10 šaltų faktų apie OBD skaitytuvo PCBA, kurių dauguma aparatūros inžinierių mokosi sunkiai

Prijunkite OBD skaitytuvą ir jūsų telefone užsidegs variklio sūkių skaičius, aušinimo skysčio temperatūra ir gedimų kodai. Tai atrodo taip paprasta, kaip prijungti USB atmintinę.

Bet jei manote, kad viduje esantis PCBA yra tik „Bluetooth protokolo keitiklis“, jūs neįvertinate, kas yra automobilių elektronikoje. Štai 10 šaltų, sunkių faktų apieOBD skaitytuvas PCBAprojektavimas ir gamyba – tokios tiesos, kurios nepatenka į duomenų lapus, bet absoliučiai paverčia ją gedimais.

1. Trys OBD-II jungties kaiščiai buvo „rezervuoti“ daugiau nei 25 metus

OBD-II jungtis turi 16 kontaktų. Standartas aiškiai apibrėžia kai kuriuos iš jų:

• 4 kaištis — važiuoklės įžeminimas

• 5 kaištis — signalo įžeminimas

• 16 kaištis – akumuliatoriaus maitinimas (visada įjungtas, nepaisant uždegimo raktelio padėties)

• Pin 6 ir Pin 14 — CAN_H ir CAN_L (dominuojantis protokolas nuo 2008 m.)

• 7 kaištis — K-Line (ISO 9141-2 / KWP2000, randamas senesnėse Europos ir Azijos transporto priemonėse)

• 2 ir 10 kaištis – SAE J1850 PWM (Ford) / VPW (GM)

Ir tada yra kiti:

1, 3, 8, 9, 11, 12 ir 13 smeigtukai oficialiai pažymėti kaip "gamintojo nuožiūra".

Mercedes gali naudoti PIN 1 kaip pažadinimo signalą. GM gali nukreipti mažo greičio CAN per 12 kaištį. Volkswagen gali rezervuoti 3 kontaktą konkrečiam diagnostikos kanalui pasiekti oro pagalvės modulį.

Šaltas faktas: PCBA, nukreipianti tik CAN (6/14 kontaktas) ir K-Line (7 kontaktas), praeis išmetamųjų teršalų patikrą ir puikiai nuskaitys variklio sūkius. Tačiau norint pasiekti vairo kampo jutiklio duomenis, ABS siurblio informaciją arba oro pagalvės modulio atmintį – ši „patobulinta“ diagnostika dažnai keliauja per šiuos gamintojo nuožiūra pasirinktus kaiščius. Jei PCBA nėra nukreipta į juos pėdsakų, jokie programinės aparatinės įrangos OTA atnaujinimai niekada neatrakins šios funkcijos. Techninės įrangos palaikymas yra vienos krypties durys.

2. Tas pats mikroschemų rinkinys, skirtingas PCB išdėstymas – iki 30 % transporto priemonės aprėpties skirtumas

Dvi PCBA naudoja tą patį MCU ir tą patį CAN siųstuvą-imtuvą. Vienas nepriekaištingai jungiasi prie 2015 metų BMW. Kitas nesugeba užmegzti ryšio.

Kaltininkas dažnai nukrenta į vieną detalę: CAN diferencinės varžos valdymą.

CAN magistralei reikalinga 100Ω ± 10% diferencinė varža. Jei pėdsako plotis ir atstumas yra neteisingai apskaičiuoti, o varža nukrypsta iki 85Ω arba 115Ω, atsiranda signalo atspindžių. Akių diagrama užsidaro. Esant mažam greičiui (250 kbps, būdinga senesnėms transporto priemonėms), sistema vis tiek gali veikti. Tačiau po 2015 m. išleistose Europos transporto priemonėse, kuriose CAN-FD veikia 2 Mb/s ar net 5 Mb/s sparta – impedanso neatitinkančios plokštės tiesiog nepadės rankos paspaudimo.

Šaltas faktas: daugelis pigių skaitytuvų, teigiančių, kad „suderinami su visomis 1996 m. ir naujesnėmis transporto priemonėmis“, pakartotinai naudoja tuos pačius „Gerber“ failus keliose gaminių kartose, o didesnės spartos protokolams optimizuoja nulinę varžą. Jie puikiai veikia senesnėje „Toyota“, bet net neatpažins savęs naujame „Mercedes“ – ne todėl, kad programinė įranga neteisinga, o todėl, kad PCB pėdsakai fiziškai neatitinka specifikacijų.

