在某產(chǎn)品的調(diào)試中發(fā)現(xiàn)，板上核心處理芯片在每次啟動(dòng)后的表現(xiàn)不同，偶爾會(huì)出現(xiàn)無(wú)法啟動(dòng)的故障。

經(jīng)過(guò)幾百次反復(fù)上下電測(cè)試發(fā)現(xiàn)，在大多數(shù)情況下，芯片啟動(dòng)后能正常工作，但有約2%的概率會(huì)出現(xiàn)芯片無(wú)法啟動(dòng)的問(wèn)題。

【討論】

在故障發(fā)生時(shí)，由于芯片并沒(méi)有完全掛死，工程師可以通過(guò)底層軟件查詢(xún)芯片內(nèi)部寄存器，從而通過(guò)寄存器找到故障診斷的線(xiàn)索。這種方法是CPU、核心處理器等芯片故障調(diào)試的重要手段之一。但是，在該芯片故障的調(diào)試中發(fā)現(xiàn)，在芯片每次啟動(dòng)出故障時(shí)，片內(nèi)寄存器的參數(shù)值是不同的。這就使得若以寄存器作為故障診斷的線(xiàn)索，可能會(huì)出現(xiàn)多個(gè)可能的調(diào)試方向。

一個(gè)重要的調(diào)試經(jīng)驗(yàn)是，對(duì)于大多數(shù)故障，故障的表現(xiàn)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(xiàng)調(diào)試經(jīng)驗(yàn)，若故障表現(xiàn)具備一致性，我們可以采用逆推的方式，也就是通過(guò)故障表現(xiàn)逆向推出故障根源。但是，若故障表現(xiàn)不具備一致性，則不宜采用逆推的分析方式 。

對(duì)于本案例，寄存器參數(shù)值只是故障的表現(xiàn)，而不是導(dǎo)致故障的根源。由于在每次上電出現(xiàn)故障的過(guò)程中，芯片寄存器的狀態(tài)并不完全相同，因此繼續(xù)執(zhí)著于對(duì)寄存器的研究可能就不是個(gè)好策略了，此時(shí)應(yīng)該回到上電工作的本身，通過(guò)波形測(cè)試，尋找其他線(xiàn)索。

該芯片有12種供電電源，經(jīng)過(guò)多次對(duì)上電電源波形的捕捉，發(fā)現(xiàn)有一個(gè)給芯片內(nèi)核供電的電源上電波形存在臺(tái)階，不論芯片是否能正常啟動(dòng)，該臺(tái)階都存在。同時(shí)捕捉該路 電源上電電壓波形和電流波形，發(fā)現(xiàn)在電壓出現(xiàn)臺(tái)階的瞬間，該路電源的負(fù)載電流會(huì)突然增大 。

可以推測(cè)電壓出現(xiàn)臺(tái)階的原因是，在上電過(guò)程中，當(dāng)電壓爬升到某位置，負(fù)載芯片電流突然增大，導(dǎo)致電源環(huán)路無(wú)法迅速響應(yīng)負(fù)載突變能量的需求，只能依靠電源輸出端的電 容向負(fù)載提供能量，導(dǎo)致在這個(gè)瞬間電壓無(wú)法繼續(xù)上升，并伴隨電容放電而略微向下，在波形上表現(xiàn)為臺(tái)階。在一段延時(shí)之后，電源環(huán)路使能量傳遞恢復(fù)，電源電壓才能繼續(xù)上升，但在這之前，電源能量無(wú)法完全滿(mǎn)足芯片的需求，可能造成芯片內(nèi)部紊亂，表現(xiàn)為無(wú)法正常啟動(dòng)，寄存器出現(xiàn)各式錯(cuò)誤。

該問(wèn)題的解決方案有：

①優(yōu)化電源環(huán)路響應(yīng)速度。

②在電源和負(fù)載芯片之間加入MOS管，等電源啟動(dòng)完成并穩(wěn)定后再開(kāi)啟MOS管。在負(fù)載啟動(dòng)瞬間存在較大突變電流的應(yīng)用中，如果同時(shí)進(jìn)行電源上電和負(fù)載啟動(dòng)，有可能出現(xiàn)與本案例類(lèi)似的問(wèn)題。通過(guò)MOS管將二者之間的關(guān)聯(lián)斷開(kāi)是解決這類(lèi)問(wèn)題的一種方法。

