說(shuō)說(shuō)硬件調試中發(fā)現的那些低級錯誤

高速先生成員--周偉

最近遇到很多debug相關(guān)的咨詢(xún)，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)不定我們早就觸過(guò)雷，從而類(lèi)似的問(wèn)題形成經(jīng)驗總結，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設計相關(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，所以兜兜轉轉又回到PCB設計上來(lái)，這也是我們經(jīng)常要面對的工作之一。

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

在我們看來(lái)，系統性能能否成功無(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，各說(shuō)各有理，但大多數時(shí)候往往硬件最后是落於下風(fēng)的，因為硬件涉及到的因素會(huì )更多，比如硬件原理、器件選型、物料、PCB設計、制板、焊接等，這些最終都和硬件相關(guān)，哪一個(gè)環(huán)節出問(wèn)題了，都會(huì )影響系統性能。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(zhù)硬件也補充說(shuō)對啊，原理、器件和軟件都是一樣，就改了個(gè)PCB設計，重新打了一板為什么調試出來(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，系統需要良好的工作，需要各方面一起協(xié)調努力，軟件也需要配合硬件的變化進(jìn)行一定的調整，大家都要做好才能保證系統的穩定運行，所以每一方面都不能忽略，出了問(wèn)題當然就需要從各個(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)行硬件調試，但我們遇到調試的問(wèn)題也很多，因為我們是實(shí)現硬件原理中重要的一環(huán)，發(fā)揮著(zhù)橋梁作用，所以很多問(wèn)題最終會(huì )排查到PCB設計環(huán)節中來(lái)，大家要有這種意識。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(hù)在我司設計的一個(gè)板卡在調試時(shí)發(fā)現HDMI接口能正確識別，但接上顯示器后卻一直閃屏，最后直接就識別不到了?？蛻?hù)用示波器測試信號眼圖也沒(méi)有發(fā)現太多問(wèn)題，這個(gè)問(wèn)題客戶(hù)內部已經(jīng)調了幾個(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完整性相關(guān)，部分PCB設計如下圖所示：

從PCB設計來(lái)看，4對數據走線(xiàn)和換層基本都是一致的，從表層走到內層，再從內層換層到底層，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(pán)連盤(pán)掏空處理，內層信號換層到底層，存在過(guò)孔stub比較長(cháng)的風(fēng)險，但對于6Gbps的信號來(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(pán)等沒(méi)有經(jīng)過(guò)一定的優(yōu)化，可能存在阻抗不連續的影響，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?xún)?yōu)化，因為如果要優(yōu)化的話(huà)，意味著(zhù)第三層或者倒數第三層焊盤(pán)位置是不能走線(xiàn)的，有可能還要補參考層，尤其是空間很緊張的情況下，實(shí)現起來(lái)會(huì )比較麻煩，很多設計人員本著(zhù)多一事不如少一事的原則，很多就不優(yōu)化了，PCB設計本來(lái)就是權衡的藝術(shù)，這也能理解。

除了器件焊盤(pán)的影響，這些器件的選型會(huì )對阻抗帶來(lái)更大的影響，之前的文章就寫(xiě)過(guò)，由于ESD選型不當，導致阻抗偏低很多，沒(méi)看過(guò)的可以再看看這篇文章：ESD器件對高速信號有影響嗎（陳雅給鏈接），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(hù)反饋這些器件都去掉了，結果還是沒(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，因為如果是PCB設計上stub太長(cháng)，或者焊盤(pán)等阻抗有影響，降速可以降低這些負面的影響，同時(shí)速率低了系統裕量也會(huì )大很多，反復修改參數調試后，最終結局卻以非常意想不到的方式結束了。

幸福來(lái)得太突然，我竟無(wú)言以對，這個(gè)錯誤，真的有點(diǎn)低級，真是“接反一對線(xiàn)，多調三個(gè)月”。

看到這里，我們的問(wèn)題來(lái)了：

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

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