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我是如何查出芯片故障,修好1万美元的电路板?

2021-04-01 Michael Kornacker 阅读:
我是如何查出芯片故障,修好1万美元的电路板?
每块电路板的价格大约1万美元,老板不希望它们就此报废,于是我们接到任务,要查出故障根源。原来是多路复用器芯片54ALS157出了问题,当开关打开或者关闭时,它不应该产生毛刺(Glitch)......

在我工作的这家国防公司的制造部门,我们为军队设计制造人们常说的黑匣子。在黑匣子中,具有各种功能的电路板插入到主板。mynednc

一天,一位软件工程师接到任务,要查找为什么黑匣子中六个同样类型的电路板都出了故障。这些电路板已经躺在一堆废弃的电路板中很长一段时间了,因为没人知道究竟是什么问题。每块电路板价值大约1万美元,老板当然不希望它们就此报废。虽然这些电路板在测试夹具上通过了测试,但是它们在黑匣子中却无法正常工作。mynednc

接到任务的软件工程师埋头研究了几天之后,来找我,问我有没有什么好的办法能够找出故障原因,因为在成为工程师之前,我是测试这些电路板的技术员。我答应他帮忙,但是我知道要查出黑匣子中这些电路板的故障非常困难。这种电路板的故障电路中大约有30颗分立的芯片,要探测不良信号很难。但是,如果我们能修好一块电路板,就可以修好所有的六块电路板,因为它们的故障都是一样的。然后他告诉我,当他在电路板的某几个寄存器上进行写入操作时,可以让故障出现。太好了,我想。他已经做了很多故障排除工作。事情可能比我想的要容易一些。mynednc

我告诉他我们不该用这个黑匣子来排除故障,但由于他知道了如何轻松地重现故障,所以我们可以在测试夹具上查看它,这应该会使分析更加容易。我将电路板装在测试夹具上,设置好,很快就发现了问题所在:电路莫名其妙地收到了不该有的复位命令。我取出我的示波器,开始对电路板全面探测。只花了几分钟,我就找到了原因。mynednc

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该电路采用了2比1多路复用器芯片54ALS157,由输入控制逻辑将两个输入转换为一个输出。我发现一旦将其中一个部分上的开关输入控制逻辑改变,它就会在输出线上产生10ns的毛刺,而这根输出线连接到复位电路。mynednc

换句话说,多路复用器芯片54ALS157出了问题,当开关打开或者关闭时,它不应该产生毛刺。我们查看了所有这六块电路板,发现这颗芯片上面的日期代码都一样。显然,这些芯片来自制造商的一批坏货。这只是偶尔发生的事情。只要把芯片换了,应该就可以修好电路板了。换掉了芯片,这下六块电路板不仅可以通过测试夹具测试,也可以通过在黑匣子中的测试了。我们节省了6万美元,老板很开心,给我和负责维修的软件工程师发了奖金。mynednc

作者Mike Kornacker是电气工程师,在国防行业工作已有30多个年头。mynednc

(原文刊登于Aspencore旗下EDN英文网站,参考链接:The chip glitch,由Jenny Liao编译。)mynednc

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