات فلو تغير لونها فما لم تكن ذات قلب حديد أو فرايت فغالبا ما تظل سليمة ما لم تكن فى دائرة جهد عالى هنا ستحدث شرارات أو يحدث تسريب لكن الفكرة أن فى الدائرة عدد قليل من الملفات و نادرا ما يتلف أحدها و قيمتها الحقيقة غالبا ما تكون تقديرية لكونها مرشح و ليست دائرة رنين و غالبا زيادتها تفيد ولا تضر.
المشكلة الكبرى فى المكثفات حيث تستخدم أعداد كبيرة منها فى الدوائر و لله الحمد معظم الأنواع لا تتأثر كثيرا و هناك نوع واحد فقط هو ما يسبب عديد من المشاكل فى الدوائر وهو المكثفات الكيماوية.

لم تكن هذه المكثفات مصدر قلق فى الدوائر السابقة لكونها تتعرض لجهود ثابتة و مكثفات الربط منها كانت تتعرض لترددات جيبية ذات قيم محدودة لكن بتطور دوائر التغذية التقطيعية، تعرضت هذه المكثفات لجهود تشغيل عالية كالسابقة مع تقطيع تيارات كبيرة بترددات 100 ك هرتز فأعلى وهى خمسة أمثال أعلى تردد صوتى كانت تتعرض له سابقا.
الموجة المربعة 100 ك هرتز تحتوى توافقيات زوجية عالية المحتوى و هذا يعرض المكثف لإجهادات عالية تسبب ارتفاع حرارته و تقليل عمره الإفتراضى و أخيرا يتبخر السائل الإلكتروليتى داخله و يبدأ فى الجفاف و تغير فى قيمته و يبدو واضحا عليه إذ ينتفخ كما بالصورة. هذا ينتج حيث يكون تيار النبضات كبيراً نسبيا بالنسبة لسعة المكثفات و ذات تردد عالى ولا علاقة له بالفولت.

فمثلا كما تحدث هذه الظاهرة فى مكثفات التقويم عند 220 فولت ، تجدها أيضا فى المكثفات المجاورة للبروسيسور على اللوحة الأم حيث لا يتعدى الفولت 5 فولت.
لنقيس قيمته فى الدائرة سنحتاج لحاسب كما شرحنا فى الأجهزة الآلية لذا سنقيس جودته، بمعنى أن المكثف يكون ذو معاوقة تعتمد على التردد و كلما زاد التردد قلت قيمة المعاوقة. لذا و كما ذكر فى كثير من المواقع المدون روابطها فى آخر الشرح، تقيس بدائرة مللى أوم ميتر ولكن بتردد يصل إلى 100 ك هرتز.
هذا الإسلوب يسمى قياس مقاومة التوالى المكافئة للمكثف ESR Equivalent Series Resistance وهى و طبقا للموقع التالى فالمكثف يكافئ
https://www.avnet.com/wps/portal/aba...ic-capacitors/

السعة الأساسية و التى يرمز لها بالرمز C فى المربع الأحمر و على التوالى معها مقاومة أومية نتيجة المواد المستخدمة فى تركيبه و يرمز لها بالرمز ESR فى المربع الأصفر و مقاومة على التوازى معه نتيجة أنه لا يوجد عازل مثالى وهى كبيرة جدا و يرمز لها بالرمز Rp فى المربع الأزرق و أخيرا على التوالى معه ملف أو حث نتيجة السلك المستخدم و لف الواح المكثف فى شكل اسطوانى هكذا

ويرمز لها بالرمز ESL فى المربع الأزرق.
مقاومة التسريب هذه لا تحتاج دائرة لقياسها ، فباستخدام آفو رقمى جيد ، يمكنه قياس حتى 20 ميجا أوم وهذا كافى لتحديد مقاومات التسريب أو بعض الأجهزة تقيس 40 ميجا و أكثر لذا ما نريد قياسه هو قيمة ESR و التى تعبر عن جودة المكثف مع المتردد وهذا هو الأكثر أثرا فى الدائرة فقد وجدت بعض هذه المكثفات المنتفخة ذات عزل جيد جدا لكن لهبوط قيمة المقاومة التوالى ESR كان لا يقوم بدوره و من ثم لا يبدأ مصدر التغذية فى العمل.
لكى نقوم بهذا سنحتاج أن نتعرف على المشكلة أولا و كيف نتغلب عليها و ما هى حدود قياساتنا فلن نستطيع عمل الدائرة كالأجهزة الآليه لحاجتها لكثير من الميكانيكا و الدقه لا توازى اختبار حفنه مكثفات استبدالهم جميعا ليس بهذه الكلفة كما أن فائدة تلك الأجهزة أكثر فى القياس و فى الهندسة العكسية.
تحليل المطلوب المرة القادمة إن شاء الله

[سنة اولى كهرباء]

السلام عليك ورحمة الله باشمهندس
ماشاء الله تبارك الله جزاك الله خير علي
هذا العمل المميز الذي يعتبر مرجع شامل
وكامل عن هذا الامر جزاك الله خير ووفقك
لكل الخير .