10 külma fakti OBD-skanneri PCBA kohta, mida enamik riistvarainsenere õpib kõvasti

Ühendage OBD-skanner ja teie telefon süttib mootori pöörete arvu, jahutusvedeliku temperatuuri ja veakoodidega. See näeb välja sama lihtne kui USB-draivi ühendamine.

Kuid kui arvate, et sees olev PCBA on lihtsalt "Bluetoothi ​​toega protokollimuundur", siis alahinnate autoelektroonikasse kuuluvat. Siin on 10 külma ja karmi faktiOBD skanner PCBAprojekteerimine ja tootmine – sellised tõed, mis ei jõua andmelehtedele, kuid teevad sellest absoluutselt välitõrkeid.

1. Kolm OBD-II pistiku kontakti on olnud "reserveeritud" üle 25 aasta

OBD-II pistikul on 16 kontakti. Standard määratleb mõned neist selgelt:

• Pin 4 — šassii maandus

• Pin 5 — signaali maandus

• Pin 16 – akutoide (alati sees, olenemata süütevõtme asendist)

• Pin 6 ja Pin 14 — CAN_H ja CAN_L (domineeriv protokoll alates 2008. aastast)

• Pin 7 — K-Line (ISO 9141-2 / KWP2000, leidub vanematel Euroopa ja Aasia sõidukitel)

• 2. ja 10. viik – SAE J1850 PWM (Ford) / VPW (GM)

Ja siis on teised:

Nööpnõelad 1, 3, 8, 9, 11, 12 ja 13 – ametlikult tähistatud kui "tootja äranägemisel".

Mercedes võib äratussignaalina kasutada pin 1. GM võib suunata väikese kiirusega CAN-i läbi viigu 12. Volkswagen võib reserveerida viigu 3 konkreetse diagnostikakanali jaoks, et pääseda turvapadjamoodulile.

Külm tõsiasi: PCBA, mis suunab ainult CAN-i (tihvtid 6/14) ja K-Line'i (tihvt 7), läbib heitgaaside kontrolli ja loeb mootori pöördeid suurepäraselt. Kuid selleks, et pääseda juurde roolinurga anduri andmetele, ABS-pumba teabele või turvapadja mooduli mälule – need "täiustatud" diagnostikad liiguvad sageli läbi nende tootja äranägemisel tihvtide. Kui PCBA-le pole jälgi suunatud, ei ava ükski püsivara OTA värskendus seda funktsiooni kunagi. Riistvaratugi on ühesuunaline uks.

2. Sama kiibistik, erinev PCB paigutus – kuni 30% erinevus sõiduki katvuses

Kaks PCBA-d kasutavad täpselt sama MCU-d ja täpselt sama CAN-transiiverit. Üks ühendub veatult 2015 BMW-ga. Teine ei suuda suhtlust luua.

Süüdlane taandub sageli ühele detailile: CAN-diferentsiaaltakistuse juhtimine.

CAN siini jaoks on vaja 100Ω ± 10% diferentsiaaltakistust. Kui jälje laius ja vahekaugus on valesti arvutatud ning impedants triivib 85Ω või 115Ω-ni, tekivad signaali peegeldused. Silmade diagramm sulgub. Madalatel kiirustel (250 kbps, tüüpiline vanematele sõidukitele) võib süsteem siiski töötada. Kuid 2015. aasta järgsetel Euroopa sõidukitel, mis töötavad CAN-FD-ga kiirusel 2 Mbps või isegi 5 Mbps – impedantsi mittevastav plaat lihtsalt ei suuda käepigistamist.

Külm tõsiasi: paljud odavad skannerid, mis väidavad, et "ühilduvad kõigi 1996. aasta ja uuemate sõidukitega", kasutavad samu Gerberi faile mitmes tootepõlvkonnas koos nulltakistuse optimeerimisega suurema kiirusega protokollide jaoks. Need töötavad suurepäraselt vanemas Toyotas, kuid ei tuvasta end isegi uue Mercedese puhul – mitte sellepärast, et püsivara on vale, vaid seetõttu, et PCB jäljed on füüsiliselt spetsifikatsioonidest väljas.

