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后的表現(xiàn)不同，偶爾會出現(xiàn)無法啟動的故障。

經(jīng)過幾百次反復(fù)上下電測試發(fā)現(xiàn)，在大多數(shù)情況下，芯片啟動后能正常工作，但有約2%的概率會出現(xiàn)芯片無法啟動的問題。

【討論】

在故障發(fā)生時，由于芯片并沒有完全掛死，工程師可以通過底層軟件查詢芯片內(nèi)部寄存器，從而通過寄存器找到故障診斷的線索。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)，在芯片每次啟動出故障時，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索，可能會出現(xiàn)多個可能的調(diào)試方向。

一個重要的調(diào)試經(jīng)驗是，對于大多數(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。

基于這項調(diào)試經(jīng)驗，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)著于對寄存器的研究可能就不是個好策略了，此時應(yīng)該回到上電工作的本身，通過波形測試，尋找其他線索。

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

可以推測電壓出現(xiàn)臺階的原因是，在上電過程中，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)致在這個瞬間電壓無法繼續(xù)上升，并伴隨電容放電而略微向下，在波形上表現(xiàn)為臺階。在一段延時之后，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，電源能量無法完全滿足芯片的需求，可能造成芯片內(nèi)部紊亂，表現(xiàn)為無法正常啟動，寄存器出現(xiàn)各式錯誤。

該問題的解決方案有：

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，等電源啟動完成并穩(wěn)定后再開啟MOS管。在負(fù)載啟動瞬間存在較大突變電流的應(yīng)用中，如果同時進(jìn)行電源上電和負(fù)載啟動，有可能出現(xiàn)與本案例類似的問題。通過MOS管將二者之間的關(guān)聯(lián)斷開是解決這類問題的一種方法。

③利用對復(fù)位等信號的控制，修改芯片啟動流程，使芯片的啟動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，通過調(diào)整控制信號發(fā)出的時序，將芯片啟動時間向后延 遲，在板上所有電源上電結(jié)束或接近結(jié)束時再開始芯片的啟動。在采用這種解決方案時， 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和芯片啟動同時進(jìn)行導(dǎo)致的。當(dāng)這兩種啟動同時發(fā)生時，電源輸出能量不僅需滿足輸出端大電容的充電，還需滿足負(fù)載的用電需求。許多核心處理芯片在啟動瞬間會出現(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)工作時的最大電流值，這種情況下，同樣處于啟動過程中的電源很可能無法滿足突變負(fù)載電流的需求，從而造成啟動過程中電壓的跌落。

【擴(kuò)展2】

上電測試是電路測試中一項非常關(guān)鍵的項目。

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

這是電源上電波形測量中很常見的問題之一。由于芯片有上電順序的要求，各電源上電軌道存在相對時延，有的工程師為了在示波器屏幕上同時觀察幾個電源軌道的上電波形，會將示波器時間軸設(shè)置到ms級甚至10ms級，在這種情況下是很難發(fā)現(xiàn)上電波形邊沿上臺階、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題，在解決后往往發(fā)現(xiàn)問題本身并不復(fù)雜，只是前期的某項基本測試項目沒有正確地進(jìn)行，或沒有對波形進(jìn)行正確的分析，導(dǎo)致問題被掩蓋了。在多年的工作中，筆者深刻地體會到，測試這項工作，或者就不做，而如果要做，務(wù)必采用正確的測試方法、獲得正確的波形，并對波形等測試數(shù)據(jù)做認(rèn)真的分析。錯誤的測試得到錯誤的結(jié)果，辛苦測得了大批數(shù)據(jù)而不做細(xì)致分析，不僅浪費時間，而且造成誤判，是復(fù)雜問題調(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電路解決本案例提到的問題，這個方案是不正確的。

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

很多芯片對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)計中值得注意的。

【擴(kuò)展4】

上電時，在電壓波形上出現(xiàn)臺階是常見的，顯然并非任何上電臺階都會造成電路啟動故障 。

以上案例來自電路設(shè)計領(lǐng)域知名專家-王老師《高速電路設(shè)計進(jìn)階》著作內(nèi)容其一案例！