你现在用什么设备阅读这篇文章？是智能手机、笔记本电脑还是平板电脑？想想看，你手中的设备能几乎无故障地正常运行，这多么神奇。这一切是如何实现的？从概念到生产，要打造一个高质量、坚固耐用的产品，需要经过数百个步骤。

设计产品时，设计只是成功的一半。在决定生产数百、数千甚至数百万个产品之前，你可以做尽一切必要的尽职调查。但是，如果你无法确保每个单元都按预期工作，那还不如根本不生产。

成功的另一半是测试，确保你向客户运送的是质量合格、功能正常的产品。这始于为可测试性而设计，并对产品的每个部分进行功能测试。

尽早测试，频繁测试

通常，电子设计需要PCB（印刷电路板），而PCB需要经过制造。如果PCB存在缺陷，那么整个设计就没有希望了。许多制造商都有一些内置流程，确保正在生产的设计与你提供的完全一致。

确保PCB正确是减少后续任何问题的第一步。Seeed Studio在其YouTube频道上提供了电路板创建过程的内部视角。

Seeed Studio最近开始在使用其PCB组装服务时提供免费功能测试。你向他们提供测试计划，他们将对你的一个完全组装好的PCBA进行测试！

自动光学检测（AOI）和电气测试是PCB制造阶段发现任何缺陷的最佳工具。AOI会视觉检查设计与提供的图纸是否一致，电气测试则通过物理探测PCB来测试任何错误的断路或短路。

如果制造商组装了PCB，他们通常会有另一个检测流程来确保一切正常。将进行自动光学检测以检查任何组装问题。如果有一些复杂的元件封装，X射线图像将检查元件下方是否一切正常。

即使经过这两个重要步骤，仍然可能出现问题，因此在每个完成的PCB组装安装到你的产品中或发布之前，对其进行功能测试是极其重要的。

什么是PCBA功能测试？

现在你的设计已经通过了以上所有步骤，是时候进行测试了。测试你的设计时，应该运行设计中使其正确运行的所有元素。这种测试称为功能测试。以下是功能测试中通常测试的所有内容，以确认设计按预期工作。

电压与电源

如果你的设计没有正确获得电源，什么都不会工作。你需要确认你的设计获得了正确的电压。如果你的电压错误，那么设计的其余部分就没有希望了，你需要在进行下一步之前排查问题所在。

在PCB制造过程中进行的电气测试应该能发现PCB上的任何断路或短路。无论你做过多少次，第一次给电路板通电总是令人紧张的。

微控制器与处理器

在当今世界的设计中，如果你找不到某种”大脑”，那将是很困难的。

微控制器在许多设计中都能找到，因为它们非常强大且便宜。

在你的设计中使用微控制器时，需要对其进行编程。这可以在元件焊接到电路板上之前由芯片制造商完成，但需要额外费用或更长的交货期，或者两者都需要。但拥有一种使用在系统编程器（ISP）进行编程的方式也很重要。

对于初始单元，最好自己编程，并在与电路交互时使用ISP来调试可能出现的任何问题。

信号与传感器

大多数设计都会包含某种信号，无论是作为微控制器的输出生成还是来自某个传感器。

很可能，你需要先对微控制器进行编程，然后你的设计才能按预期工作。假设你的微控制器已经编程，并且正在与所有外围组件通信。

当你的微控制器编程完成后，你应该能够测试设计的其余方面。

用户界面

大多数用户不会关心甚至不会再次思考你的产品是如何工作的，他们只是希望它能完成它承诺要做的一切。

测试面向用户的组件对于确保你的产品能够按预期为最终用户工作至关重要。这包括开关、按钮、LED、屏幕、电容触摸，或者用户将与之交互以使你的产品按你承诺的方式为他们工作的任何东西。

如何测试

在介绍如何进行功能测试之前，最好先了解过去是如何进行的。看到测试实际进行的最佳方式是参观生产与你类似产品的制造设施，并看到整个生产线，直到产品装箱并堆放在托盘上。