3. 9V–36V sisendvahemik ei tähenda "universaalset ühilduvust" – vaid ellujäämist

OBD-pistiku tihv 16 võtab toite otse sõiduki akust. 12 V süsteemis töötab generaatori väljund vahemikus 13,8 V kuni 14,4 V. 24 V tarbesõidukitel on tavaline tööpinge vahemikus 27 V kuni 29 V.

Kuid püsiseisundi pinge ei ole oht. Siirded on:

• Aku lahtiühendamine generaatori pöörlemise ajal tekitab induktiivse koormuse tühjenemise naelu 60 V kuni 100 V.

• Rike pingeregulaator võib saata siini pinge hüppeliselt üle 36 V.

• Juhtme vale polaarsusega alustamine või 24 V süsteemi ühendamine 12 V sõidukiga võib kogu 24 V voolu otse OBD porti toita.

Külm tõsiasi: PCBA toitesisendi TVS-diood valitakse tavaliselt läbilöögipingega vahemikus 30 V kuni 33 V. Valige liiga madal – ja TVS klammerdub tavapärase 24 V süsteemi töötamise ajal, praadides ennast ja allavooluahelaid. Valige liiga kõrge – ja TVS ei tegutse enne, kui alalis-alalisvoolu muundur on juba kahjustatud. Seda väärtust ei leidu üheski võrdluskujunduses. See tuleneb tegelike OBD-pordi pinge lainekujude mõõtmisest kümnete sõidukimudelite lõikes. Andmelehed seda teile ei ütle.

4. OBD tihvtide tegelik eluea kitsaskoht ei ole sisestamistsüklid – see on vibratsiooniväsimus

Ostu spetsifikatsioonides on sageli OBD-pistiku jaoks märgitud "5000 sisestamistsüklit". Kuid väljade tagastus räägib teist lugu: tihvtid ei ole kulunud – jootekohad on mõranenud.

Mehhanism on lihtne:

OBD-port on paigaldatud sõiduki metallšassiile armatuurlaua alla. Kui sõiduk põrkab kokku, vibreerib port koos šassiiga. Skänneri korpus (eriti raskemad ekraanide ja akudega mudelid) ripub nende 16 tihvti teisest otsast lahti, toimides konsooli hoovana.

Iga kiirustõus tähendab jootekohas ühte paindepinge tsüklit. Üks aasta igapäevast sõitu = ligikaudu 10 000 kiirusepuudust = 10 000 väsimustsüklit.

Külm tõsiasi: OBD-pistiku eluea tegelik määraja ei ole tihvtide kullakatte paksus – see on skanneri korpuse raskuskese ja PCBA kaalujaotus. MCU ja aku paigutamine pistiku otsale lähemale ja kuvari kaugemale väljapoole asetamine nihutab raskuskese ettepoole, vähendades järsult tihvtide paindemomenti. Mõned konstruktsioonid lisavad PCBA-le kinnitusavad ja kasutavad koormuse jagamiseks korpuse sees olevaid metallklambreid. See on nähtav hetkel, kui avate korpuse – ja see annab kohe teada, kas disainer sai aru masinaehitusest või lihtsalt elektrotehnikast.

5. Transiiveri puhkevool võib tühjendada sõiduki aku vähem kui kolme kuuga

Paljud OBD-skannerid jäetakse määramata ajaks vooluvõrku ühendatuks. Omanik unustab, et nad seal on.

Hästi läbimõeldud PCBA-s lülitub MCU sügavasse unne ja CAN-transiiver lülitub ooterežiimi. Plaadi ooterežiimi koguvool peaks olema vahemikus 50 µA kuni 100 µA.

Kui aga transiiver ei ole ooterežiimiks konfigureeritud (või püsivara ei luba seda korralikult), jääb transiiver aktiivsesse kuulamisrežiimi, tarbides 5 mA kuni 10 mA. Korrutage 5 mA 24 tunniga 90 päevaga – see on 10,8 Ah aku mahutavus. Tüüpiline sõiduauto aku on 50 Ah kuni 60 Ah.