③利用對(duì)復(fù)位等信號(hào)的控制，修改芯片啟動(dòng)流程，使芯片的啟動(dòng)在板上所有電源上電完成后再進(jìn)行。

本案例最終的解決方案是，通過(guò)調(diào)整控制信號(hào)發(fā)出的時(shí)序，將芯片啟動(dòng)時(shí)間向后延 遲，在板上所有電源上電結(jié)束或接近結(jié)束時(shí)再開(kāi)始芯片的啟動(dòng)。在采用這種解決方案時(shí)， 需注意研究芯片上電初始化流程的具體要求。

【擴(kuò)展1】

本質(zhì)上，本案例的故障是由于電源啟動(dòng)和芯片啟動(dòng)同時(shí)進(jìn)行導(dǎo)致的。當(dāng)這兩種啟動(dòng)同時(shí)發(fā)生時(shí)，電源輸出能量不僅需滿(mǎn)足輸出端大電容的充電，還需滿(mǎn)足負(fù)載的用電需求。許多核心處理芯片在啟動(dòng)瞬間會(huì)出現(xiàn)負(fù)載電流的迅速增大，該電流可能遠(yuǎn)大于芯片穩(wěn)態(tài)工作時(shí)的最大電流值，這種情況下，同樣處于啟動(dòng)過(guò)程中的電源很可能無(wú)法滿(mǎn)足突變負(fù)載電流的需求，從而造成啟動(dòng)過(guò)程中電壓的跌落。

【擴(kuò)展2】

上電測(cè)試是電路測(cè)試中一項(xiàng)非常關(guān)鍵的項(xiàng)目。

本案例中的電路，在調(diào)試早期已經(jīng)經(jīng)過(guò)了初步的上電測(cè)試，包括電源上電波形的測(cè)量等，但工程師未發(fā)現(xiàn)電源軌道上存在臺(tái)階的問(wèn)題。原因是，該臺(tái)階太小，若不將示波器時(shí)間軸拉開(kāi)，是無(wú)法看清楚的。

這是電源上電波形測(cè)量中很常見(jiàn)的問(wèn)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(duì)時(shí)延，有的工程師為了在示波器屏幕上同時(shí)觀(guān)察幾個(gè)電源軌道的上電波形，會(huì)將示波器時(shí)間軸設(shè)置到ms級(jí)甚至10ms級(jí)，在這種情況下是很難發(fā)現(xiàn)上電波形邊沿上臺(tái)階、振蕩等現(xiàn)象的。

通常而言，在電路中有許多看上去很困難的問(wèn)題，在解決后往往發(fā)現(xiàn)問(wèn)題本身并不復(fù)雜，只是前期的某項(xiàng)基本測(cè)試項(xiàng)目沒(méi)有正確地進(jìn)行，或沒(méi)有對(duì)波形進(jìn)行正確的分析，導(dǎo)致問(wèn)題被掩蓋了。在多年的工作中，筆者深刻地體會(huì)到，測(cè)試這項(xiàng)工作，或者就不做，而如果要做，務(wù)必采用正確的測(cè)試方法、獲得正確的波形，并對(duì)波形等測(cè)試數(shù)據(jù)做認(rèn)真的分析。錯(cuò)誤的測(cè)試得到錯(cuò)誤的結(jié)果，辛苦測(cè)得了大批數(shù)據(jù)而不做細(xì)致分析，不僅浪費(fèi)時(shí)間，而且造成誤判，是復(fù)雜問(wèn)題調(diào)試中必須避免的。

【擴(kuò)展3】

有的工程師提出可以利用緩啟動(dòng)電路解決本案例提到的問(wèn)題，這個(gè)方案是不正確的。

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

很多芯片對(duì)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(shè)計(jì)中值得注意的。

【擴(kuò)展4】

上電時(shí)，在電壓波形上出現(xiàn)臺(tái)階是常見(jiàn)的，顯然并非任何上電臺(tái)階都會(huì)造成電路啟動(dòng)故障 。

以上案例來(lái)自電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域知名專(zhuān)家-王老師《高速電路設(shè)計(jì)進(jìn)階》著作內(nèi)容其一案例！