10 hideg tény az OBD szkenner PCBA-ról, amelyet a legtöbb hardvermérnök keményen tanul

Csatlakoztasson egy OBD szkennert, és telefonja világít a motor fordulatszámával, a hűtőfolyadék hőmérsékletével és a hibakódokkal. Ez olyan egyszerűnek tűnik, mint egy USB-meghajtó csatlakoztatása.

De ha úgy gondolja, hogy a benne lévő PCBA csak egy "Bluetooth-kompatibilis protokoll konverter", akkor alábecsüli azt, ami az autóelektronikába kerül. Íme 10 hideg, kemény tény errőlOBD szkenner PCBAtervezés és gyártás – az a fajta igazság, amely nem kerül be az adatlapokba, de feltétlenül a helyszíni hibákká.

1. Az OBD-II csatlakozó három érintkezője több mint 25 éve le van foglalva

Az OBD-II csatlakozó 16 érintkezős. A szabvány világosan meghatároz néhányat:

• 4. tüske – Alváz földelés

• 5. érintkező – jelföldelés

• 16. érintkező – Akkumulátor (mindig bekapcsolva, a gyújtáskulcs helyzetétől függetlenül)

• Pin 6 és Pin 14 — CAN_H és CAN_L (a domináns protokoll 2008 óta)

• 7. tű – K-Line (ISO 9141-2 / KWP2000, régebbi európai és ázsiai járműveken található)

• 2. és 10. láb – SAE J1850 PWM (Ford) / VPW (GM)

És akkor ott vannak a többiek:

Az 1-es, 3-as, 8-as, 9-es, 11-es, 12-es és 13-as tűk – hivatalosan a „gyártó belátása szerint” jelölve.

A Mercedes használhatja az 1-es tűt ébresztőjelként. A GM a kis sebességű CAN-t a 12-es tűn keresztül irányíthatja. A Volkswagen fenntarthatja a 3-as tűt egy adott diagnosztikai csatorna számára a légzsákmodul eléréséhez.

A hideg tény: egy PCBA, amely csak a CAN-t (6/14-es érintkező) és a K-Line-t (7-es érintkező) irányítja, átmegy a károsanyag-kibocsátási ellenőrzésen, és tökéletesen leolvassa a motor fordulatszámát. A kormányszög-érzékelő adatainak, az ABS-szivattyú információinak vagy a légzsákmodul memóriájának eléréséhez azonban ezek a "továbbfejlesztett" diagnosztikai adatok gyakran ezeken a gyártó által meghatározott tűken keresztül jutnak el. Ha a PCBA-n nincsenek nyomok továbbítva, a firmware OTA frissítései soha nem oldják fel ezt a funkciót. A hardveres támogatás egyirányú ajtó.

2. Ugyanaz a lapkakészlet, eltérő PCB-elrendezés – akár 30%-os különbség a járműlefedettségben

Két PCBA pontosan ugyanazt az MCU-t és pontosan ugyanazt a CAN adó-vevőt használja. Az egyik hibátlanul csatlakozik egy 2015-ös BMW-hez. A másiknak nem sikerül kommunikációt kialakítania.

A bűnös gyakran egy részletre vezethető vissza: a CAN differenciálimpedancia vezérlésére.

A CAN-buszhoz 100Ω ± 10% differenciális impedancia szükséges. Ha a nyomvonal szélességét és a térközt rosszul számolták ki, és az impedancia 85 Ω-ra vagy 115 Ω-ra tolódik, jelvisszaverődés lép fel. A szem diagram bezárul. Alacsony sebesség mellett (250 kbps, jellemzően a régebbi járművekre) a rendszer továbbra is működhet. De a 2015 utáni európai járműveken, amelyek 2 Mb/s vagy akár 5 Mb/s CAN-FD-t futtatnak – az impedanciával nem illő kártya egyszerűen nem képes kézfogásra.

A hideg tény: Sok olcsó szkenner, amely azt állítja, hogy "kompatibilis az összes 1996-os és újabb járművel", ugyanazokat a Gerber-fájlokat használja több termékgeneráción keresztül, a nagyobb sebességű protokollokhoz nulla impedancia-optimalizálással. Tökéletesen működnek egy régebbi Toyotán, de még egy új Mercedesen sem azonosítják magukat – nem azért, mert rossz a firmware, hanem azért, mert a NYÁK-nyomok fizikailag nem megfelelőek.

