說說硬件調(diào)試中發(fā)現(xiàn)的那些低級錯誤

公眾號 | 高速先生，作者 | 周偉

最近遇到很多debug相關(guān)的咨詢，曾經(jīng)我們說過，我們做過的板子越多，遇到問題的概率也越多，很多別人沒遇到過的問題，說不定我們早就觸過雷，從而類似的問題形成經(jīng)驗總結(jié)，就不會再有同樣的問題發(fā)生。一些問題可能不一定和PCB設(shè)計相關(guān)，但由于找不到原因到底在哪里，最終需要進行一一排除，所以兜兜轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)又回到PCB設(shè)計上來，這也是我們經(jīng)常要面對的工作之一。

調(diào)試是一項很辛苦的差事，說起調(diào)試，曾經(jīng)聽過一個故事。早期某大廠一些硬件人員在調(diào)試前會去仙湖植物園的弘法寺拜一拜，燒香祈求項目能一次性調(diào)試通過。雖然是傳言甚至戲謔但多少也反應(yīng)出硬件調(diào)試中一些奇怪的問題，有時甚至不以人的意志為轉(zhuǎn)移。

在我們看來，系統(tǒng)性能能否成功無非就是軟件和硬件的配合，所以很多時候硬件和軟件大家的工作都是相互配合，相安無事的，但一旦出了問題卻找不出具體原因的時候，大家可能就會相互指責(zé)，各說各有理，但大多數(shù)時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更多，比如硬件原理、器件選型、物料、PCB設(shè)計、制板、焊接等，這些最終都和硬件相關(guān)，哪一個環(huán)節(jié)出問題了，都會影響系統(tǒng)性能。而軟件只需要簡單說一句上次同樣的原理已經(jīng)驗證通過了，什么都是一樣為什么這次改了個PCB版本就不行了呢？接著硬件也補充說對啊，原理、器件和軟件都是一樣，就改了個PCB設(shè)計，重新打了一板為什么調(diào)試出來就有問題，難道是PCB的問題？最后這個“鍋”就到了和PCB相關(guān)的身上了。今天不說“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)定運行，所以每一方面都不能忽略，出了問題當(dāng)然就需要從各個方面進行排查，實事求是從解決問題的角度出發(fā)，不要有背“鍋”俠的心態(tài)。

雖然我們不直接進行硬件調(diào)試，但我們遇到調(diào)試的問題也很多，因為我們是實現(xiàn)硬件原理中重要的一環(huán)，發(fā)揮著橋梁作用，所以很多問題最終會排查到PCB設(shè)計環(huán)節(jié)中來，大家要有這種意識。

最近就遇到一個HDMI顯示不正常的案例，大致經(jīng)過是這樣的。

客戶在我司設(shè)計的一個板卡在調(diào)試時發(fā)現(xiàn)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?？蛻粲?a class="article-link" target="_blank" href="/baike/491602.html">示波器測試信號眼圖也沒有發(fā)現(xiàn)太多問題，這個問題客戶內(nèi)部已經(jīng)調(diào)了幾個月還沒有找到原因，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(shè)計如下圖所示：

從PCB設(shè)計來看，4對數(shù)據(jù)走線和換層基本都是一致的，從表層走到內(nèi)層，再從內(nèi)層換層到底層，經(jīng)過底層的電容，電感和ESD器件再到HDMI接口，中間換層過孔做了反焊盤連盤掏空處理，內(nèi)層信號換層到底層，存在過孔stub比較長的風(fēng)險，但對于6Gbps的信號來說，這個50mil的stub正好處于可鉆可不鉆的邊沿，也就是說影響不是致命的，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有經(jīng)過一定的優(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，因為如果要優(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，有可能還要補參考層，尤其是空間很緊張的情況下，實現(xiàn)起來會比較麻煩，很多設(shè)計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)計本來就是權(quán)衡的藝術(shù)，這也能理解。

除了器件焊盤的影響，這些器件的選型會對阻抗帶來更大的影響，之前的文章就寫過，由于ESD選型不當(dāng)，導(dǎo)致阻抗偏低很多，沒看過的可以再看看這篇文章：ESD器件對高速信號有影響嗎，可以看到加了ESD后的阻抗確實低了差不多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(shè)計上stub太長，或者焊盤等阻抗有影響，降速可以降低這些負(fù)面的影響，同時速率低了系統(tǒng)裕量也會大很多，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。

幸福來得太突然，我竟無言以對，這個錯誤，真的有點低級，真是“接反一對線，多調(diào)三個月”。

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Q、本期提問

調(diào)試了幾個月，最終卻非常意外的找到了問題的原因，大家在調(diào)試中有沒有遇到過類似的問題？

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