Connecteurs sacrificiels : le guide complet

Un connecteur sacrificiel (connector saver en anglais) est une pièce bon marché et remplaçable, placée entre l'unité sous test (UUT) et le banc de test : c'est elle, et non le banc, qui encaisse l'usure de chaque branchement. Quand ses contacts sont usés, on la remplace en quelques minutes sans toucher au câblage du banc. On parle aussi de carte d'usure, de carte sacrificielle ou de port saver pour les ports RF des instruments.

Pourquoi un banc de test a besoin d'un connecteur sacrificiel

La plupart des connecteurs d'un produit sont prévus pour être branchés quelques fois : une fois à l'assemblage, quelques fois en service. Un poste de test en production les branche des centaines de fois par semaine.

Un connecteur de banc spécifié pour 50 cycles est hors spécification avant la fin de la première équipe. Au-delà, la résistance de contact augmente et les contacts perdent leur force de rétention. Le poste produit alors des échecs intermittents qui ressemblent à des défauts produit : une ligne moteur qui décroche quelques millisecondes, une trame de télémétrie perdue, une mesure de courant qui dérive.

Le connecteur sacrificiel reporte cette usure sur une pièce conçue pour être jetée.

Comment fonctionne un connecteur sacrificiel

Le connecteur sacrificiel a deux connecteurs :

Le câble de l'UUT se branche sur la carte sacrificielle. La carte se branche une seule fois sur le banc, par un connecteur détrompé. Quand le connecteur côté UUT atteint sa limite de cycles, on dévisse la carte et on la remplace : le côté banc ne voit qu'un cycle de plus.

Formes courantes

Concevoir une carte sacrificielle

Une carte sacrificielle pour un petit connecteur fil-carte est un PCB deux couches de quelques centimètres. Les points ci-dessous viennent de la carte en photo, conçue pour un banc de test d'ESC de drone :

Un seul connecteur côté banc

Le côté banc est rarement branché : on le choisit pour le détrompage, la disponibilité des câbles et le nombre de broches, pas pour la taille.

• Un seul connecteur pour tout ce que porte la carte, pour la remplacer avec un seul câble.
• Un connecteur détrompé (embase IDC à jupe, JST PH, Molex Micro-Fit) pour que le câble ne puisse pas entrer à l'envers. Une version à verrou si le câble risque d'être tiré.
• Une famille avec des câbles standard du commerce. Une nappe IDC 10 voies se trouve partout et relie la broche n à la broche n.
• Une embase coudée quand le câble part le long de la carte, pour que la fiche ne se dresse pas sous les mains de l'opérateur.

Ne faire passer que les signaux utilisés par le test

Ne router que les lignes que le test lit ou pilote. Laisser les broches d'alimentation inutilisées par le banc sur des pastilles isolées, et les indiquer en sérigraphie. Sur la carte de l'ESC, la tension batterie reste sur une pastille non connectée : elle n'atteint jamais le banc par la carte. Vérifier chaque nouveau câble UUT au multimètre avant la première mise sous tension : un câble inversé amène quand même la tension batterie sur une broche de signal.

Garder un brochage lisible

• Intercaler des masses entre les signaux sur une nappe : sur la carte de l'ESC, les broches 1 et 7 sont à la masse.
• Imprimer le brochage en sérigraphie et repérer la broche 1. Quand le dessus est plein, le dessous est libre.
• Couler un plan de masse sur les deux couches.

Rendre la carte facile à remplacer

• Deux vis (M2.5 ou M3) dans des trous nus, écrous maintenus dans le banc.
• Laisser la place pour un doigt autour de tout verrou.
• Repérer chaque composant en sérigraphie, y compris l'EEPROM et son adresse.

Protéger le côté instrument

Les résistances série et les diodes d'écrêtage vont côté banc, pas sur la carte sacrificielle. La carte est souvent remplacée ; la protection ne doit pas l'être.

Donner une mémoire à la carte

Une EEPROM I2C de 2 kbit coûte quelques centimes et rend la carte traçable. Le poste la lit au début de chaque essai :

Le compteur est sur la carte, pas sur le poste : il la suit quand elle change de banc. L'EEPROM coûte deux lignes de signal sur le connecteur du banc (SDA, SCL), plus le 3,3 V et la masse. Relier sa broche de protection en écriture à la masse pour que le poste puisse mettre à jour le compteur, et garder les résistances de tirage I2C côté banc.

