电路医生 | 电子产品偶发故障很尴尬，工程师该咋办？

降，Vreset-Vgnd小于了某个临界值，芯片就会当成一个复位低电平输入信号了。较常见的是给设备打+6000V静电接触放电时，地电平上被耦合或传导进去，极易引起复位就是类似道理。

图4

2、数据传输速率与传输线器件特性参数匹配不良导致波形变异

正常情况下，因为数据线过长、线间电容、接收端输入电容较大、导线上串入电阻较大、接收端输入端口防护器件结电容等的影响，会导致形成（图5）里的上图黑色波形。在速率比较低的时候，数据传输的正确率是能保证的。但当软件工程师不管不顾地加快数据传输速率时，会导致上升沿还未冲到接收端的电压容限值下端VHmin时，就不得不因为周期问题而走下坡路了，形成图5上图中的红色波形部分，最高点低于了VHmin值，接收端自然就读不到数据了。如果就是所有的都不正常了倒还好查找了，最担心的是处于导致波形在正常与非正常之间的传输速率临界点，就可能在现场偶发传输数据错误了。可能的现象是把导线剪短点、或换个小点的电阻值、或者拆掉个电容、或减少个终端，数据就会好了。

图5

3、波形出现回勾

回勾的波形如（图6），它的形成是因为导线有高频特性，可理解为小电感和小电阻的串联，而数字电路输入端口，又可以理解成一个Pin-Gnd的对地电容，以及一个输入跟随器特性，走线的特性和器件的输入等效特性合并在一起，就有了如图6的电路特性图。V4给出10MHz方波信号，右图上5点就可以测得接收左图回勾变异波形。

本实例虽然有回勾，好在回勾部分在上升沿时并未穿越VHmin限值，下降沿时也未触发VLmax限值，因此不至于引起信号质量问题。但如果导线特性参数和器件输入特征参数有变，导致回勾特性的上升沿上移了，或下降沿的回勾下降了，危险岂不大哉？

图6

按说写到这里，这个类聚原理的道理应该能说明白了。但是还有好几个常见的类似波形质量隐患问题，所以还是捺着性子写下去吧…

4、波形出现台阶（图7）

有时，我们会测量到（图7）或（图8中间图）中间平台形状的波形，这种是由容性负载与布线联合作用引起的。这种波形的危害在于，有的接收器件，接收到信号后，判别上升沿的方式是通过对上升沿作微分，然后根据微分后的尖峰阈值判读是否为上升沿。如果中间出现了平台，微分电路则会导致出现两个有一点时间间隔的尖峰。如果两个尖峰都很高，则会导致重复误触发；如果都低，则会无触发；这两种情况都导致错误。

（图8上图）为源端输出波形，是标准的方波；（图8下图）为导致（图8中图）平台波形的电路结构。该图为仿真效果。

图7

图8

5、波形有过冲

波形里常有过冲现象，如（图9）。如果振荡幅度不够大，不会经过VHmin和VLmax的限值，则万事皆无。但如果振荡的幅度超出了VHmin和VLmax的临界值，则可能会产生误触发，因为很多芯片是以上升沿中过VHmin的电平跃变做为上升沿触发信号，如果越界了，则有造成2次上升沿触发的风险。

导致这条曲线特征的是信号线或地线的走线感性特性与线间电容、器件输入电容、PN结电容等相互作用的结果。地线上的类似衰减性振荡波动术语叫"地弹"。

图9

6、电压跌落

电源线上有串电感或电容了，电源启动、负载启停的瞬间，因为电感的反向电动势、容性负载大电流导致的电源瞬间塌陷，都会有电源瞬间跌落的风险。如（图10）。这个波形在负载突然启动或突然掉点马上又上电的时候可能会发生。如果幅度大了，掉电的时间长了，极可能就有复位、刷E2存储器、误触发等风险了。

图10

以上描述了几种常见的可能导致电路工作异常的变异波形，其故障作用机理理解了仅仅是改善的第一步，下一步还需要理解是什么设计问题导致了这些波形的产生，是哪些特性参数影响到了变异波形的哪个参数？通过设计改善哪一点才能使这些变异不再发生或不至于导致问题成为显性故障？这些都是未来的文章里要讨论的问题。

简单总结：就是遇到偶发故障问题产品了，即使手头没有该故障产品，或者有也激发不出问题来的时候，您就找完全相同设计的产品，查找怀疑器件的信号波形，如果都是特标准的波形，那就先暂时放过，如果稍有异常，就把它记录下来，随后仔细分析这些异常如果再大一点的话，有没有可能触发现场的偶发故障，如果是，那就针对这个异常波形改进设计，改进好了，让它远离激发故障的电平临界值了，偶发故障基本就很可能被根除了。这种原理就是类聚原理。由"一个大坏蛋的同伙至少一定也是个小坏蛋"的道理推演而来。

也许会有人问了，这么个有用的方法，这么有实际指导意义的原理，谁发