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Un Innovativo Tester Over-the-Air Guida la Creazione di Dispositivi IoT a Basso Costo

Un Innovativo Tester Over-the-Air Guida la Creazione di Dispositivi IoT a Basso Costo | HYPES  - Electronic components | Scoop.it
Si stimano entro il 2020 circa 20 miliardi di dispositivi connessi e in comunicazione tra loro, che si tratti di dispositivi domestici intelligenti, di apparecchi, dispositivi sanitari indossabili connessi o di auto connesse. L'IoT porterà enormi vantaggi, efficienze e opportunità di business. Tuttavia, per garantire il successo dell'IoT, tutti i dispositivi, compresi i minuscoli sensori, devono essere altamente affidabili, a basso costo e con un elevato throughput di produzione. I metodi di test tradizionali sono semplicemente troppo costosi e richiedono molto tempo per soddisfare questi requisiti tra loro in conflitto.

Perché testare i dispositivi IoT? 
Il test è fondamentale per le applicazioni IoT. Molti casi d'uso dell'IoT riguardano applicazioni mission critiche come il monitoraggio di processi critici in applicazioni industriali o il monitoraggio dei segni vitali di un paziente nelle applicazioni mediche. Senza test adeguati, i dispositivi possono fallire o funzionare nel mondo reale con prestazioni che non corrispondono a quanto è stato misurato in un ambiente di laboratorio. Nelle applicazioni “mission-critical”, eventuali guasti o imprevisti possono causare pericolo di vita.

Dal punto di vista della progettazione, un test corretto dei dispositivi IoT consente: 
• filtraggio di componenti o dispositivi difettosi o marginali; 
• rilevazione di problemi di montaggio, quali componenti installati in modo errato, disallineamento del posizionamento dei componenti, orientamento errato, giunzioni saldate a freddo e PCB errati; 
• identificazione tempestiva della deriva delle prestazioni in modo che sia possibile intraprendere azioni correttive prima che sia troppo tardi per evitare guasti gravi e potenziali richiami di prodotto dopo la consegna.

In definitiva, l'obiettivo del test del dispositivo IoT è migliorare la qualità e l'affidabilità del prodotto, cosi come aiutare a proteggere la reputazione di un'azienda e a garantire la fiducia dei clienti.

Immaginiamo ora per un momento che cosa succederebbe se i test non fossero stati eseguiti correttamente. Le conseguenze di un guasto del prodotto potrebbero essere significative: potrebbe comportare enormi quantità di tempo per la risoluzione dei problemi o la riparazione del dispositivo. E, se il prodotto fosse già stato spedito ai clienti prima che il problema venisse rilevato, l'impatto potrebbe essere anche peggiore, comportando un richiamo del prodotto e un impatto negativo sul marchio dell'azienda.

Parametri chiave da testare Il test dei dispositivi IoT non deve essere complesso o costoso, presumendo che si conoscano i parametri critici che influiranno sulle prestazioni del dispositivo. I dispositivi IoT utilizzano in genere un modulo RF pre-testato e le prestazioni di tale modulo sono garantite dal fornitore del modulo. Il test parametrico completo è già stato eseguito a livello di chipset o modulo. Tuttavia, il design del dispositivo e il modo in cui il chipset o il modulo verranno utilizzati nel progetto effettivo potrebbero in qualche modo alterare le prestazioni.

Ad esempio, quando molti componenti sono assemblati in uno spazio ridotto a causa delle limitazioni della superficie sulla scheda, possono verificarsi interferenze e disallineamenti che ancorché abbiano superato marginalmente la fase di progetto causando il fallimento in produzione. Anche la tolleranza della dimensione dell'alloggiamento meccanico può essere problematica. Il test del dispositivo con o senza copertura può modificare il modello di propagazione delle onde elettromagnetiche e causare un cambiamento delle prestazioni quando testato in diverse configurazioni. Problemi di assemblaggio come la quantità di lega saldante applicata, la tolleranza del valore del componente e il disallineamento del posizionamento e componenti mancanti possono anche causare un guasto del dispositivo.

