20年經(jīng)驗的電子總工程師回憶錄之替換物料引起的頻率干擾

張發(fā)林，從事嵌入式系統(tǒng)軟硬件研發(fā)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(chǎn)品需求分析、方案論證設(shè)計、技術(shù)研發(fā)、產(chǎn)品化、測試認證、批量量產(chǎn)等各環(huán)節(jié)的難點、痛點，解決過大量研發(fā)、產(chǎn)品化和生產(chǎn)難題，參與或領(lǐng)導(dǎo)開發(fā)的多款工業(yè)自動化設(shè)備、通信設(shè)備、監(jiān)控系統(tǒng)、物聯(lián)網(wǎng)及機器人產(chǎn)品等均已投入大規(guī)模量產(chǎn)銷售。

2005年四月份，我們研發(fā)的工業(yè)級ADSL局端和終端設(shè)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(tǒng)聯(lián)調(diào)。順利開機、初始化完成、網(wǎng)絡(luò)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(jīng)過初步測試，發(fā)現(xiàn)ASDL終端設(shè)備上行數(shù)據(jù)速率正常，但是下行數(shù)據(jù)速率遠低于設(shè)計要求，和芯片規(guī)格書給出的指標相差甚遠。按照常規(guī)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(qū)動檢查，特別是寄存器配置和數(shù)據(jù)分析等。大家樂觀的認為，解決這種必現(xiàn)的問題應(yīng)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(qū)動存在問題。硬件方面首先對電路板進行完整的靜態(tài)和動態(tài)測試，驗證信號時序、邏輯、電平等，未發(fā)現(xiàn)明顯異常。接著擴大硬件測試樣品數(shù)量，確認同一批次的板子測試結(jié)果和不良現(xiàn)象高度一致，基本排除了因物料差異和貼裝工藝導(dǎo)致的個體差異；軟件工程師將各種可能導(dǎo)致Bug的問題進行模擬驗證，對不同版本的驅(qū)動進行對比，對相關(guān)寄存器進行逐一排查，也未發(fā)現(xiàn)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(guī)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(shè)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(zhuǎn)換到頻域，果然通過頻譜分析儀測試分析，發(fā)現(xiàn)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(shù)據(jù)上行頻帶，200KHz到1.1MHz是數(shù)據(jù)下行通帶。

找到干擾頻點后就繼續(xù)追查干擾源，發(fā)現(xiàn)在距離通信驅(qū)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(xù)分析發(fā)現(xiàn)該電源芯片的振蕩頻率為300KHz，而原來參考設(shè)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(jīng)超出了ADSL的1.1MHz的頻帶范圍，但這顆料即將停產(chǎn)，所以后來電源供應(yīng)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(shù)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(shù)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(nèi)極難發(fā)現(xiàn)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(jīng)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(xùn)：

一）細節(jié)真的很重要，任何物料的更換都要慎之又慎，每個參數(shù)都要搞清楚；

二）基礎(chǔ)知識真的很重要，如通信類的頻帶劃分，調(diào)制方式，時域和頻域的測試分析能力等；

三）思路開闊、靈活應(yīng)變，需要多維度思考問題。