3. A 9V–36V bemeneti tartomány nem az "univerzális kompatibilitásról" szól – hanem a túlélésről

Az OBD-csatlakozó 16-os érintkezője közvetlenül a jármű akkumulátorából nyeri az áramot. 12 V-os rendszeren a generátor kimenete 13,8 V és 14,4 V között működik. A 24 V-os haszongépjárműveken a normál üzemi feszültség 27 V és 29 V között van.

De az állandósult feszültség nem jelent veszélyt. A tranziensek a következők:

• Az akkumulátor lekapcsolása, miközben a generátor forog, 60 V és 100 V közötti induktív terheléskiütéseket generál.

• A meghibásodott feszültségszabályozó a buszfeszültséget 36 V fölé ugrik.

• Helytelen kábelpolaritással történő ugrásszerű indítás – vagy 24 V-os rendszer csatlakoztatása 12 V-os járműhöz – a teljes 24 V-ot közvetlenül az OBD portba táplálhatja.

A hideg tény: A PCBA tápbemenetén lévő TVS diódát általában 30 V és 33 V közötti áttörési feszültséggel választják ki. Válasszon túl alacsony értéket – és a TVS beszorul normál 24 V-os rendszerműködés közben, miközben megsüti magát és az alsó áramköröket. Válassz túl magas értéket – és a TVS nem működik, amíg a DC-DC konverter már megsérült. Ez az érték egyetlen referenciatervben sem található. Ez a tényleges OBD port feszültség hullámformáinak méréséből származik több tucat járműmodellben. Az adatlapok ezt nem mondják meg.

4. Az OBD-csapok valódi élettartamának szűk keresztmetszete nem a beillesztési ciklusokban rejlik – ez a vibrációs fáradtság

A vásárlási specifikációk gyakran "5000 beillesztési ciklust" írnak elő az OBD-csatlakozóhoz. A térbeli visszaadások azonban más történetet mesélnek el: a csapok nem koptak el – a forrasztási kötések megrepedtek.

A mechanizmus egyszerű:

Az OBD port a jármű fém alvázára van felszerelve a műszerfal alatt. Amikor a jármű ütközésbe ütközik, a port az alvázzal együtt rezeg. A lapolvasó teste (különösen a nehezebb, képernyővel és akkumulátorral rendelkező modellek esetében) a 16 tű másik végéről lóg le, és konzolos karként működik.

Minden fordulatszám-kiegyenlítés egyetlen hajlítófeszültség-ciklussá válik a forrasztási csatlakozásnál. Egy év napi vezetés = nagyjából 10 000 gyorshajtás = 10 000 fáradási ciklus.

A hideg tény: Az OBD-csatlakozók élettartamának igazi meghatározója nem a tűk aranyozásának vastagsága, hanem a szkennerház súlypontja és a PCBA súlyeloszlása. Ha az MCU-t és az akkumulátort közelebb helyezzük a csatlakozó végéhez, és a kijelzőt távolabb helyezzük el, a súlypont előre tolódik, drámaian csökkentve a tüskék hajlítási nyomatékát. Egyes kialakítások rögzítési lyukakat adnak a PCBA-hoz, és a ház belsejében fém tartóelemeket használnak a terhelés megosztására. Ez látható abban a pillanatban, amikor kinyitja a házat – és azonnal megmondja, hogy a tervező értett-e a gépészethez, vagy csak az elektrotechnikához.

5. Az adó-vevő alvó árama kevesebb mint három hónap alatt lemerítheti a jármű akkumulátorát

Sok OBD szkenner korlátlan ideig csatlakoztatva marad. A tulajdonos elfelejti, hogy ott vannak.

Egy jól megtervezett PCBA-ban az MCU mélyalvásba lép, a CAN adó-vevő pedig készenléti üzemmódba kapcsol. A teljes kártya készenléti áramának 50 µA és 100 µA között kell lennie.

Ha azonban az adó-vevő nincs készenléti üzemmódra konfigurálva (vagy a firmware nem engedélyezi megfelelően), az adó-vevő aktív hallgatási módban marad, és 5 mA-ről 10 mA-re fogyaszt. Szorozzuk meg az 5 mA-t 24 órával 90 nappal – ez 10,8 Ah akkumulátorkapacitás. Egy tipikus személygépkocsi akkumulátor 50 Ah és 60 Ah között van.