3. 9V–36V įvesties diapazonas nėra susijęs su „universaliu suderinamumu“ – tai apie išlikimą

OBD jungties 16 kaištis tiekia energiją tiesiai iš transporto priemonės akumuliatoriaus. 12 V sistemoje generatoriaus išėjimas veikia nuo 13,8 V iki 14,4 V. 24 V komercinėse transporto priemonėse normali darbinė įtampa yra nuo 27 V iki 29 V.

Tačiau pastovi įtampa nekelia grėsmės. Pereinamumas yra:

• Akumuliatoriaus atjungimas generatoriui sukasi sukuria indukcinius apkrovos šuolius nuo 60 V iki 100 V.

• Sugedus įtampos reguliatoriui, magistralės įtampa gali pakilti virš 36 V.

• Pradedant nuo netinkamo kabelio poliškumo arba prijungus 24 V sistemą prie 12 V transporto priemonės, visa 24 V įtampa gali būti tiekiama tiesiai į OBD prievadą.

Šaltas faktas: TVS diodas, esantis PCBA maitinimo įvestyje, paprastai parenkamas su gedimo įtampa nuo 30 V iki 33 V. Pasirinkite per žemą – ir TVS užsifiksuoja normaliai veikiant 24 V sistemai, kepdamas pats ir pasroviui. Pasirinkite per aukštą – ir TVS neveiks tol, kol DC-DC keitiklis jau nepažeistas. Šios vertės nerasta jokiame pamatiniame projekte. Jis gaunamas išmatuojant faktines OBD prievado įtampos bangas dešimtyse transporto priemonių modelių. Duomenų lapai jums to nepasakys.

4. Tikroji OBD kaiščių tarnavimo trukmė nėra įdėjimo ciklai – tai vibracijos nuovargis

Pirkimo specifikacijose dažnai nurodoma OBD jungties „5000 įdėjimo ciklų“. Tačiau lauko grąžinimai pasakoja kitą istoriją: kaiščiai nėra susidėvėję – litavimo jungtys įtrūkusios.

Mechanizmas yra paprastas:

OBD prievadas yra sumontuotas ant automobilio metalinės važiuoklės po prietaisų skydeliu. Kai transporto priemonė atsitrenkia į iškilimą, prievadas vibruoja kartu su važiuokle. Skaitytuvo korpusas (ypač sunkesni modeliai su ekranais ir baterijomis) kabo ant kito tų 16 kaiščių galo ir veikia kaip konsolės svirtis.

Kiekvienas greičio svyravimas virsta vienu lenkimo įtempių ciklu litavimo jungtyje. Vieneri metai kasdieninio vairavimo = maždaug 10 000 greičio kalnelių = 10 000 nuovargio ciklų.

Šaltas faktas: tikrasis OBD jungties naudojimo trukmę lemiantis veiksnys yra ne kaiščių paauksavimo storis – tai skaitytuvo korpuso svorio centras ir PCBA svorio pasiskirstymas. Pastačius MCU ir bateriją arčiau kištuko galo ir padėjus ekraną toliau, svorio centras pasislenka į priekį, o tai žymiai sumažina kaiščių lenkimo momentą. Kai kuriuose modeliuose PCBA pridedamos tvirtinimo skylės ir korpuso viduje naudojami metaliniai laikikliai, kad būtų galima pasidalyti apkrovą. Tai matoma, kai atidarote korpusą – ir iš karto sužinosite, ar dizaineris suprato mechanikos inžineriją, ar tik elektrotechniką.

5. GALI siųstuvo-imtuvo miego srovė gali išeikvoti transporto priemonės akumuliatorių per mažiau nei tris mėnesius

Daugelis OBD skaitytuvų paliekami prijungti neribotam laikui. Savininkas pamiršta, kad jie ten.

Gerai suprojektuotame PCBA MCU pereina į gilų miegą, o CAN siųstuvas-imtuvas persijungia į budėjimo režimą. Bendra plokštės budėjimo režimo srovė turi būti nuo 50 µA iki 100 µA.

Bet jei siųstuvas-imtuvas nesukonfigūruotas budėjimo režimui (arba programinė aparatinė įranga jo tinkamai neįgalina), siųstuvas-imtuvas lieka aktyvaus klausymosi režimu ir ima 5–10 mA. Padauginkite 5 mA iš 24 valandų iš 90 dienų – tai yra 10,8 Ah akumuliatoriaus talpos. Įprasta lengvojo automobilio baterija yra nuo 50 Ah iki 60 Ah.

