مهندسی معکوس برد: روشها و ابزارها
مقدمه
مهندسی معکوس برد امری بسیار مهم و حیاتی در فرایند ساخت و طراحی به خصوص در صنعت ایران میباشد. این فرایند شامل بررسی دقیق و آنالیز اتصالات، ساختار و توپولوژی یک برد مدار چاپی میباشد که میتواند موجب بازسازی، آپدیت یا حتی طراحی محصولی کاملا جدید و متفاوت شود که از فناوری های برد قبلی استفاده میکند. در بسیاری مواقع علیالخصوص در به روز آوری صنایع فرسوده که به صورت تدریجی انجام میشود، شما نیاز دارید با مهندسی معکوس بخشی از سیستم را جایگزین کنید به نحوی که برد جدید شما تمام عملیات و فانکشنهای مدار قبلی را مرتبا با همان پروتکلها انجام دهد. در این مقاله قصد داریم بررسی بسیار مفصل و جامعی در حوزه مهندسی معکوس مدار و بردهای الکترونیکی، چالشها، ابزار مورد نیاز و اصول اخلاق مهندسی که باید رعایت شود را بررسی کنیم. انتهای این مقاله شما دید کاملی نسبت به روند مهندسی معکوس و اهمیت و کاربرد های آن خواهید داشت و آماده هستید اولین تجربه خود را در این زمینه رقم بزنید.
مهندسی معکوس مدار چیست؟
به طور کلی مهندسی معکوس یک برد الکترونیکی یا PCB به تمام مراحل آنالیز و تحلیل برد مدار چاپی موجود و باز مهندسی کردن آن با هدف ساخت نمونه جدیدی هست که از منظر عملکردی کاملا مشابه نمونه اصلی باشد.
دلایل اصلی مهندسی معکوس PCB
یکی از دلایل بسیار مهم مهندسی معکوس جایگزینی یک برد در یک سیستم، یا جایگزینی یک قطعه در یک برد با استفاده از سخت افزار و فناوری در دسترس هست. جایگزینی قطعات نیازمند محاسبات دقیق از طریق فرمول های مداری معروف این حوزه هست که در مقاله ای مجزا بررسی خواهد شد. قطعات الکترونیکی دارای پارامتر های مربوط به زمان هستند که یکی از مهم ترین آنها پدیده Aging است. به این معنی که منحنی عملکرد این قطعه تغییراتی در گذر زمان خواهد داشت. لذا باید در نظر داشت که نمیتواند تا ابد عملکرد روز اول خود را ادامه دهد و باید در زمان مناسب فکری به حال تعویض برخی قطعات یا باز طراحی و به روزآوری مدار داشت.
مثال: تصور کنید که یک امپلی فایر یا تقویت کننده صوتی دارید که سالهای سال عملکرد فوق العاده ای به شما
داده است اما پس از سالها یکی از ترانزیستور ها معیوب شده و از مدار خارج میشود. پیدا کردن دقیق همان ترانزیستور ممکن است پس از گذشت این سالها از زمان تولید دستگاه مقدور نباشد. این اتفاق میتواند به دلیل توقف تولید آن قطعه باشد یا حتی به دلیل این باشد که بسیاری از شرکت ها به خصوص شرکتهای چینی از قطعات ASIC استفاده میکنند. این قطعات برای کاربری های خاص طراحی میشوند و قطعاتی نیستند که به صورت جنرال در بازار عرضه شوند و فقط به دست همان شرکت درخواست کننده میرسند. در چنین شرایطی شما نیاز دارید مدار را مهندسی معکوس کرده، نقش ترانزیستور معیوب را آنالیز کنید و پارامتر های مورد نیاز را بررسی کنید تا یک ترانزیستور مناسب برای جایگزینی آن پیدا کنید.
دلیل مهم دیگر که امروزه بیشتر مورد بحث هست، پیدا کردن بینش دقیق تر نسبت به محصولات
رقیب در بازار میباشد. با مهندسی معکوس محصولات آنها میتوان اطلاعات خوبی نسبت
به سطح فناوری و ایدههای برتر شرکت رقیب پیدا کرد و با بهبود آنها تلاش کنید از
آنها پیشی بگیرید. البته که رعایت اصول اخلاقی در این بخش یک خط قرمز مهم برای هر
مهندس الکترونیک خواهد بود!