如果他们愿意回答，就提出问题，保持好奇心。你将学到一些新东西，这可能会在以后为你省去麻烦。

另外，有一个精彩视频，一位知名科技YouTuber在制造设施中参观，详细介绍了生产智能手机所需的一切。令人震惊的是，每件产品在离开设施前都有100多个人经手。

功能测试计划

尽早考虑测试很重要，这样你就可以将其融入你的设计中。在创建设计的框图时，思考每个元素如何测试以及它正确工作意味着什么。

记下关于如何测试每个方面的笔记。这将使你在整个设计过程中保持”为可测试性而设计”的心态。这将迫使你在原理图、PCB布局甚至微控制器的代码中包含测试方面。

想象你完成的设计。用户将如何与之互动？所有这些面向用户的功能只有在底层设计正常工作时才能发挥作用。

例如，用户触摸电容触摸屏，你期望这个动作做什么？也许它会唤醒屏幕或打开LED，然后告诉微控制器执行一个动作。

你会很快看到，这个动作将要求你的所有组件都获得适当的电压，电容触摸传感器以及LED都正确安装，并且微控制器已编程并按预期工作。

测试点

一旦你了解了需要测试的内容，就需要有一种简单的方法来物理测量设计的每个方面。

测试点只是你电路板上的焊盘，专门包括在内以便于探测。由于各种原因，你不想依赖探测元件的引脚或焊盘。

这些焊盘的大小没有规则，但它们应该足够大，以便轻松与测试探针接触。

在系统编程

如果你查看任何足够复杂产品的内部，你可能会找到一个编程头或PCB上的一个空白位置，那里可以放置编程头。

这个头通常用于在微控制器已经安装在PCB上时对其进行编程，因此称为”在系统”。

在大规模生产场景中，安装这个头没有意义。它是为设计师用于调试目的的，在生产过程中不安装以消除成本。

有许多方法可以实现这种在系统连接，我最喜欢的方法之一是使用Tag-Connect系统。这消除了板上额外元件的需要。我手边有几条这些特殊的电缆，我可以用来连接我所有的电路板，因为我在所有设计中都使用相同的Tag-Connect焊盘布局。

测试夹具

对于早期原型或数量较少的设计，自己手动测试每块电路板是有意义的。你会感谢自己进行这个练习，因为它让你能够欣赏和理解确认产品正常工作所需的条件。

人类通常在重复性方面表现不佳，因此即使有复选框，列出你的测试计划也有助于你不跳过任何步骤。

如果你能合理化测试所有电路板所需的时间，这种手动方法效果很好。当你开始扩大规模时，自动化将成为你最好的朋友。

如果你决定参观制造设施，无疑会看到一些由专用夹具执行的自动化测试。这些夹具本身就成为一个产品。它们通常涉及计算机、控制板、外壳和用户界面。它可能不像你的产品那样引人注目，但它同样重要，有时甚至更复杂。

结构

旨在反复使用的测试夹具需要在功能和结构上都坚固耐用。

一些测试夹具可能是金属外壳、3D打印部件甚至2×4木料的组合，但最终目标是相同的，它需要重复执行相同的测试并提供结果。

测试设计的流行方法是将它夹紧在一些弹簧加载的导电引脚上，这些引脚将你的电路板测试点连接到测试夹具控制电子设备。夹具应该机械地将你的电路板与这些引脚对齐，以获得最大的重复性。

尽可能自动化

理想的测试夹具应该是你可以快速放入电路板，夹紧并按下开始按钮的那种。测试夹具应该执行验证电路板所需的一切操作。

尽可能减少人为干预将增加你成功的机会。当需要在电路板上按下物理按钮时，使用由测试夹具控制的电磁铁来物理按下按钮。

如果你的设计有需要特定颜色的LED，在夹具中包含一个颜色传感器，设计用于检测你期望的颜色。

所有这些都增加了测试夹具的复杂性，但前期的努力是完全值得的。你会感谢自己的。

测试接口

测试夹具设计的另一个关键方面是使其自给自足。你不想依赖制造商拥有专用计算机来运行你的测试夹具。他们可能没有正确的软件，它可能是一台旧而慢的计算机，或者它可能在任何时刻崩溃。