A hideg tény: az OBD-csatlakozó 16-os érintkezője mindig akkumulátorról működik, nem a gyújtáson keresztül. Bármelyik csatlakoztatott lapolvasó a hét minden napján, 24 órában, az év 365 napján fogyaszt áramot. A mindössze 0,1 mA-es készenléti áramkülönbség lehet a különbség egy olyan lapolvasó között, amelyet nyugodtan csatlakoztatva hagyhat, és egy olyan szkenner között, amely három hónapon keresztül csendesen lemeríti az akkumulátort. Ezt a paramétert ritkán mérik a K+F során – de ez a vezető szerepet játszik a garanciális visszaküldésekben.

6. Az autóipari minőségű kondenzátorok 10-es faktorral túlszárnyalják a kereskedelmi minőséget az OBD alkalmazásokban

Vegyünk két 100 µF / 25 V MLCC kondenzátort:

Nyáron járműbe csatlakoztatott OBD-szkenner: az utastér hőmérséklete elérheti a 70°C-ot csukott ablakok mellett. Ha hozzáadjuk a PCBA önmelegedését, a kondenzátor testhőmérséklete könnyen meghaladja a 85°C-ot.

Ezen a hőmérsékleten a kereskedelmi minőségű kondenzátorok gyorsan lebomlanak – az elektrolit kiszárad, a kapacitás csökken, az ESR emelkedik, és a tápsín hullámossága addig a pontig növekszik, amíg az MCU véletlenszerűen visszaáll.

A hideg tény: az összes kondenzátor AEC-Q200 minőségre való frissítése hozzávetőlegesen 0,50 USD-t jelent kártyánként, ami kevesebb, mint a teljes anyagjegyzék-költség 2%-a. A frissítés kihagyása megkétszerezheti a hibaarányt. De pontosan ez az a sarok, amely elvágódik, amikor a beszerzési részleg azt mondja: "Csak a névleges kapacitás és feszültség egyezése". Az igazi szakértők az AEC-Q200 tanúsítványt és a magas hőmérsékletű terhelési élettartam tesztjelentést kérik – nem csak az adatlapoldalt.

7. Az "FR-4" nem anyagspecifikáció – ez egy tűzveszélyességi osztály

Az OBD szkennerek extrém hideget látnak, különösen az északi piacokon.

Kanada, Skandinávia, Északkelet-Kína – a -30°C-os téli hőmérséklet rutinszerű. Hidegindításkor a PCBA -30°C-tól a motorháztető alatti hőmérsékletig néhány percen belül hősokkot szenved.

A szabványos FR-4 laminátum Tg (üvegesedési hőmérséklete) 130°C és 140°C között van – ami a csúcskategórián elegendőnek tűnik. De az alsó végén a szabványos epoxigyanta -25 °C alatt törékennyé válik. A rézpárna és az aljzat közötti tapadás leromlik. Több tucat hideg-termikus ciklus után mikrorepedések keletkezhetnek a BGA forrasztógolyók alatt, ami időszakos meghibásodásokhoz vezethet, amelyek úgy jelennek meg, hogy „hideg állapotban nem csatlakozik, de felmelegedéskor jól működik”.

A hideg tény: az „FR-4” csak egy éghetőségi besorolás – nem mond semmit a termikus megbízhatóságról. Az igazi autóipari minőségű PCB-anyagokat (mint például a Shengyi S1000-2M vagy a Taiyo TUC sorozat) nemcsak a Tg, hanem a CTE (hőtágulási együttható), a Td (bomlási hőmérséklet) és a CAF (vezető anódos izzószál) ellenállása határozza meg. A legkritikusabb, hogy 1000 hősokk cikluson kell átmenniük -40°C és +125°C között. Az a vásárlási specifikáció, amelyen egyszerűen csak az „FR-4” áll, értelmetlen. A konkrét laminátumminőség és a szállító nevének megkövetelése különbözteti meg a tájékozott vásárlókat a többitől.

8. A 4-es és az 5-ös tű két külön alap – ezeket nem szabad összefűzni a táblán

A 4-es érintkező a ház földelése (tápvisszatérítés). Az 5-ös láb a jel földelése (érzékelő referencia). A jármű oldalán ezek kapcsolódnak egymáshoz – de különböző utakon:

• A 4-es érintkező nagy áramerősséget hordoz, és feszültségesés van a visszatérő útján.

• Az 5-ös érintkező elhanyagolható áramot hordoz, és referenciaként szolgál az alacsony szintű jelekhez.

Ha egy PCBA rövidre zárja a 4-es és 5-ös érintkezőt a csatlakozónál, akkor megnövekszik a zaj a jel alaplapján, ami megnöveli a CAN adó-vevő közös módú feszültségét, és csökkenti a bithibaarányt.

