張發林,從事嵌入式系統軟硬件研發工作超過20年,目前在上海未來伙伴機器人有限公司擔任電子總工程師。深入理解從產品需求分析、方案論證設計、技術研發、產品化、測試認證、批量量產等各環節的難點、痛點,解決過大量研發、產品化和生產難題,參與或領導開發的多款工業自動化設備、通信設備、監控系統、物聯網及機器人產品等均已投入大規模量產銷售。
2005年四月份,我們研發的工業級ADSL局端和終端設備完成功能樣機貼片和硬件測試,開始和軟件團隊進行系統聯調。順利開機、初始化完成、網絡連接正常,一切OK,大家紛紛開始憧憬起美妙的黃金周長假了。
不幸的消息很快從軟件部反饋過來,經過初步測試,發現ASDL終端設備上行數據速率正常,但是下行數據速率遠低于設計要求,和芯片規格書給出的指標相差甚遠。按照常規流程,硬件團隊馬上進行電路測試,信號分析,供電檢查等;軟件團隊進行驅動檢查,特別是寄存器配置和數據分析等。大家樂觀的認為,解決這種必現的問題應該不算難事。
接下來的幾天,大家做了大量的工作。首先就是對問題進行定位,看看是因為硬件不良還是軟件驅動存在問題。硬件方面首先對電路板進行完整的靜態和動態測試,驗證信號時序、邏輯、電平等,未發現明顯異常。接著擴大硬件測試樣品數量,確認同一批次的板子測試結果和不良現象高度一致,基本排除了因物料差異和貼裝工藝導致的個體差異;軟件工程師將各種可能導致Bug的問題進行模擬驗證,對不同版本的驅動進行對比,對相關寄存器進行逐一排查,也未發現任何有價值的線索。一番折騰下來,沒有什么進展,而五一長假開始了,沒有什么好說的,取消一切出行計劃,開始加班加點解決問題。
各種常規的方法無法突破后,我們開始進行各種交叉測試:將阿爾卡特和中興等幾家采用相同硬件方案的Flash芯片取下來,和我們的板子上Flash芯片互換進行交叉試驗,盡管采用的標準不一樣,但除了啟動時各家Logo不同外,其它功能基本沒問題。別的公司的板子更換Flash前后均正常,而我們的板子更換前后下行速率始終不能達到指標要求。這基本確定了問題是出在硬件的設計上。
明確了問題范圍,我們開始對硬件進行新一輪測試排查,測試的重點從時域轉換到頻域,果然通過頻譜分析儀測試分析,發現在600KHz附近有嚴重的干擾,而這一頻帶正是是下行通道的主力通帶范圍,0到4KHz是音頻通帶,是低通濾波后接電話機用于語音通信的,25KHz到200KHz是數據上行頻帶,200KHz到1.1MHz是數據下行通帶。
找到干擾頻點后就繼續追查干擾源,發現在距離通信驅動接口芯片比較遠的的一顆DC-DC芯片的功率電感處存在2倍頻600KHZ的較強干擾,繼續分析發現該電源芯片的振蕩頻率為300KHz,而原來參考設計上的是同一家公司的非常接近的料號的一顆料,但原來的芯片振蕩頻率是600KHz,2倍頻后是1.2MHz,已經超出了ADSL的1.1MHz的頻帶范圍,但這顆料即將停產,所以后來電源供應商的FAE和我們的工程師溝通時極力推薦這顆新料,由于新老物料參數一致而且價格更低,工程師就選擇了新料,由于料號幾乎相同,工程師在送樣測試時覺得輸出電壓、紋波系數和負載能力等指標都和老料一致,因而就選擇了新料。
因為該芯片距離通信接口芯片較遠,干擾源不是通過線間串擾過來而是通過空間耦合過來的,在時域范圍內極難發現分析。問題定位后,通過在功率電感上增加屏蔽罩徹底解決了這個問題。但是七天長假已經過去了六天,而我也落下了腰肌勞損的毛病,直到幾年后采用朋友的偏方才慢慢痊愈。
細細反思,至少有幾方面的教訓:
一)細節真的很重要,任何物料的更換都要慎之又慎,每個參數都要搞清楚;
二)基礎知識真的很重要,如通信類的頻帶劃分,調制方式,時域和頻域的測試分析能力等;
三)思路開闊、靈活應變,需要多維度思考問題。
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原文標題:20年經驗的電子總工程師回憶錄之替換物料引起的頻率干擾
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