همچنین مهندسی معکوس بردهای مدار چاپی گاهی با هدف افزایش بازدهی، بهرهوری و
بهینه سازی مدار صورت میگیرد. گاهی نیاز است استاندارد های جدیدی در یک مدار لحاظ
شود از جمله مدارات حفاظتی جدید که باید به ساختار قبلی اضافه شوند یا سیستم های
مدیریت حرارتی مدار. برای این امور نیز شما باید کاملا نقش المان های مداری را
تحلیل کرده تا بتوانید بخش های جدید را به مدار اضافه کنید.
کاربرد جالب دیگر مهندسی معکوس در شرکت های بزرگ تر افزایش کیفیت سیستم امنیتی
خود آن هاست. برای اینکه بتوانید مدار خود را از دست مهندسی معکوس رقبای موجود در
بازار محفوظ بدارید باید خودتان بار ها تلاش کنید آن را مهندسی معکوس کنید و هر
بار سعی کنید چالش هایی در این مسیر به وجود بیاوردی تا کار خود را سخت تر کنید.
آنالیز برای رقابت با رقبا
همانطور که پیشتر هم بیان شد یکی از کاربرد های مهندسی معکوس بررسی میزان
پیشرفت و فناوری های به کار گرفته شده توسط رقبای شما میباشد. با رصد ساختار های
مورد استفاده توسط رقیبان شما در بازار میتواند نقات ضعف آن ها را پیدا کنید تا
با برطرف کردنشان از آن ها سبقت بگیرید. میتوانید نقاط قوتشان را پیدا کنید تا به
کار خود اضافه کنید تا از آنها عقب نیفتید. میتواند با بهتر کردن نقاط قوتشان
محصولات آنها را از رده خارج کنید و در کل سیاست های تجاری متفاوتی را میتوانید
در پیش بگیرید که مهندسی معکوس عامل فنی است که شمارا به سمت و سوی استراتژی های
درست سوق میدهد.ن هارا پیدا کنید تا با
برطرف کردنشان از آنشسبیمنتشسیخعا
مثال: یک شرکت تولید کننده گوشی های هوشمند میخواهد بررسی کند تا
ببیند چرا موبایل های یک برند مشخص که رقیب آنهاست در بازار عمر باتری طولانی تری
دارند. با مهندسی معکوس میتوان به بررسی نحوه مدیریت انرژی از نظر سخت افزاری و
نرم افزاری در محصول رقیب پرداخت و ایده های اصلی آنها را کشف و استفاده کرد.
طراحی، صحت سنجی و رفع مشکلات
در مراحل طراحی معکوس یک برد علاوه بر آنالیز و تحلیل مدار، صحت سنجی عملکرد و
رفع مجدد مشکلات یا به اصطلاح مهندسی دیباگ، گامی بسیار مهم و تعیین کننده است. در
فرایند ارائه یک محصول الکترونیک، از نمونه سازی گرفته تا تولید انبوده، در هر
مرحله ایرادات بسیار زیادی در نمونه های ساخته شده مشاهده میشود که میبایست مورد
بررسی قرار گرفته تا طول عمر دستگاه و عملکرد آن در کوتاه مدت و بلند مدت را بیمه
کند. معمولا در این مراحل بررسی ولتاژ های مدار، تامین تغذیه مناسب برای همه بخش
های مدار و بررسی سیگنال های کنترلی و سنسور ها در الویت قرار دارد. بررسی این پارامتر ها به شما
این امکان را میدهد تا سر نخ باگ های مدار را پیدا کرده و به سر منشا آنها
برسید. تفاوت اصلی بین طراح و تعمیرکار مدار در همین مورد است که طراح تا عامل به
وجود آمدن مشکل را پیدا نکند اقدامی به رفع موقت مشکل با راهکار هایی نظیر تعویض
قطعات نمیکند.
مثال: در هنگام دیباگ مدار متوجه میشوید که یک آیسی سوخته و دیگر
کارکرد درستی ندارد. ممکن است با تعویض آیسی تا مدتی محدود مجددا مدار شما به
فرایند کار نرمال خود بازگردد اما ارزش کار مهندسی شما این است که پیش از تعویض
قطعه معیوب دلیل معیوب شدن آن را به صورت قطعی پیدا کنید تا مانع از سوختن آیسی
بعدی نیز بشوید.
موارد فنی:
ابزار های فنی مهندسی معکوس:
·
پردازش سیگنال: در این
مرحله از آنالیز های فوریه، طیف سنجی های فرکانسی و ابزار هایی نظیر اسیلسکوپ و
دیجیتال آنالایزر در کنار نرم افزار های موجود در بازار استفاده میشود تا مهندس
الکترونیک بتواند دید وسیعی نسبت به وقایع سیگنالی مدار، از آنالوگ گرفته تا
دیجیتال، داشته باشد.