A hideg tény: a jó PCBA-tervezés a 4-es és az 5-ös tűt külön-külön visszavezeti a fő alaplapra, egypontos csatlakozással egy ferritgyöngyön vagy 0Ω-os ellenálláson keresztül a tápellátás bemeneti pontján. Ez az egyetlen részlet drámaian javítja a CAN jel-zaj arányt. A referenciavázlat szinte mindig helyesen mutatja. Az elrendezés során azonban sok mérnök rövidre zárja őket, hogy helyet takarítson meg az útválasztáshoz – ez a hiba a kapcsolási rajzon láthatatlan, de az EMC-tesztelés során összetéveszthetetlen.

9. Egyes járműveken a 16-os érintkező nem „tiszta” akkumulátorcsatlakozás

A legtöbb járműben a 16-os érintkező egy biztosítékon keresztül közvetlenül csatlakozik az akkumulátor pozitív pólusához.

Bizonyos amerikai és német modelleknél azonban a gyártó egy diódát vagy PTC termisztort helyez sorba a 16-os érintkezővel – a fordított áram megakadályozása és az OBD áramkör védelme érdekében.

Ez azt jelenti:

• A szkenner 0,3–0,7 V-tal kevesebbet lát, mint az akkumulátor tényleges feszültsége (a dióda előremenő feszültségesése miatt).

• Ha a PMIC alulfeszültség-zárási (UVLO) küszöbértéke túl magasra van állítva – mondjuk, 10 V alá állítja le –, előfordulhat, hogy a lapolvasó nem indul el hidegindításkor vagy alacsony alapjárati körülmények között.

A hideg tény: Egyes OBD-szkennerek „válogatósak a járművekkel kapcsolatban” – egy modell egy példányán működnek, de nem egy azonos járművön, ugyanazon a gyártósoron. A kiváltó ok gyakran pontosan erre a diódaesésre vezethető vissza. Tapasztalt hardvermérnökök a PMIC UVLO küszöbértéket 7 V alá állítják, így biztosítva, hogy a szkenner még a legszélsőségesebb diódaesés, feszültségesés és hideg hőmérsékletű akkumulátorleállás esetén is elinduljon. A legtöbb tervező lemásolja a referenciaterv 10 V-os UVLO-ját, és soha többé nem gondol rá – amíg a helyszíni panaszok meg nem érkeznek.

10. Nem minden funkcionális teszt egyenlő

MindenOBD szkenner PCBAszállítás előtt funkcionális tesztelésnek (FCT) esik át a gyártósoron. De a "funkcionális tesztelés" nagyon különböző dolgokat jelenthet:

A hideg tény: a rögzített mintázatú tesztelés csak azt ellenőrzi, hogy "az adó-vevő érintkezői nincsenek visszafelé forrasztva". A hullámalak tesztelése igazolja, hogy az impedancia illesztés, a lezáró ellenállások, a TVS forrasztás és a közös módú fojtó polaritás mind helyesek – mivel minden egyes fizikai rétegbeli probléma nyomot hagy a hullámformán: alacsony amplitúdó, közös módú eltolás vagy lassú élek. Függetlenül attól, hogy egy gyár elvégzi-e a hullámforma-tesztet vagy sem, az a legerősebb előrejelzője annak, hogy „elmegy a gyári minőségellenőrzésen”, illetve „az ügyfél járművében dolgozik”. És a költségkülönbség? Leginkább a tesztberendezés tervezésének összetettségében és a tesztállomás ciklusidejében. Az itt befektetni hajlandó beszállítók olyan beszállítók, akik értik a helyszíni megbízhatóságot.

A megfelelően megtervezett OBD szkenner PCBA soha nem olyan egyszerű, mint "forrassza az alkatrészeket és működik".

A 16 OBD érintkező közül melyik kerül átirányításra, és melyik marad használaton kívül – a pontos TVS-letörési feszültségre, amelyet a legközelebbi volt pontossággal határoznak meg; a differenciálimpedancia szabályozástól a CAN nyomvonalon az AEC-Q200 fokozatig minden egyes kondenzátoron – minden részlet meghatározza, hogy egy termék csak „működőképes” vagy valóban „megbízható”. Akár kibír három hónapot a terepen, akár öt évig ugyanahhoz a járműhöz csatlakoztatva marad egyetlen lekapcsolás nélkül.