Šaltas faktas: OBD jungties 16 kaištis visada maitina akumuliatorių, o ne per uždegimą. Bet kuris prijungtas skaitytuvas maitina energiją 24 valandas per parą, 7 dienas per savaitę, 365 dienas per metus. Vos 0,1 mA budėjimo režimo srovės skirtumas gali skirtis tarp skaitytuvo, kurį galima palikti prijungtą, ir to, kuris per tris mėnesius tyliai išeikvoja bateriją. Šis parametras retai matuojamas atliekant mokslinius tyrimus ir plėtrą, tačiau jis yra pagrindinis garantinio grąžinimo veiksnys.

6. Automobiliams skirti kondensatoriai pranoksta komercinę klasę 10 kartų OBD sistemose

Paimkite du 100 µF / 25 V MLCC kondensatorius:

OBD skaitytuvas, prijungtas prie transporto priemonės vasarą: temperatūra salone gali siekti 70°C uždarius langus. Pridėkite savaiminį įkaitimą iš PCBA ir kondensatoriaus kūno temperatūra lengvai viršys 85 °C.

Esant tokiai temperatūrai, komercinės klasės kondensatoriai greitai genda – elektrolitas išdžiūsta, sumažėja talpa, didėja ESR, o maitinimo bėgio pulsacija padidėja iki taško, kai MCU atsistato atsitiktinai.

Šaltas faktas: atnaujinus visus kondensatorius į AEC-Q200 plokštę, už kiekvieną plokštę pridedama maždaug 0,50 USD – tai mažiau nei 2 % visų MK išlaidų. Praleidus šį naujovinimą, gali padvigubėti lauko klaidų dažnis. Tačiau būtent tai yra kampas, kuris nupjaunamas, kai pirkimo skyrius sako „tik talpą ir įtampą suderinkite“. Tikri ekspertai prašo AEC-Q200 sertifikato ir aukštos temperatūros apkrovos eksploatavimo trukmės bandymo ataskaitos — ne tik duomenų lapo puslapio.

7. „FR-4“ nėra medžiagos specifikacija – tai degumo įvertinimas

OBD skaitytuvai mato didelį šaltį, ypač šiaurinėse rinkose.

Kanada, Skandinavija, Šiaurės Rytų Kinija – -30°C žiemos temperatūra yra įprasta. Šalto paleidimo metu PCBA per kelias minutes patiria terminį šoką nuo -30°C iki temperatūros po gaubtu.

Standartinio FR-4 laminato Tg (stiklėjimo temperatūra) yra nuo 130 °C iki 140 °C – tai atrodo pakankamai aukštoje klasėje. Tačiau žemesnėje dalyje standartinė epoksidinė derva tampa trapi žemiau -25 °C. Sukibimas tarp vario trinkelės ir pagrindo blogėja. Po kelių dešimčių šalto terminio ciklų po BGA litavimo rutuliukais gali susidaryti mikro įtrūkimai, dėl kurių gali atsirasti periodinių gedimų, kurie rodomi kaip „neprisijungs, kai šalta, bet gerai veikia, kai sušils“.

Šaltas faktas: „FR-4“ yra tik degumo įvertinimas — jis nieko nesako apie šiluminį patikimumą. Tikros automobiliams skirtos PCB medžiagos (pvz., Shengyi S1000-2M arba Taiyo TUC serijos) yra nurodytos ne tik pagal Tg, bet ir pagal CTE (šiluminio plėtimosi koeficientą), Td (skilimo temperatūra) ir CAF (laidaus anodinio siūlelio) atsparumą. Svarbiausia, kad jie turi išlaikyti 1 000 terminio šoko ciklų nuo -40 °C iki +125 °C. Pirkimo specifikacija, kurioje tiesiog parašyta „FR-4“, yra beprasmė. Konkrečios laminato klasės ir tiekėjo pavadinimo reikalavimas informuoti pirkėjus skiria nuo kitų.

8. 4 ir 5 kaištis yra du atskiri pagrindai – jie neturėtų būti surišti lentoje

4 kaištis yra važiuoklės įžeminimas (galios grąžinimas). 5 kaištis yra signalo įžeminimas (jutiklio nuoroda). Transporto priemonės pusėje jie yra sujungti, bet skirtingais keliais:

• 4 kontaktas teka dideles sroves ir jo grįžtamajame kelyje krenta įtampa.

• 5 kontaktas teka nereikšmingą srovę ir yra žemo lygio signalų atskaitos taškas.

Jei PCBA sutrumpina 4 ir 5 kaiščius prie jungties, signalo įžeminimo plokštumoje padidėja triukšmas, o tai padidina CAN siųstuvo-imtuvo bendrojo režimo įtampą ir sumažina bitų klaidų dažnį.

