纜線以及連接器都是最容易也最難測試的對象,而且通常是得同時進行;一個處理RF、特別是幾十GHz訊號的互連組件,測試起來會很棘手…為什麼?因為所有東西都會影響性能,包括設定、測試儀器與設定、材質、尺寸精度、彎曲、操作方式等等因素都會影響測試性能。

還有另一種常見的連結方案應該比較容易檢測,也就是廣泛應用的壓接連結(crimp);原則上這種連結非常直接,因為連接器是用手動或是電動輔助的壓著鉗(crimper)擠壓到線路上,線路與連接器是以塑料(plastic)模式變形並緊密結合成一對,因此在電氣與機械上應該都很堅固。如果製作正確,壓接式互連的阻抗低、可靠,而且會有成本相當低的附加優點。

市面上有很多種類的壓接連接器,包括叉型與環形端子(如下圖);但是根據筆者同事,EE Times/EDN資深技術編輯Martin Rowe的經驗,不良的壓接連接器會導致發熱甚至起火。

20170314 crimp NT03P1


市面上有很多形狀與尺寸的壓接連接器,可滿足不同應用需求 (圖片來源:miketrask.com)

矛盾的是,雖然壓接連結是肉眼完全可見,卻很難檢測;很多因素會導致錯誤,例如未均勻施加的壓接力道、線路未對齊、壓力太大(可能導致固態或標準線路出現微小的裂痕)、壓力太小(通常會導致因振動而連接時斷時續)…等等。

以拆解或是拉斷測試(pull-to-failure test)等方式來檢測壓接連結的品質並不恰當,因為需要破壞連結本身;拆解只能用在樣品隨機測試或是用以驗證設定。那麼,該如何用快速又不具破壞性的方法來測試這些連結?它們都是系統的重要連結介面,可靠度是非常重要的。

為解決這個問題,美國太空總署(NASA)旗下的Langley研究中心提出的方案是用一種即時性超音波裝置(如下圖),以先進的訊號分析來判斷連結是否通過測試;該系統(現在可提供授權)是在製作壓接連結時將一道聲波傳送進去。

20170314 crimp NT03P2


NASA開發了一種測試壓接連接器品質的工具(圖片來源:NASA)

根據NASA提供的資料,隨著施加的壓力提高以及壓接連結端點繞著線路變形,穿過連結的超音波波形也會跟著改變;該系統能分析訊號的變化,包括振幅以及頻率等內容,以做為判斷線路與連結端子之電氣與機械連結品質的指標(如下圖)。

20170314 crimp NT03P3


用超音波訊號波形可輕鬆判斷壓接連結的品質(圖片來源:NASA)

NASA指出,不同的壓接連結品質問題,例如壓接力道不足、線股遺漏、線路插入不完整、絕緣部分脫落,以及線路規格不正確等,都能用這種方法被測試出來。

這種精密且顯然有效的壓接連結測試方法不只容易使用,而且是能在連結製作過程中進行,不是等到製作完成之後才測試;如果壓接連結有任何問題,操作者就能在必須以更具破壞性方法解決之前馬上停止動作、找出錯誤。如果連結通過測試,線路就能立即連到端點上,免除隨後處理纜線(通常是在龐大的線束中)的需要。

該超音波分析方法並非根據單一數字或是單一組數字,而是以累計資料來定義測試是否過關;舉例來說,其中一種方法是在壓接過程中量測施加於壓接連結一個或多個特定點之壓力,這其實是評估壓接過程中的次要部分,而非透過超音波波形看到壓接連結實際完整度。

筆者猜想,當我們收集更多資料,就有能力做出尺寸更小、成本更低的量測裝置(例如超音波收發器),以及開發智慧演算法,催生更多這類測試方案。在很多情況下,只量測單一數字可能是不夠的,我們現在也有更多可以使用的強大工具。

你曾經做過這類精密但簡單的測試嗎?或者是有哪些測試案例是你希望也有像這種方法可以提供支援的?歡迎討論!

編譯:Judith Cheng

(參考原文: No More Easy-to-Connect But Hard-to-Test Cables,by Bill Schweber)