你的测试夹具需要一个”大脑”，而计算机便宜、小巧，并且足以操作你的测试夹具。几乎所有测试夹具都需要从计算机运行，该计算机将执行你的测试程序。

树莓派是你的测试夹具计算机的绝佳选择。它是一台紧凑的计算机，通过带有所有GPIO、电源和通信接口的接头，可以轻松与外围设备接口。

树莓派最流行的操作系统是Linux，如果它对火星来说足够好，那么对你的测试夹具来说就绰绰有余了。

树莓派将与接口板很好地配对，该接口板扩展了树莓派的能力，以便在你的被测单元（UUT）上运行特定测试。就像覆盆子派和奶油一样。

提供你自己的计算机消除了制造商未知计算机可能产生的任何兼容性问题。没有猜测工作，因为你完全按照自己的意愿设置计算机，他们只需要插上电源即可。

冗余

为了在生产过程中进一步确保成功，考虑构建两个或三个相同的测试夹具。

这种冗余将在最坏情况下拯救你，比如测试夹具出现故障。想象一下，如果你只有一个测试夹具来测试数千块电路板。测试夹具是你的业务生产和收入之间的门户。

如果你的测试夹具出现故障，你的电路板就无法测试，因此也无法安装到你的产品中。生产将完全停止，直到测试夹具被修复或你发送另一个。

向制造商发送至少两个测试夹具，并为自己保留一个，以便并行调试可能出现的问题。

让它简单，让它明显

除非机器人已经完全接管了一切，通常你会有人推动你的产品通过生产。有人会物理地将你的电路板加载到测试夹具上并告诉它”开始”！

劳动力和时间是影响你的产品最终制造成本的因素，因此你希望一切都尽可能快速无缝。

设计你的测试夹具，使其操作方式显而易见。包括一种可重复的方法将电路板加载到测试夹具中，一个明显的按钮来启动测试，以及一个明显的方式来知道电路板是通过还是失败。

这可能包括一个过于显眼的开始按钮和大型的绿色和红色LED。

识别问题

测试以上所有内容将快速发现你的设计中的任何问题或制造缺陷。在测试计划中详细说明需要测试的一切内容很重要，这些测试可以手动或自动执行。

可能会出现几个问题，这些问题可能是由于制造缺陷、错误的元件甚至有缺陷的元件引起的。

常见PCB组装问题

虽然自动化PCB测试可以发现初始问题，但功能测试将确保只有良好的PCB组装才能进入你的产品。

制造过程中的一些常见问题可能包括以下内容：

• 焊接 – 焊接过多、焊接过少和冷焊点都可能导致连接问题。焊接过多可能导致短路，焊接过少可能导致断路，冷焊点可能给你间歇性连接。
• 元件 – 有时元件本身可能是故障点。也许元件安装反了或者安装了错误的元件。每个元件制造商都应该有质量保证流程，但偶尔会有不良品漏掉或在组装过程中损坏。元件在回流过程中也可能意外移位。
• 环境 – 一些元件对湿度敏感，如果在PCB组装前没有妥善储存，将它们送入回流过程可能导致故障。电路在制造过程中也可能被不当处理而受到物理损坏。大多数制造商都注意在制造和组装过程中出现的所有环境问题。

许多制造问题可以通过适当的PCB设计来缓解，但功能测试应该能捕获其他所有问题。

功能测试不能做什么？

功能测试的警告是，它假设你在生产前已经完成了尽职调查和原型制作。你可能会将这些纳入测试计划，但这肯定会影响测试的复杂性，更不用说所需的时间了。

功能测试不会修复设计阶段被忽视的任何问题。环境可能是影响你设计的因素，如极冷或极热的温度或湿度水平。这些类型的测试可以使用温度室运行，并在温度极端下”浸泡”你的设计。每个元件都有温度和湿度规格，在设计过程中应该遵循这些规格。

电磁干扰是另一个应该在生产前测试的设计方面。这可以使用你自己的设备进行测试，或者你可以将你的设计发送到测试实验室。在美国销售的所有电子产品都需要经过FCC测试，无论它是有意辐射器（即Wifi或蓝牙）还是非有意辐射器。此测试将发现你的设计发出的任何噪声，并确定是否需要注意。

结论

产品的可测试性可能会决定你的生产效率。将你的测试夹具视为产品的最后一道防线，因此也是你的业务的最后一道防线，确保你将优质产品交到客户手中。

我无法想象发送未经测试的产品。你的客户不应该不得不发现问题，你的产品应该给他们带来快乐而不是头痛，这是期望。

你在生产产品上的前瞻性思维最终将影响你的底线和业务声誉。谚语”垃圾进，垃圾出”仍然成立，而你控制着进入生产的内容，所以出来的不是一堆充满问题的臭垃圾。

像对待你的产品一样，以同样的思考和目的对待测试，你将增加十倍的成功机会！