Külm tõsiasi: OBD-pistiku tihvt 16 on alati akutoitel, mitte süüte kaudu. Kõik vooluvõrku ühendatud skannerid saavad voolu 24/7, 365 päeva aastas. Vaid 0,1 mA ooterežiimi voolu erinevus võib olla erinevus skanneri vahel, mida on hea ühendada vooluvõrku, ja sellise skanneri vahel, mis kolme kuu jooksul vaikselt aku tühjendab. Seda parameetrit mõõdetakse teadus- ja arendustegevuse käigus harva, kuid see on üks juhtivaid garantiitagastusi.

6. Autotööstuses kasutatavad kondensaatorid kestavad OBD-rakendustes kommertskvaliteeti 10 korda

Võtke kaks 100 µF / 25 V MLCC kondensaatorit:

Suvel sõidukiga ühendatud OBD-skanner: suletud akende korral võib salongi temperatuur ulatuda 70 °C-ni. Kui lisada PCBA-st tulenev isekuumenemine, ületab kondensaatori kehatemperatuur kergesti 85°C.

Sellel temperatuuril lagunevad kaubandusliku kvaliteediga kondensaatorid kiiresti - elektrolüüt kuivab, mahtuvus langeb, ESR tõuseb ja toiteliini pulsatsioon suureneb punktini, kus MCU lähtestub juhuslikult.

Külm tõsiasi: kõigi kondensaatorite täiendamine AEC-Q200 klassiga lisab ligikaudu 0,50 dollarit plaadi kohta – vähem kui 2% kogu materjalimaterjalide maksumusest. Selle versiooniuuenduse vahelejätmine võib väljatõrkemäära kahekordistada. Kuid just see nurk läheb läbi, kui ostuosakond ütleb, et "ühildage ainult mahtuvus ja pinge". Tõelised eksperdid nõuavad AEC-Q200 sertifikaati ja kõrgel temperatuuril koormuse eluea katsearuannet – mitte ainult andmelehe lehte.

7. "FR-4" ei ole materjali spetsifikatsioon – see on süttivuse reiting

OBD-skannerid näevad äärmist külma, eriti põhjapoolsetel turgudel.

Kanada, Skandinaavia, Kirde-Hiina — -30°C talvised temperatuurid on rutiinsed. Külmkäivituse ajal läbib PCBA mõne minuti jooksul termošoki vahemikus -30 °C kuni kapotialuse temperatuurini.

Standardse FR-4 laminaadi Tg (klaasistumistemperatuur) on 130 °C kuni 140 °C – see tundub kõrgeima otsa puhul piisav. Kuid madalal tasemel muutub tavaline epoksüvaik rabedaks alla -25 °C. Vaskpadja ja aluspinna vaheline nake halveneb. Pärast mitut tosinat külmtermilist tsüklit võivad BGA jootekuulikeste alla tekkida mikropraod, mis põhjustavad vahelduvaid tõrkeid, mis näitavad, et "ei ühenda külma, kuid töötab hästi soojendamisel".

Külm tõsiasi: "FR-4" on lihtsalt süttivuse reiting – see ei ütle midagi termilise töökindluse kohta. Tõelised autotööstuses kasutatavad PCB-materjalid (nagu Shengyi S1000-2M või Taiyo TUC-seeria) ei ole määratletud mitte ainult Tg, vaid CTE (soojuspaisumistegur), Td (lagunemistemperatuur) ja CAF-i (juhtiv anoodhõõgniit) takistuse järgi. Kõige kriitilisem on see, et need peavad läbima 1000 termošoki tsüklit vahemikus -40 °C kuni +125 °C. Ostu spetsifikatsioon, mis ütleb lihtsalt "FR-4", on mõttetu. Konkreetse laminaadiklassi ja tarnija nime nõudmine eristab teadlikke ostjaid teistest.

8. Nööpnõel 4 ja 5 on kaks eraldi alust – neid ei tohiks tahvlil kokku siduda

Pin 4 on šassii maandus (toitetagastus). Pin 5 on signaali maandus (anduri viide). Sõiduki poolel on need omavahel ühendatud, kuid erinevate teede kaudu:

• Pin 4 kannab suurt voolu ja selle tagasivooluteel on pingelangus.

• Pin 5 kannab ebaolulist voolu ja on madala taseme signaalide võrdlusaluseks.

