在某產品的調試中發現，板上核心處理芯片在每次啟動后的表現不同，偶爾會出現無法啟動的故障。

經過幾百次反復上下電測試發現，在大多數情況下，芯片啟動后能正常工作，但有約2%的概率會出現芯片無法啟動的問題。

【討論】

在故障發生時，由于芯片并沒有完全掛死，工程師可以通過底層軟件查詢芯片內部寄存器，從而通過寄存器找到故障診斷的線索。這種方法是CPU、核心處理器等芯片故障調試的重要手段之一。但是，在該芯片故障的調試中發現，在芯片每次啟動出故障時，片內寄存器的參數值是不同的。這就使得若以寄存器作為故障診斷的線索，可能會出現多個可能的調試方向。

一個重要的調試經驗是，對于大多數故障，故障的表現方式可能有很多種，但故障的根源很可能是唯一的。

基于這項調試經驗，若故障表現具備一致性，我們可以采用逆推的方式，也就是通過故障表現逆向推出故障根源。但是，若故障表現不具備一致性，則不宜采用逆推的分析方式 。

對于本案例，寄存器參數值只是故障的表現，而不是導致故障的根源。由于在每次上電出現故障的過程中，芯片寄存器的狀態并不完全相同，因此繼續執著于對寄存器的研究可能就不是個好策略了，此時應該回到上電工作的本身，通過波形測試，尋找其他線索。

該芯片有12種供電電源，經過多次對上電電源波形的捕捉，發現有一個給芯片內核供電的電源上電波形存在臺階，不論芯片是否能正常啟動，該臺階都存在。同時捕捉該路 電源上電電壓波形和電流波形，發現在電壓出現臺階的瞬間，該路電源的負載電流會突然增大 。

可以推測電壓出現臺階的原因是，在上電過程中，當電壓爬升到某位置，負載芯片電流突然增大，導致電源環路無法迅速響應負載突變能量的需求，只能依靠電源輸出端的電 容向負載提供能量，導致在這個瞬間電壓無法繼續上升，并伴隨電容放電而略微向下，在波形上表現為臺階。在一段延時之后，電源環路使能量傳遞恢復，電源電壓才能繼續上升，但在這之前，電源能量無法完全滿足芯片的需求，可能造成芯片內部紊亂，表現為無法正常啟動，寄存器出現各式錯誤。

該問題的解決方案有：

①優化電源環路響應速度。

②在電源和負載芯片之間加入MOS管，等電源啟動完成并穩定后再開啟MOS管。在負載啟動瞬間存在較大突變電流的應用中，如果同時進行電源上電和負載啟動，有可能出現與本案例類似的問題。通過MOS管將二者之間的關聯斷開是解決這類問題的一種方法。

③利用對復位等信號的控制，修改芯片啟動流程，使芯片的啟動在板上所有電源上電完成后再進行。

本案例最終的解決方案是，通過調整控制信號發出的時序，將芯片啟動時間向后延 遲，在板上所有電源上電結束或接近結束時再開始芯片的啟動。在采用這種解決方案時， 需注意研究芯片上電初始化流程的具體要求。

【擴展1】

本質上，本案例的故障是由于電源啟動和芯片啟動同時進行導致的。當這兩種啟動同時發生時，電源輸出能量不僅需滿足輸出端大電容的充電，還需滿足負載的用電需求。許多核心處理芯片在啟動瞬間會出現負載電流的迅速增大，該電流可能遠大于芯片穩態工作時的最大電流值，這種情況下，同樣處于啟動過程中的電源很可能無法滿足突變負載電流的需求，從而造成啟動過程中電壓的跌落。

【擴展2】

上電測試是電路測試中一項非常關鍵的項目。

本案例中的電路，在調試早期已經經過了初步的上電測試，包括電源上電波形的測量等，但工程師未發現電源軌道上存在臺階的問題。原因是，該臺階太小，若不將示波器時間軸拉開，是無法看清楚的。

這是電源上電波形測量中很常見的問題之一。由于芯片有上電順序的要求，各電源上電軌道存在相對時延，有的工程師為了在示波器屏幕上同時觀察幾個電源軌道的上電波形，會將示波器時間軸設置到ms級甚至10ms級，在這種情況下是很難發現上電波形邊沿上臺階、振蕩等現象的。

通常而言，在電路中有許多看上去很困難的問題，在解決后往往發現問題本身并不復雜，只是前期的某項基本測試項目沒有正確地進行，或沒有對波形進行正確的分析，導致問題被掩蓋了。在多年的工作中，筆者深刻地體會到，測試這項工作，或者就不做，而如果要做，務必采用正確的測試方法、獲得正確的波形，并對波形等測試數據做認真的分析。錯誤的測試得到錯誤的結果，辛苦測得了大批數據而不做細致分析，不僅浪費時間，而且造成誤判，是復雜問題調試中必須避免的。

【擴展3】

有的工程師提出可以利用緩啟動電路解決本案例提到的問題，這個方案是不正確的。

緩啟動電路的使用，用得好能解決電壓沖擊、電流沖擊的問題；用得不好則很可能導致電路間歇性上電故障的問題。尤其是某些大功率核心處理芯片，在啟動瞬間需要極大的電流，若在電源通路上加上緩啟動電路，則在芯片啟動過程中，芯片內核更加難以得到所需能量，從而可能進入錯誤的狀態。

很多芯片對電源上電爬升速度有最小、最大值的要求，不能太快，也不能太慢，這是設計中值得注意的。

【擴展4】

上電時，在電壓波形上出現臺階是常見的，顯然并非任何上電臺階都會造成電路啟動故障 。

以上案例來自電路設計領域知名專家-王老師《高速電路設計進階》著作內容其一案例！