說(shuō)說(shuō)硬件調(diào)試中發(fā)現(xiàn)的那些低級(jí)錯(cuò)誤

公眾號(hào) | 高速先生，作者 | 周偉

最近遇到很多debug相關(guān)的咨詢，曾經(jīng)我們說(shuō)過(guò)，我們做過(guò)的板子越多，遇到問(wèn)題的概率也越多，很多別人沒(méi)遇到過(guò)的問(wèn)題，說(shuō)不定我們?cè)缇陀|過(guò)雷，從而類似的問(wèn)題形成經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，就不會(huì)再有同樣的問(wèn)題發(fā)生。一些問(wèn)題可能不一定和PCB設(shè)計(jì)相關(guān)，但由于找不到原因到底在哪里，最終需要進(jìn)行一一排除，所以兜兜轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)又回到PCB設(shè)計(jì)上來(lái)，這也是我們經(jīng)常要面對(duì)的工作之一。

調(diào)試是一項(xiàng)很辛苦的差事，說(shuō)起調(diào)試，曾經(jīng)聽(tīng)過(guò)一個(gè)故事。早期某大廠一些硬件人員在調(diào)試前會(huì)去仙湖植物園的弘法寺拜一拜，燒香祈求項(xiàng)目能一次性調(diào)試通過(guò)。雖然是傳言甚至戲謔但多少也反應(yīng)出硬件調(diào)試中一些奇怪的問(wèn)題，有時(shí)甚至不以人的意志為轉(zhuǎn)移。

在我們看來(lái)，系統(tǒng)性能能否成功無(wú)非就是軟件和硬件的配合，所以很多時(shí)候硬件和軟件大家的工作都是相互配合，相安無(wú)事的，但一旦出了問(wèn)題卻找不出具體原因的時(shí)候，大家可能就會(huì)相互指責(zé)，各說(shuō)各有理，但大多數(shù)時(shí)候往往硬件最后是落於下風(fēng)的，因?yàn)橛布婕暗降囊蛩貢?huì)更多，比如硬件原理、器件選型、物料、PCB設(shè)計(jì)、制板、焊接等，這些最終都和硬件相關(guān)，哪一個(gè)環(huán)節(jié)出問(wèn)題了，都會(huì)影響系統(tǒng)性能。而軟件只需要簡(jiǎn)單說(shuō)一句上次同樣的原理已經(jīng)驗(yàn)證通過(guò)了，什么都是一樣為什么這次改了個(gè)PCB版本就不行了呢？接著硬件也補(bǔ)充說(shuō)對(duì)啊，原理、器件和軟件都是一樣，就改了個(gè)PCB設(shè)計(jì)，重新打了一板為什么調(diào)試出來(lái)就有問(wèn)題，難道是PCB的問(wèn)題？最后這個(gè)“鍋”就到了和PCB相關(guān)的身上了。今天不說(shuō)“鍋”的事，系統(tǒng)需要良好的工作，需要各方面一起協(xié)調(diào)努力，軟件也需要配合硬件的變化進(jìn)行一定的調(diào)整，大家都要做好才能保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，所以每一方面都不能忽略，出了問(wèn)題當(dāng)然就需要從各個(gè)方面進(jìn)行排查，實(shí)事求是從解決問(wèn)題的角度出發(fā)，不要有背“鍋”俠的心態(tài)。

雖然我們不直接進(jìn)行硬件調(diào)試，但我們遇到調(diào)試的問(wèn)題也很多，因?yàn)槲覀兪菍?shí)現(xiàn)硬件原理中重要的一環(huán)，發(fā)揮著橋梁作用，所以很多問(wèn)題最終會(huì)排查到PCB設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中來(lái)，大家要有這種意識(shí)。