Kui PCBA lühistab kontakti 4 ja 5 kontakti, on tagajärjeks signaali alusplaadi müra suurenemine — see tõstab CAN-transiiveri ühisrežiimi pinget ja vähendab bitivea määra.

Külm tõsiasi: hea PCBA konstruktsioon suunab tihvtid 4 ja viik 5 eraldi tagasi põhialusele tasapinnale, kasutades toite sisendpunktis ühepunktiühendust ferriitkuuli või 0Ω takisti kaudu. See üksik detail parandab oluliselt CAN-signaali-müra suhet. Viiteskeem näitab seda peaaegu alati õigesti. Kuid paigutuse ajal lühendavad paljud insenerid need kokku, et säästa marsruutimisruumi – viga, mis on skeemil nähtamatu, kuid elektromagnetilise ühilduvuse testimisel eksimatu.

9. Mõnel sõidukil ei ole pin 16 "puhas" akuühendus

Enamikul sõidukitel ühendub tihvt 16 kaitsme kaudu otse aku positiivse klemmiga.

Kuid teatud Ameerika ja Saksamaa mudelite puhul lisab tootja pistikuga 16 järjestikku dioodi või PTC termistori, et vältida pöördvoolu ja kaitsta OBD-ahelat.

See tähendab:

• Skanner näeb 0,3–0,7 V tegelikust akupingest vähem (dioodi päripinge languse tõttu).

• Kui PMIC-i alapinge lukustuse (UVLO) lävi on seatud liiga kõrgele (näiteks lülitatakse välja alla 10 V), ei pruugi skanner külma väntamise või madala tühikäigu ajal käivituda.

Külm tõsiasi: mõned OBD-skannerid on sõidukite suhtes valivad – need töötavad ühe mudeli näitel, kuid mitte identse sõidukiga samalt tootmisliinilt. Algpõhjus pärineb sageli täpselt sellest dioodi langusest. Kogenud riistvarainsenerid seadsid PMIC UVLO läve alla 7 V — tagades, et skanner käivitub isegi kõige ekstreemsemate dioodide languse, pinge languse ja aku madala temperatuuri kombinatsiooni korral. Enamik disainereid kopeerib etalondisaini 10 V UVLO ja ei mõtle sellele enam kunagi – enne, kui saabuvad kaebused.

10. Kõik funktsionaalsed testid ei ole võrdsed

IgaOBD skanner PCBAläbib enne tarnimist tootmisliinil funktsionaalse testimise (FCT). Kuid "funktsionaalne testimine" võib tähendada väga erinevaid asju:

Külm tõsiasi: fikseeritud mustriga testimine kontrollib ainult seda, et "transiiveri kontaktid ei ole tagurpidi joodetud". Lainekuju testimine kontrollib, et impedantsi sobitamine, otstakistid, TVS-i jootmine ja tavarežiimi drosselpolaarsus on kõik õiged, sest iga füüsilise kihi probleem jätab lainekujule allkirja: madal amplituud, ühisrežiimi nihe või aeglased servad. See, kas tehas teostab lainekuju testimist või mitte, on kõige tugevam ennustaja, et "läbib tehase kvaliteedikontrolli" ja "töötab kliendi sõidukis". Ja kulude erinevus? Peamiselt katseseadme disaini keerukuses ja katsejaama tsükliajas. Tarnijad, kes soovivad siia investeerida, on tarnijad, kes mõistavad töökindlust.

Õigesti kavandatud OBD-skanner PCBA pole kunagi nii lihtne kui "jootke komponendid ja see töötab."

Millisest 16 OBD-viigust suunatakse ja millised jäävad kasutamata – kuni täpse TVS-i läbilöögipingeni, mis on määratud volti täpsusega; alates diferentsiaaltakistuse juhtimisest CAN-il kuni AEC-Q200 klassini igal üksikul kondensaatoril – iga detail määrab, kas toode on lihtsalt "funktsionaalne" või tõeliselt "usaldusväärne". Olenemata sellest, kas see elab kolm kuud põllul või jääb viieks aastaks sama sõidukiga ühendatud ilma ühegi lahtiühendamiseta.