·
محاسبات تطبیق
امپدانس: مهندسین باید امپدانس خطوط انتقال سیگنال های مهم را در
نظر داشته باشند تا مبادا در اثر افت ناشی از امپدانس اطلاعات سیگنال مورد تضعیف
قرار گیرند. نکته حائز اهمیت این هست که سیگنال های اصلی ما معمولا خطی نبوده و
متناوب اند به این معنی که یک طیف فرکانسی مشخص را در بر دارند که شامل فرکانس
اصلی، هارمونیک های آن و نویز های الکترومغناطیسی و حرارتی محیط و المان های اطراف
خطوط میشوند. مدارات ما در ساختار خود دارای سلف و خازن و مقاومت هایی هستند که
گاها به صورت فیلتر عمل میکنند. این فیلترها از دیدگاه ریاضی-فیزیک در معادلات خود
بهره ای تابع فرکانس دارند. به این معنی که امپدانس خط شما که میتواند از خازن و
مقاومت تشکیل شده باشد نسبت به فرکانس های مختلف متفاوت است. پس باید برای انتقال
صحیح یک سیگنال در فرکانس مشخص حتما به امپدانسی که سر راه آن قرار میدهید توجه
کافی را داشته باشید.
·
محاسبه حاشیه
نویز: در بخش دیجیتال باید حاشیه نویز را در نظر بگیرید تا
مطمعمن باشید که این سیگنال ها در همچنان در آستانه های تعریف شده خود باقی میمانند.
·
تحلیل دمایی: یکی از
عوامل مهم در مدار و المان های نیمه هادی پارامتر های دمایی است چراکه بر عملکرد
قطعات و جریان عبوری و طول عمر قطعات بسیار موثر اند. مقدار حرارت تولیدی و مقدار
موفقیت سیستم شما در دفع آن، با توجه به آستانه تحمل و شرایط عملکرد مطلوب قطعات
شما باید مورد بررسی دقیق قرار بگیرند.
کنترل کیفیت و فرایند ساخت برد و تولید PCB
در فرایند ساخت و تولید دو رویکرد بسیار حائز اهمیت هستند. کنترل کیفیت و
بهینه سازی تولید. کنترل کیفیت، نظارت دقیق و جزئی بر تک تک مراحل تولید است که
تمامی آنها با کیفیت مطلوبی پاس شوند. سه فناوری عمده در این مراحل کمک حال
مهندسین است. کنترل کیفیت با بینایی ماشین، X-ray و تست های در
مدار یا In Circuit. در تست های درون مداری مشکلاتی از قبیل
ایرادات بخش لحیم کاری و مونتاژ و عدم فیکس بودن قطعات روی فوت پرینت را آشکار
میکنند و مطمعن میشوید که مدار استاندارد های سخت افزاری مناسب را دارد. لازم به
ذکر است که باید از تامین قطعات از منابع
معتبر اطمینان حاصل کرد و در صورت داشتن امکانات مناسب قطعات پیش از مونتاژ حتما
تست شوند.
به شکل همزمان، بهینه سازی در تولید به معنی بالا بردن عملکرد کلی در فرایند
تولید و ساخت است. برای این مرحله شبیه سازهای مداری و متریالی کمک شایانی به شما
میکنند تا پیش از رفتن سراغ ساخت و تولید انبوه دید بسیار خوبی نسبت به مشکلاتی که
انتظار شمارا میکنشد داشته باشید و بسیاری از آن هارا پیش از رو برو شدن با آن ها
برطرف کنید. در فرایند ساخت، کاهش تلفات در قطعات و بخش لحیم کاری و کاهش هزینه با
شیت بندی مناسب در فرایند چاپ میتوان به روند بهینه سازی تولید انبوه کمک کرد.
در این مقاله به بررسی کلی و معرفی مهندسی معکوس برد و مدار و کاربرد های آن
در زمینه های مختلف صحبت کردیم. هر چند که مهندسی معکوس برد همواره امری پر ریسک
برای صاحبان صنایع است و باید به دست افراد متخصص و با تجربه صورت پذیرد. در این
راستا شرکت رادان الکترونیک فردوسی با بهره گیری از متخصصان با تجربه در زمینه
طراحی برد و مدار الکترونیکی آماده خدمت رسانی به صنعت کشور و کسب و کار کشور میباشد.
برای مشاوره و درخواست طراحی و تولید لطفا با ما در ارتباط باشید.