【案例3.9】电路板无法启动的故障分析

【现象描述】

某设计，CPU以菊花链的方式接两片Flash存储器， CPU的引导程序存储在Flash 存储器中，两片Flash 存储器互为冗余备份。

上电测试发现，多块电路板从最接近CPU的那片Flash存储器加载程序时出现异常，导致电路板无法启动。

在案例3.8中提到，在一驱多的设计出现故障时，验证时钟信号边沿的单调性是重要的调试方向。但波形测试发现，Flash存储器时钟信号边沿单调，没有出现明显信号质量问题。在数据信号上，也没有明显的信号质量问题。

【讨论】

在故障分析时，工程师将带有测试波形的照片发给笔者，笔者注意到照片上示波器的带宽是50MHz，按照测试精度3%计算，该款示波器适合测量的最高频率约为25MHz，即可以准确测得的最小时间宽度为40ns，而两片Flash芯片之间由于信号反射所造成的边沿不单调持续时间远远小于40ns，所以该款示波器无法验证时钟信号边沿单调性。在采用更高频带宽度示波器的测试后，验证了距离CPU最近的Flash芯片的时钟信号存在边沿不单调的问题。

【扩展】

这个案例中，板上有两片型号完全相同的Flash存储器，问题只发生在最接近CPU的那片Flash存储器，因此不用考虑无关的调试方向，如电源噪声、复位电路、上电顺序、芯片本身故障等。本案例中的情况，两块存储器是一样的原理图信号连接、 一样的电源，唯一的差异就是PCB布局和PCB布线，因此最值得怀疑的就是信号质量，但在本案例最初的测试中，在信号质量上却没有获得有价值的线索。

相信不少工程师遇到过这样的情况，通过测试，首先排除了可能性最大的调试方向，然后陷入迷茫。

针对调试，需明确两点：

① 通过测试，逐一排除可能性，当其他可能性都排除了，剩下的那个就是故障根本原因。

② 通过测试，排除故障可能性时要特别注意，一旦测试方法错误，导致错误地排除了某个可能性，将会产生方向性的错误，之后的所有调试工作可能都将变成南辕北辙。

从笔者负责过的电路故障调试经历看，错误的测试方法导致调试走错方向的不在少数。

打开测试仪器，无论测试方法正确与否，都可以得到一个测试结果。而测试又是一把双刃剑，正确的测试可以帮助找到真实的故障原因，错误的测试会对故障调试产生严重的误导。所以，对于一个硬件研发部门而言，要组建一个高速电路实验室，仅仅在硬件上投入是不够的，在软件上，还应通过部门内部的培训、传帮带使工程师掌握正确的测试方法。

笔者一直用以下这段话来警醒自己，此处与大家共勉：

“一个问题的调试，背后有5个可能性，只有一个能通往真相。

排除了4个，最后一个很可能是最难验证的，此时无须验证，它就是真相。

真正困难的是，在排除前4个的过程中，若做出了错误的排除，则满盘皆输，问题无解。”

多年前，笔者曾经负责了一块电路板的研发。第一版调试时，工厂生产的5块电路板，有4块出现了相同的问题，在列出调试方向并逐一进行验证后，排除了所有与设计、生产有关的可能性，最后唯一剩下的可能性就是芯片故障，尽管通过接口I-V曲线测试等方法无法确定芯片是否存在损伤，尽管芯片厂家认为该故障不像芯片问题，但当笔者确认了所列调试方向的完备性，以及测试方法的正确性后，就可以坚定地相信故障原因在芯片内部，所以以此为依据要求芯片厂家必须对芯片做失效分析，最终确定了芯片内部的故障。

以上案例来自电路设计领域知名专家-王老师《高速电路设计进阶》著作内容其一案例！