接收机出现奇怪的高频，我巧妙找到PCB“故障点”

多年前，我在一家无线电通信研究所工作。那时我还是一名年轻的工程师，是磁记录设备小组的组长。我们部门有一个小组为我们最新的接收机设计了一个控制单元，这个控制单元的功能非常简单：切换五个预设FM频道中的一个。控制单元是采用类似4000系列的新型CMOS IC设计的。ft2ednc

将控制单元组装到接收机后，负责生产的工程师打电话给我们，说有很多接收机不能正常工作——其频率高得令人无法接受。我们以前从未遇到过这种问题。ft2ednc

接收机设计小组的一名工程师前往组装车间，证实许多（尽管不是全部）库存接收机确实有这个问题。他进行了试验，想找出原因，但无功而返。他开始换下接收机中的控制单元（谢天谢地，控制单元采用了模块化设计），换了RF、IF甚至音频组件，看是不是能找出问题。他甚至把没有发生故障的接收机中的RF、IF和音频组件也取出来了，仍然无济于事。生产被迫停止，情况十分紧急。ft2ednc

我们的总工程师发飙了。他下令整个接收机设计小组集中时间与精力全以力赴解决此问题，并在一两天内得出结果。接收机小组进行了彻查，甚至检查了工作场所、测量仪器和屏蔽室。一切似乎都没有问题。我们的工程师在电路中放了新的旁路电容器，但接收机的频率仍然出奇地高。两天时间一晃而过，然而我们仍然束手无策。ft2ednc

我从来没有设计过接收机，但是总工知道我是一个拥有创新思维的人，因此他让我到接收机设计小组去帮忙查找问题。我回想了一下目前为止所做的全部努力，发现除控制单元之外的所有组件都已换掉了。“为什么更换了几乎所有的组件，却不更换控制单元？控制单元接收机中唯一的新组件。我们试试插入一个旧的控制单元，”我对接收机设计小组说。ft2ednc

他们回答说：“Vladimir，你必须知道，控制单元只不过包含几个D触发器，不可能产生这种异常高的频率，因为它没有任何高频发生器。”但是，在我的坚持下，接收机设计小组按我的要求做了，关键是也没有其它的路子。工程师在接收机中重新装上旧的控制单元，拆下新的控制单元——可恶的高频随之消失！然后，再装上新的控制单元，不正常的高频又清晰地出现在频谱分析仪的显示屏上，就像变魔术一样。ft2ednc

控制单元中的确没有任何高频发生器，它只有几个D触发器，这些D触发器用作带解码的简单RS触发器。装配车间用回旧的控制单元，恢复了生产，我们也就有时间进行故障分析了。既然出现了故障，我们就必须找也原因,这事关我们的声誉。ft2ednc

我们装上了几个旁路电容，重新检查了所有电路。然后并没有产生令人惊喜的结果。午餐时间到了，我独自站在屏蔽室的门口，管测试设备的人准备去吃午饭。他从来不关示波器或频谱分析仪，这次他也没有关PSU。ft2ednc

当我站在那儿看着频谱分析仪显示屏上的异常频率时，工人关掉了屏蔽室的灯——异常频率突然从显示屏上消失了！我重新打开灯，异常频率又出现了。我疑惑不已，不断重复开关灯的动作，显然，异常频率只有在我打开照明灯的时候才出现。ft2ednc

我用手制造出一块阴影，终于发现了控制单元的PCB上“产生”异常频率的位置：一个D触发器。ft2ednc

我首先想到，光是从IC的塑料封装中透出来的。我将手指放在上面，很高兴地发现异常频率消失了。但是，当我用不透光的屏幕盖住IC时，却没得到满意的结果，我有点忧伤。我现在离答案仅一步之遥。ft2ednc

我检查了PCB布局，发现其中一个D触发器的第二部分的R、C、D和S输入未连接至GND或Vcc。PCB表面有点脏（我认为是光致抗蚀剂），在D触发器打开的输入和输出之间产生了一些泄漏电流（这是一个正反馈），因为CMOS IC具有非常高的阻抗输入。这就是为什么D触发器有时会用作高频发生器。遗憾的是，原理图中并没有显示这部分。ft2ednc

问题的根源在于设计控制单元的工程师没有使用CMOS IC的经验，以前他只使用TTL逻辑。在那个时候，CMOS IC还算比较新的元件，年长一些的工程师不太熟悉。ft2ednc

找到了产生异常频率的原因，我们将R、C、D和S输入连接到GND，麻烦解决了。 我们保住了面子，我是那天当之无愧的明星。ft2ednc

（原文刊登于Aspencore旗下EDN英文网站，参考链接：A dark story，由Jenny Liao编译。）ft2ednc

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