晶片掛點差點報廢上萬美元電路板

作者 : Michael Kornacker

這些「黑盒子」的電路板價格大約1萬美元,老闆不希望它們就此報廢,於是我們的任務就是查出故障根源。經過一番查找後發現,原來是多工器晶54ALS15出了問題......

我曾經任職於一家國防公司的製造部門,專門為軍隊設計製造人們常說的黑盒子(black box)。在黑盒子中,有著各種功能的電路板插入於主板中。

有一天,一位軟體工程師接到任務,必須查找為什麼黑盒子中有六個同樣類型的電路板都發生故障了。這些電路板已經躺在一堆廢棄的電路板中很長一段時間了,因為沒人知道究竟是什麼問題。每塊電路板的價值大約1萬美元,老闆當然不希望它們就此報廢。雖然這些電路板在測試夾具上都通過了測試,但是到了黑盒子中卻無法正常工作。

接到任務的軟體工程師埋頭研究了幾天之後來找我,問問我有沒有什麼好的辦法能夠找出故障原因,因為在成為工程師之前,我曾經是測試這些板卡的技術人員。我答應幫忙他,但是我知道要查出這些電路板在黑盒子中的故障非常困難。這種電路板的故障電路中大約有30顆離散式晶片,要探測錯誤訊號並不容易。

但是,如果我們能修好一塊電路板,應該就可以修好所有的六塊電路板,因為它們的故障都是一樣的。於是他告訴我,當他在電路板的某幾個暫存器上進行寫入作業時,可以控制讓故障出現。太好了,我想。他應該已經做了很多故障排除工作。那麼事情可能比我預期的要容易一些。

我告訴他我們不該用這個黑盒子來排除故障,但由於他知道如何輕鬆地重現故障,因此可以在測試治具上進行查看,這應該會使分析更加容易。我將電路板裝在測試治具上並設置好,很快地就發現了問題所在:電路莫名其妙地收到了不該有的重設指令。我取出示波器,開始對電路板全面探測。只花了幾分鐘,我就找到原因了。

該電路採用了一個四路的2對1多工器晶片54ALS157,由輸入控制邏輯將2個輸入轉換為1個輸出。我發現當其中一個區段上的開關輸入控制邏輯發生改變,就會在輸出線上產生10ns的毛刺,而這根輸出線連接到重設電路。

換句話說,多路多工器晶片54ALS157出了問題,當開關打開或者關閉時,它不應該產生毛刺。我們用示波器檢查了這6塊電路板,發現都有著同樣的問題,而且晶片上的日期代碼也都一樣。顯然地,這些晶片來自製造商的一批劣質品。這只是偶爾發生的事情。只要把晶片換了,應該就可以修好電路板了。

等到換掉故障晶片後,六塊電路板不僅在測試治具通過了測試,也順利在黑盒子中完成測試了。這下子算是節省了6萬美元,老闆也很開心,給我和負責維修的軟體工程師都發了奬金。

作者Mike Kornacker是電子工程師,在國防產業服務逾30多年。

(原文刊登於Aspencore旗下EDN英文網站,參考鏈接:The chip glitch,由Jenny Liao編譯。)

 

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