Lire l'EEPROM de la carte avec TofuPilot Framework

Dans TofuPilot Framework, l'EEPROM est un plug et le contrôle est une phase en début de procédure. Le plug ci-dessous utilise smbus2 sur un bus I2C Linux, par exemple un poste Raspberry Pi. Sur un banc où le bus I2C appartient à un microcontrôleur, le plug envoie les deux mêmes transactions à travers lui.

# EEPROM M24C02 de la carte sacrificielle : numéro de série et compteur de cycles.import structimport timefrom smbus2 import SMBus, i2c_msgclass ConnectorSaver:    ADDRESS = 0x50    SERIAL, CYCLES = 0x00, 0x10   # numéro de série sur 16 octets, puis un compteur uint32    def __init__(self, bus=1):        self.bus = SMBus(bus)    def __del__(self):        self.bus.close()    def read(self, offset, length):        write = i2c_msg.write(self.ADDRESS, [offset])        read = i2c_msg.read(self.ADDRESS, length)        self.bus.i2c_rdwr(write, read)        return bytes(read)    def write(self, offset, data):        # Les pages de la M24C02 font 16 octets : une écriture reste dans une seule page        self.bus.i2c_rdwr(i2c_msg.write(self.ADDRESS, [offset, *data]))        time.sleep(0.005)   # cycle d'écriture interne    def serial(self):        return self.read(self.SERIAL, 16).rstrip(b"\x00\xff").decode()    def count_mating(self):        (cycles,) = struct.unpack("<I", self.read(self.CYCLES, 4))        if cycles == 0xFFFFFFFF:   # EEPROM vierge            cycles = 0        cycles += 1        self.write(self.CYCLES, struct.pack("<I", cycles))        return cycles

La phase enregistre le numéro de série et le compteur comme mesures :

# Lit l'identité de la carte et compte cet essai comme un cycle d'accouplement.def check_connector_saver(measurements, connector_saver):    measurements.saver_serial = connector_saver.serial()    measurements.saver_mating_cycles = connector_saver.count_mating()

La procédure déclare le plug et pose la limite de remplacement sur le compteur. À 80 % d'une spécification de 50 cycles, l'essai échoue au cycle 41 et demande à l'opérateur de changer la carte avant qu'elle ne produise de faux échecs :

# Contrôle du connecteur sacrificiel, première phase de la procédureplugs:  - name: Connector Saver    key: connector_saver    python: plugs.connector_saver:ConnectorSavermain:  - name: Check Connector Saver    python: phases.saver:check_connector_saver    measurements:      - name: Saver Serial        key: saver_serial      - name: Saver Mating Cycles        key: saver_mating_cycles        validators:          - operator: "<="            expected_value: 40

Quand remplacer un connecteur sacrificiel

Remplacer sur un nombre de cycles, pas sur une panne. Une carte usée échoue de façon intermittente, et un échec intermittent coûte plus cher à diagnostiquer que la carte à remplacer.

Suivre l'usure avec TofuPilot

Avec la phase EEPROM, chaque essai envoyé à TofuPilot porte le numéro de série de la carte par laquelle il est passé et son compteur de cycles à ce moment-là.

1. Suivre la mesure Saver Mating Cycles sur les essais de la procédure : le compteur monte à chaque essai et retombe à chaque remplacement, donc une carte proche de sa limite se voit avant que l'essai échoue.
2. Lire Saver Serial sur un essai en échec pour le rattacher à une carte. Des échecs groupés aux compteurs élevés désignent la carte, pas le produit.
3. Comparer le rendement du poste à celui des autres postes qui exécutent la même procédure. Une baisse sur un seul poste, avec des échecs répartis sur des mesures sans rapport, désigne le banc.

Sans EEPROM, le nombre d'essais d'un poste depuis le dernier remplacement donne le même compteur, à condition de noter la date de chaque remplacement. Une carte qui s'use trop vite désigne un problème mécanique : un câble tiré en biais ou un banc mal aligné.