电路医生 | 电子产品偶发故障很尴尬，工程师该咋办？

工作中，不少朋友，几乎每位工程师，都遇到过电子产品在用户现场偶尔发生故障，如死机、复位、数据传输错误等。维修工程师在现场跟踪排查时，故障又不会再现，拿回实验室，怎么试验又都是好的。使人陷入一种无从下手的窘境。找到通用方法作为此类问题的解决思路，成了电子设计行业共同的问题。

自然科学领域的题目不容易解开的时候，束缚住了的思维难以突破，不妨跳出来，进入到社会科学领域，通过哲学、通过思维方法论来找到突破口。朱清时说过"我通过化学科学的方法好不容易解决了一个问题，却发现佛学早就在那个科学的顶峰等着我了"（本句话文责由朱清时老师负责）。

那面对偶发故障的问题，一个解决它的方法论或许就是类聚原理。

在日常生活中，有一种说法叫"物以类聚，人以群分"，意指不是一类人不进一家门。如果一个人很上进，跟他朋友圈里的亲密朋友基本也差不多都是上进类型的。因此推断一个陌生人是否上进，看他周围的朋友的状态就可以了。如果他周围的亲密朋友都很成功了，那他即使现在不成功，离成功也不远了，起码他的成功潜质很大了。绝对的潜力股。如果是这样一个相亲对象，赶紧抓住他，绝对的低价原始股。

当然，根据他的历史推断他的将来，也是有迹可循的，古人不是说"三岁看大，七岁看老"嘛，从他的现在看过去，从他的现在看未来，都是有一定道理的。虽然不敢肯定100%全对，但基本差不到哪里去的。关键是您也不是暂时没有别的办法了解他更多嘛。也只好死马当活马医喽，更何况这批马没死停当呢，还有得救。

同理，一个电子产品，它偶尔才发生故障，那您以为它不发生故障的时候，就会完全正常吗？表面装得再若无其事，测谎器根据其生理状态的波动，也是能发现蛛丝马迹的异常的。测谎仪的测量指标是人的生理参数，那针对一台曾经发生过故障但现在正常的设备，测谎的指标则是--波形。一是这台设备正常工作时的波形质量，就会有信号隐患的特征；二是同类设备也很可能会有信号波形或数据隐患能被测和分析出来。

有隐患的机器，即使从性能上看暂时都没事，但其波形，也一定会有所偏差或波动或异常，只不过波形变异暂未超出导致设备工作异常的参数范围而已。我们去测隐患机器未发生故障时的工作波形，分析波形里隐藏的信息密码，就可发现问题的隐患和缘由。如下列举部分波形异常现象及其所对应的潜在隐患问题。

在讲波形异常及隐患分析之前，得先说清楚一个专业名词--电压容限。这是信号异常与否的关键。

对于数字电路（如图1），输出器件的信号分别为高电平（用VoH表示）和低电平（用VoL表示），这两个电平的电压都是一个允许的电压范围，只要在VoH范围内的输出电平，都认为是合理可接受的高电平，只要是VoL范围内的输出电平，都认为是合理可接受的低电平。同理，接收端能接受的高、低电平也是一个范围，分别为VIH和VIL，不同的是，VoH和VIH、VoL和VIL并不是相等的电平，而是有一个电位差Δ，这里的Δ就是电压容限。

数字电路里，我们所研究的器件参数选型计算、EMC、SI等技术措施，都是为了让从输出端发送出的电平信号，经历一系列的传输线缆衰减、空间辐射干扰耦合叠加、传输线信号反射、外界环境导致器件参数漂移、电源地线波动引起相对电平变化等等问题后，接收端所接到的信号电平，相对于输出端电平，都没超过Δ的允许波动范围。满足了这点，即便是有些外来干扰破坏，电路仍能照常工作。

图1 数字电路电压容限示意图

对于模拟电路，也有一个电路精度要求，即电压容限值±Δ%（图2），设计中所要控制的，就是在任何的波动干扰下，模拟输出量都不能超出±Δ%的范围。

图2 模拟电路电压容限示意图

基于以上的理论基础，下面列举的就是常见的几种波动和作用机理了。

1、电源或地线的电平波动厉害

VCC波动低了，大部分时候并没超出Vcc的允差范围Vccmin，但在现场条件组合应力严重的时候，一下子给弄超了就可能造成误触发，刷寄存器或触发不期望的功能。这时通过测量Vcc波形，就可能发现（如图3）的波形，即使没低到足以触发问题的地步，但只要有类似症状，就有隐患，就必须在电源的稳定上做文章了。必须确保电源的最大波动范围距离临界值很远才把握。

图3

地线波动同理，可以通过测量地线上任意两点之间的波形，正常情况应该是一条基本接近于0V的平直线（如图4中红线），如果出现了向上的尖峰（图4红圈），则可能带来风险，因为地线上升，带来的就是片选信号、reset信号等敏感信号的电位差下