Šaltas faktas: geros PCBA konstrukcijos kontaktai 4 ir 5 atskirai nukreipiami atgal į pagrindinę įžeminimo plokštę, naudojant vieno taško jungtį per ferito rutuliuką arba 0 Ω rezistorių maitinimo įvesties taške. Ši viena detalė žymiai pagerina CAN signalo ir triukšmo santykį. Nuorodos schemoje beveik visada tai rodoma teisingai. Tačiau maketavimo metu daugelis inžinierių juos sutrumpina, kad sutaupytų vietos maršruto parinkimui – ši klaida schemoje nematoma, bet neabejotina EMC bandymuose.

9. Kai kuriose transporto priemonėse 16 kaištis nėra „gryna“ akumuliatoriaus jungtis

Daugumoje transporto priemonių 16 kaištis per saugiklį jungiasi tiesiai prie teigiamo akumuliatoriaus gnybto.

Tačiau kai kuriuose amerikietiškuose ir vokiškuose modeliuose gamintojas įterpia diodą arba PTC termistorių nuosekliai su 16 kaiščiu, kad būtų išvengta atvirkštinės srovės ir apsaugotų OBD grandinę.

Tai reiškia:

• Skaitytuvas mato nuo 0,3 V iki 0,7 V mažiau nei tikroji akumuliatoriaus įtampa (dėl diodo tiesioginės įtampos kritimo).

• Jei PMIC žemos įtampos blokavimo (UVLO) slenkstis nustatytas per aukštas (pvz., išjungiamas žemiau 10 V), skaitytuvas gali nepaleisti šalto sukimosi metu arba esant žemai tuščiosios eigos režimui.

Šaltas faktas: kai kurie OBD skaitytuvai yra „išrankūs transporto priemonėms“ – jie veikia su vienu modelio pavyzdžiu, bet ne su identiška transporto priemone iš tos pačios gamybos linijos. Pagrindinė priežastis dažnai siejama su būtent šiuo diodo kritimu. Patyrę aparatūros inžinieriai nustato PMIC UVLO slenkstį žemiau 7 V — užtikrindami, kad skaitytuvas įsijungtų net esant ekstremaliausiam diodo kritimo, įtampos kritimo ir akumuliatoriaus išsikrovimo šaltai temperatūrai deriniu. Dauguma dizainerių nukopijuoja etaloninio dizaino 10 V UVLO ir daugiau apie tai negalvoja – kol nepateikiami skundai.

10. Ne visi funkciniai testai yra lygūs

kasOBD skaitytuvas PCBAPrieš išsiunčiant, gamybos linijoje atliekamas funkcinis bandymas (FCT). Tačiau „funkcinis testavimas“ gali reikšti labai skirtingus dalykus:

Šaltas faktas: fiksuoto modelio testavimas tik patvirtina, kad „siųstuvo-imtuvo kaiščiai nėra lituoti atgal“. Bangos formos bandymas patikrina, ar varža atitikimas, galiniai rezistoriai, TVS litavimas ir bendrojo režimo droselio poliškumas yra teisingi, nes kiekviena fizinio sluoksnio problema palieka signalo formą: maža amplitudė, bendrojo režimo poslinkis arba lėtos briaunos. Nesvarbu, ar gamykla atlieka bangos formos bandymus, ar ne, yra vienintelis stipriausias „praeina gamyklos kokybės kontrolės“ ir „darbų kliento transporto priemonėje“ rodiklis. O kaštų skirtumas? Dažniausiai tai susiję su bandymo įrangos projektavimo sudėtingumu ir bandymų stoties ciklo trukme. Tiekėjai, norintys čia investuoti, yra tiekėjai, kurie supranta lauko patikimumą.

Tinkamai suprojektuotas OBD skaitytuvas PCBA niekada nėra toks paprastas kaip „lituokite komponentus ir jis veikia“.

Iš kurių iš 16 OBD kontaktų nukreipiami ir kurie lieka nenaudojami – iki tikslios TVS gedimo įtampos, nurodytos voltų tikslumu; nuo diferencinės varžos valdymo CAN pėdsakuose iki AEC-Q200 klasės kiekviename kondensatoriuje – kiekviena smulkmena lemia, ar gaminys yra tik „funkcionalus“, ar tikrai „patikimas“. Nesvarbu, ar jis išgyvena tris mėnesius lauke, ar lieka prijungtas prie tos pačios transporto priemonės penkerius metus be jokio atjungimo.