Comprendere i parametri chiave del test e il loro impatto sulle prestazioni del prodotto è fondamentale per decidere opportunamente la copertura del test.

Test della sensibilità del trasmettitore e del ricevitore. 
Per garantire che il prodotto soddisfi le prestazioni nel raggio di trasmissione specificato, è necessario verificare sia la sensibilità del trasmettitore che la sensibilità del ricevitore. La misurazione della potenza del trasmettitore assicura che il dispositivo emetta potenza sufficiente per raggiungere il ricevitore, ma non così alta da violare i requisiti normativi o consumare energia non necessaria che scarica la batteria. Il test di sensibilità del ricevitore controlla il livello di potenza del segnale che deve essere presente nel ricevitore per poter decodificare i dati correttamente a una determinata velocità di trasmissione del pacchetto.

Frequenza di errore del pacchetto (PER). 
La misurazione del PER è comunemente usata per misurare le prestazioni del ricevitore. Molti sistemi wireless hanno una tecnica di rilevamento e correzione degli errori che verifica se i dati inviati dal trasmettitore sono correttamente ricevuti dal ricevitore. Se i dati vengono ricevuti correttamente, il ricevitore invia un segnale di conferma al trasmettitore in modo che venga inviato il successivo pacchetto di dati. Se i dati sono corrotti, il trasmettitore deve inviare nuovamente i pacchetti, determinando una velocità di trasferimento dei dati più lenta. Ad esempio, in una trasmissione Bluetooth, l'impossibilità di ricevere una conferma dal ricevitore farà sì che il trasmettitore rinvii i dati influenzando, a sua volta, il flusso di dati del sistema. È importante quindi verificare le prestazioni PER del ricevitore per garantire una buona velocità di trasferimento dei dati.

Il test del PER viene eseguito contando il numero di pacchetti ricevuti dal dispositivo su una serie di pacchetti di test consecutivi trasmessi dal tester. Questo test viene normalmente eseguito al livello più sensibile.

Ricerca della Sensibilità. 
Un altro test correlato al ricevitore è la ricerca della sensibilità. Questo test viene eseguito regolando la potenza in ingresso al ricevitore sull'intero intervallo di potenza, per trovare il livello di potenza al quale il PER inizia a fallire. Questo test è comunemente usato per caratterizzare le prestazioni del ricevitore. Poiché può richiedere molto tempo, dovendo passare attraverso molti livelli di potenza per trovare quello più sensibile, in genere non fa parte del test di produzione standard. Tuttavia, è utile controllare casualmente alcuni dispositivi in produzione per rilevare la deriva delle prestazioni o rilevare eventuali problemi di qualità.

Attenzione: Affronta le Sfide in Anticipo Una volta definiti i parametri critici che possono influire sulle prestazioni del tuo dispositivo IoT, il passo successivo è definire le strategie di test. Queste varieranno a seconda dello standard wireless utilizzato. I produttori di dispositivi IoT che si occupano degli standard Bluetooth Low Energy (BLE) e Wireless Local Area Network (WLAN), ad esempio, affrontano una serie di sfide critiche nello sviluppo di strategie di test di produzione. Le prime quattro sfide includono:

1. Mancanza di una connessione cablata. Molti dispositivi IoT sono economici e di dimensioni compatte. Hanno antenne integrate e l'intero dispositivo è incapsulato in un piccolo alloggiamento senza accesso a una connessione cablata per le misurazioni. Senza connessione, i progettisti e i produttori devono capire come eseguire le misure su trasmettitore e ricevitore. 
2. È richiesto un driver specifico per il chipset. La maggior parte dei metodi di test BLE e WLAN richiede un driver specifico per chipset per mettere il dispositivo in modalità test. Questa fase richiede tempo poiché diversi chipset richiedono driver diversi. Lo sviluppo e la gestione di molte versioni di driver è un processo complicato per la maggior parte degli ingegneri di test. Occorrono mesi per sviluppare un driver e questo richiede una stretta collaborazione con il fornitore di chipset per sviluppare il metodo di test. Sono quindi necessari passaggi di produzione aggiuntivi per caricare e scaricare il firmware di prova. 
3. Tempo di prova lungo. I metodi di prova esistenti che utilizzano la modalità di test (noto anche come test di non segnalazione) comportano un lungo tempo di test. In genere, questo metodo richiede all'operatore di eseguire il flashing del firmware di prova, eseguire un lungo elenco di test del trasmettitore e del ricevitore, rimuovere il firmware di test e caricare il firmware finale disponibile. Ciò si traduce in un lungo periodo di prova che influisce negativamente sul costo del test e del throughput di produzione. 
4. Incapacità di catturare difetti che si sono verificati dopo l'assemblaggio finale. Poiché si sta testando il prodotto quando non è nella sua forma definitiva e non con il firmware definitivo, si corre il rischio di non catturare i difetti verificatisi durante il processo di assemblaggio finale e di spedire un prodotto difettoso ai clienti.

Risoluzione delle Sfide relative al Test dei Dispositivi IoT Fortunatamente, queste sfide possono essere facilmente risolte con un nuovo metodo di test che utilizza un tester di segnalazione over-the-air (OTA) innovativo. Utilizzando il tester, sia le misure del trasmettitore che quelle del ricevitore possono essere eseguite via etere, sfruttando i pacchetti di forme d'onda standard come definito dalle specifiche Bluetooth o 802.11.

Ad esempio, i dispositivi BLE trasmetteranno ai 3 canali pubblicitari. Misurando questi canali, un tester di segnalazione OTA può ottenere le necessarie misure della potenza di trasmissione. Per le misurazioni del PER, il tester invia messaggi al dispositivo per stimolarlo a rispondere. Contando i segnali di risposta ricevuti con successo, il tester può quindi ottenere il PER del dispositivo.

Utilizzando questo metodo, un controllo delle prestazioni del trasmettitore e del ricevitore può essere completato in meno di 30 secondi, offrendo un miglioramento significativo sia del tempo che del costo di test complessivo. Inoltre, questi test possono essere eseguiti senza la necessità di un driver chipset proprietario o l'accesso alle porte di comunicazione digitale (UART o USB) per controllare il dispositivo.

I test del trasmettitore e del ricevitore possono essere eseguiti utilizzando il firmware di produzione finale, rimuovendo in tal modo i passaggi aggiuntivi di flashing e rimozione del firmware di prova. Il risultato è un tempo di test complessivo più veloce. Il dispositivo viene anche testato nel suo imballaggio finale e con il firmware definitivo, il che aiuta a garantire che la maggior parte dei difetti di fabbricazione vengano catturati e garantisce che le prestazioni del prodotto saranno quelle previste nel mondo reale.

Conclusione Il numero di applicazioni IoT utilizzate in tutto il mondo si sta espandendo rapidamente. Questa crescita offre enormi opportunità ai produttori di dispositivi IoT, ma crea anche una serie di sfide enormi. La chiave del successo di questi produttori risiede nella loro capacità di portare i loro prodotti sul mercato in modo rapido, economico e con una qualità eccellente.

Una nuova categoria di soluzioni di test funzionali che esegue test delle prestazioni over-the-air, offre ora ai produttori di dispositivi un modo ideale per affrontare queste sfide direttamente. Con questo tipo di soluzione, sia i progettisti che i produttori possono eseguire accurati test del trasmettitore e del ricevitore in modo rapido ed economico per garantire un prodotto di alta qualità.  

L'autore 
Sook-Hua Wong è Industry Segment Manager nel gruppo General Electronics Measurement Solutions di Keysight Technologies. Prima di questo ruolo, è stata product planner, responsabile della pianificazione strategica e dello sviluppo del portfolio di prodotti per misuratori di potenza e sensori RF / Microonde. Sook-Hua detiene un B.S. in Ingegneria Elettrica presso la University of Technologies Malaysia (1999) e un M.S. in Electronic System Design Engineering presso l’University of Science Malaysia (2003). Può essere contattata all’indirizzo sook-hua_wong@keysight.com.
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