最近就遇到一個(gè)HDMI顯示不正常的案例，大致經(jīng)過(guò)是這樣的。

客戶在我司設(shè)計(jì)的一個(gè)板卡在調(diào)試時(shí)發(fā)現(xiàn)HDMI接口能正確識(shí)別，但接上顯示器后卻一直閃屏，最后直接就識(shí)別不到了。客戶用示波器測(cè)試信號(hào)眼圖也沒(méi)有發(fā)現(xiàn)太多問(wèn)題，這個(gè)問(wèn)題客戶內(nèi)部已經(jīng)調(diào)了幾個(gè)月還沒(méi)有找到原因，最后希望我們從PCB的角度排查一下看能否找到是不是和信號(hào)完整性相關(guān)，部分PCB設(shè)計(jì)如下圖所示：

從PCB設(shè)計(jì)來(lái)看，4對(duì)數(shù)據(jù)走線和換層基本都是一致的，從表層走到內(nèi)層，再?gòu)膬?nèi)層換層到底層，經(jīng)過(guò)底層的電容，電感和ESD器件再到HDMI接口，中間換層過(guò)孔做了反焊盤連盤掏空處理，內(nèi)層信號(hào)換層到底層，存在過(guò)孔stub比較長(zhǎng)的風(fēng)險(xiǎn)，但對(duì)于6Gbps的信號(hào)來(lái)說(shuō)，這個(gè)50mil的stub正好處于可鉆可不鉆的邊沿，也就是說(shuō)影響不是致命的，能背鉆當(dāng)然更好。另外電容、電感和ESD器件，這些器件和連接器表貼焊盤等沒(méi)有經(jīng)過(guò)一定的優(yōu)化，可能存在阻抗不連續(xù)的影響，這塊我們的要求是8Gbps以上是必須要優(yōu)化，8Gbps以下如果有空間可以優(yōu)化，因?yàn)槿绻獌?yōu)化的話，意味著第三層或者倒數(shù)第三層焊盤位置是不能走線的，有可能還要補(bǔ)參考層，尤其是空間很緊張的情況下，實(shí)現(xiàn)起來(lái)會(huì)比較麻煩，很多設(shè)計(jì)人員本著多一事不如少一事的原則，很多就不優(yōu)化了，PCB設(shè)計(jì)本來(lái)就是權(quán)衡的藝術(shù)，這也能理解。

除了器件焊盤的影響，這些器件的選型會(huì)對(duì)阻抗帶來(lái)更大的影響，之前的文章就寫過(guò)，由于ESD選型不當(dāng)，導(dǎo)致阻抗偏低很多，沒(méi)看過(guò)的可以再看看這篇文章：ESD器件對(duì)高速信號(hào)有影響嗎，可以看到加了ESD后的阻抗確實(shí)低了差不多14歐姆，如下圖所示：

但客戶反饋這些器件都去掉了，結(jié)果還是沒(méi)有改善，依然顯示不正常。

然后我們只能試一下看降速是否有改善，因?yàn)槿绻荘CB設(shè)計(jì)上stub太長(zhǎng)，或者焊盤等阻抗有影響，降速可以降低這些負(fù)面的影響，同時(shí)速率低了系統(tǒng)裕量也會(huì)大很多，反復(fù)修改參數(shù)調(diào)試后，最終結(jié)局卻以非常意想不到的方式結(jié)束了。

幸福來(lái)得太突然，我竟無(wú)言以對(duì)，這個(gè)錯(cuò)誤，真的有點(diǎn)低級(jí)，真是“接反一對(duì)線，多調(diào)三個(gè)月”。

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Q、本期提問(wèn)

調(diào)試了幾個(gè)月，最終卻非常意外的找到了問(wèn)題的原因，大家在調(diào)試中有沒(méi)有遇到過(guò)類似的問(wèn)題？

大家可以把問(wèn)題寫出來(lái)發(fā)給高速先生投稿，也可以分享相關(guān)的素材我們來(lái)整理，一經(jīng)采用會(huì)有相應(yīng)的獎(jiǎng)勵(lì)，歡迎大家嘗試并暢所欲言。