當接收機出現異常高頻…

作者 : Vladimir Rentyuk,開發工程師

當我站在那兒看著頻譜分析儀螢幕上顯示的異常頻率時,工作人員關掉了屏蔽室的燈——異常頻率突然就從螢幕上消失了!我重新打開燈後,異常頻率又出現了...

多年前,我曾經在一家無線電通訊研究所工作。當時還是個很年輕的工程師,但已經擔任磁記錄設備小組的組長。在我們的部門中有一個小組負責為我們的最新接收機設計控制單元,該控制單元的功能非常簡單:在5個FM頻道中進行切換。控制單元是採用類似4000系列的新型CMOS IC設計的。 將這個控制單元組裝到接收機後,負責監控生產過程的工程師打電話給我們,說有很多接收機無法正常運作;其頻率高得令人無法接受。我們以前從未遇過這樣的問題。 接收機設計小組的一名工程師前往組裝廠,證實了許多(但並不是全部)庫存的接收機的確存在這個問題。他著手進行了一些測試,想找出原因,但無功而返。他開始更換接收機中的控制單元(謝天謝地,這款控制單元採用的是模組化設計),也一併換了射頻(RF)、中頻(IF),甚至音訊單元,看看是不是能發現問題。為了便於比較,他甚至把沒出現故障的接收器都拆了,從原型中取出RF、IF和音訊單元,但仍然無濟於事。生產被迫停止,情況十分緊急。 我們的總工程師發飆了。他下令整個接收機設計小組集中時間與能量,全以力赴解決問題,並在一、兩天內回報結果。接收小組進行了徹查,甚至檢查了工作場所、測量儀器和屏蔽室。但一切似乎都沒有問題。我們的工程師在電路中放了新的旁路電容器,但接收機的頻率仍然出奇地高。兩天時間一晃而過,大家依然束手無策。 我從來沒設計過接收機,但一直是個擁有創新思維的人,因此,總工程師派我到接收機設計小組去幫忙查找問題。我查看了一下到目前為止所做的一切後發現,除了控制單元之外的所有元件都已經換掉了。我對接收機設計小組說:「為什麼幾乎更換了所有的元件,唯獨不更換控制單元?這是接收器中唯一新加進來的元件啊!現在拿舊的控制單元來試試。」 他們回答說:「Vladimir,你必須知道,控制單元中只不過包含幾個D觸發器,不可能產生這種異常高的頻率,因為它沒有任何高頻產生器。」但是,在我的堅持下,接收機設計小組還是按我的要求做了,關鍵是也沒有其他辦法了。工程師在接收機中重新裝上舊的控制單元,拆下新的控制單元——異常的高頻隨之消失!然後,再裝上新的控制單元後,這種不正常的高頻就又清晰地出現在頻譜分析儀的螢幕上,就像變魔術一樣。 新的控制單元中的確沒有任何高頻產生器,只有幾個D觸發器,作為帶解碼功能的簡單RS轉換器。裝配廠於是改用舊的控制單元,因而也恢復了生產,我們也就爭取到時間進行故障分析了。既然會發生這種故障問題,我們仍然必須找到原因,這事關乎我們的聲譽。 我們裝上了幾個旁路電容,並重新檢查所有電路,但並沒有發生什麼令人意外的結果。當時已經到了午餐時間,我獨自站在屏蔽室的門口,管測試設備的工作人員準備去吃午飯。他從來不會因此關掉示波器或頻譜分析儀,這次連電源供應器(PSU)都沒關上。 當我站在那兒看著頻譜分析儀螢幕上顯示的異常頻率時,工作人員關掉了屏蔽室的燈——異常頻率突然就從螢幕上消失了!我重新打開燈後,異常頻率又出現了。我的心中疑惑不已,不斷重複開關燈的動作後發現,異常頻率只有在打開照明燈的時候才出現。 我手動製造出一塊陰影,終於發現了控制單元的PCB上「產生」異常頻率的位置:其中的一個D觸發器! 我首先想到,光是從IC的塑料封裝中透出來的。我將手指放在上面,很高興地發現異常頻率消失了。但是,當我用不透光的螢幕蓋住IC時,卻沒得到同樣滿意的結果,我有點失望。現在離答案僅一步之遙。 我檢查了PCB佈局後發現,其中一個D觸發器第二部份的R、C、D和S輸入,皆未連接至GND或Vcc。在PCB的表面有點髒(我猜想是光阻劑),而且在D觸發器的開關的輸入和輸出之間產生了一些漏電流(這是一個正反饋),因為CMOS IC具有非常高的電感輸入。這就是為什麼D觸發器有時用於作為高頻產生器。遺憾的是,原理圖中並未顯示這部份。 問題的根源在於設計該控制單元的工程師並沒有使用CMOS IC的經驗,以前他只使用TTL邏輯。在那個時候,CMOS IC還算是比較新的元件,年長一些的工程師也不太熟悉。 在找到產生異常頻率的原因後,我們將R、C、D和S輸入連接到GND,麻煩也就解決了。這讓我們保住了面子,而且我是那天當之無愧的英雄。 (原文刊登於Aspencore旗下EDN英文網站,參考連結:A dark story,由Jenny Liao編譯。)

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