实用“防呆”电路设计实例(06-100)

　　Mistake Proofing背景及特点

　　Mistake Proofing 起源于日本，最初称为Fool Proofing，后改为Mistake Proofing，这一理念下的生产质量控制体系目的是制造零缺陷产品，主旨是占用很少的时间和人力，利用制具、夹具、电子报警等来防止生产失误及工伤的发生。其特点包括：容易操作、安装简便、操作人员不需要保持长时间警惕、低成本、能提供实时反馈和预防。一个好的Mistake Proofing 系统能预防失误而不仅仅是发现失误，系统应不需要操作人员的注意力，并且很好的预防人心烦、劳累及精力不集中时发生生产事故、或生产出有风险的产品。

　　这一理念产生后便在很多领域得到了广泛应用。例如汽车电子系统中，汽车油箱盖子没盖好，汽车不能启动；汽车车门没关好，车不能启动或用警示灯告知司机。这些简单的设计，在关键时刻却能挽救人的生命。在生产设备中常常有一些检测手段，当设备操作人员把手伸入危险区域时，设备会紧急停止，防止工伤发生。这些设计对于专业的电子工程师很容易实现，且只需要很小的成本和人力。但这些理念值得我们设计工程师学习，下面介绍笔者工作中设计的一套Mistake Proofing 测试系统。
　　
　　电路设计实例

　　设计背景：通讯基站或3G通讯系统一般对系统的频率源有很高的精度要求，常用到温控晶振，一般温控晶振从上电到频率稳定需要10分钟左右。因此出厂做频率测试时要预上电来加快测试效率。笔者在分析一个型号温控晶振的不良品时发现，一些不良是由于产品瞬间电压反向所致。而该产品的引脚为非对称设计，一面2个引脚, 另一面3个引脚，插入预上电测示制具时，如果反向映不能放入制具，但是操作人员可能一时大意，当发现不能插入时，已经有了瞬间反向电压，而12V的电压会造成一些芯片(IC)的瞬间破坏或潜在危险。这就直接影响到经济效益，一般一颗温控晶振市场价为80美元左右。更为可怕的是有时IC的损坏并不是立刻失效，而是到客户手中后，在通讯系统中使用一段时间后失效，客户退货将带来更大的损失，影响到公司产品信誉。

　　电路设计：为了避免这一侧是失误发生，笔者对测试制具作了Mistake Proofing 系统设计。电路如图1所示。U1为光电开关、 Q1为P-channel MOSFET、 P1为待测产品、D1为发光二极管。

　　12V电源通过一个光电开关(U 1)控制的P-channel MOSFET 才能加到产品上。制具结构如图2。

　　结合电路原理图和制具结构图可以看出，当产品插入制具时，产品不能上电。而此时光电开关处于打开状态，Q1的栅极为高电平。只有当放好产品，并加上盖子，盖子边缘插入光电开关红外光时，开关关断，Q1的栅极转为低电平，产品才能加电。制具上还设置了指示灯设置了指示灯，指示产品电源状况。

　　通过这样一个简单的控制制具，很好的预防了产品测试时的器件损毁危险。操作人员不需要随时保持高度警惕地确认产品测试方向。起到了很好的“防呆”效果。

　　结语

　　产品质量和生产安全性的地位越来越重要，随着一些跨国公司把研发中心转入我国，一些设计理念也冲击着设计工程师的观念。例如DFM(Design For Manufacture )理念认为，产品质量和稳定性是设计出来的。因此要求电路设计工程师在设计产品时要考虑到生产易操作性，力求把生产和测试的人为失误归零。这也要求我们设计工程师，设计起步阶段就引入Mistake Proofing 系统设计理念， 现在的设计不是简单的调好电路功能就可以过关的。