這是一個(gè)時(shí)鐘問題

這是一個(gè)時(shí)鐘問題。

據(jù)國外一家國防公司制造部門的電氣工程師自述：“我們?yōu)槲覀兊能婈?duì)建造了通常被稱為黑匣子的東西。十五年前，我們?yōu)橐晃豢蛻糁圃炝?10 個(gè)黑匣子。五年前，客戶要求我們再建兩個(gè)。10年過去了，我們不得不重新裝備生產(chǎn)線。然而，第二批的情況有所不同，這使得它在測試中失敗了。解開這個(gè)謎團(tuán)需要拉出原理圖并遵循信號路徑”。

”任務(wù)是對兩個(gè)新盒子進(jìn)行質(zhì)量測試。對于質(zhì)量測試，我們?nèi)匀挥形覀優(yōu)榈谝慌?10 個(gè)盒子建造的定制測試站，設(shè)計(jì)有儀器來檢查盒子的所有功能。將進(jìn)行初始測試、老化測試，如果一切順利，將進(jìn)行最終驗(yàn)收測試。如果這兩個(gè)新盒子通過了所有這些，那么它們就可以為客戶準(zhǔn)備好了。這兩個(gè)盒子順利通過了最初的測試，沒有太多麻煩。

老化是在帶有電加熱器和冰箱的室內(nèi)進(jìn)行溫度測試。定制測試站有很長的測試電纜，這些電纜通過腔室壁上的舷窗連接到盒子。老化從環(huán)境下的基線測試開始。然后我們把它降到 -54oC 并在那里冷浸幾個(gè)小時(shí)，以確保整個(gè)盒子都很冷。在寒冷時(shí)，定制測試站檢查盒子的所有功能。

在那次測試之后，我們將溫度提高到 55oC 并在那里熱浸幾個(gè)小時(shí)，以確保整個(gè)盒子是溫暖的。熱時(shí)，測試站測試盒子的所有功能。熱測試后，我們將溫度降低到 -55oC ，然后再做一次。我們重復(fù)冷/熱測試四個(gè)溫度循環(huán)，大約需要 32 小時(shí)才能完成。

當(dāng)嘗試在第一個(gè)盒子上進(jìn)行老化時(shí)，它通過了基準(zhǔn)熱，但在所有四個(gè)循環(huán)中都未能通過其中一個(gè)電路卡上的 MIL-STD-1553 芯片上的內(nèi)置自測 (BIST) 的冷態(tài)。MIL-STD-1553 是一種軍用通信系統(tǒng)，用于連接飛機(jī)上的設(shè)備，以便系統(tǒng)可以進(jìn)行通信。我們在測試站中有一個(gè)儀器，它通過 1553 線路與盒子中的這個(gè)特定電路卡通信，驗(yàn)證系統(tǒng)是否正常工作。該通信部分通過冷，但芯片本身未能通過其 BIST 冷。1553 控制器芯片內(nèi)部發(fā)生故障。

用另一個(gè)盒子里的那個(gè)替換了有問題的電路卡，然后重新啟動了老化。四個(gè)周期后，相同的 1553 BIST 再次冷失敗。我就 BIST 給我們的一位設(shè)計(jì)工程師打了電話，他告訴我 1553 BIST 功能完全在 1553 芯片內(nèi)部。他告訴我，它所需要的只是來自外界的干凈時(shí)鐘信號，在本例中為 24 MHz晶振。時(shí)鐘來自CPU卡，這是盒子里的另一張電路卡，所以我用另一個(gè)盒子里的CPU卡替換了CPU卡，然后重新啟動了老化。再過四個(gè)循環(huán)后，結(jié)果是一樣的。1553 BIST 在所有四個(gè)循環(huán)中均冷失敗。

這時(shí)我打電話給我的老板，他過來看看情況。我們決定在 1553 電路卡上的時(shí)鐘目的地添加一根電線，并將其帶到室外，這樣我們就可以在天氣寒冷時(shí)用示波器對其進(jìn)行監(jiān)控。將導(dǎo)線放置在環(huán)境中，我們拍攝了時(shí)鐘信號的照片作為基線，然后將腔室冷卻并讓它浸泡一段時(shí)間。經(jīng)過幾個(gè)小時(shí)的冷浸后，我們打開了盒子，運(yùn)行了 1553 BIST——它失敗了——并拍攝了另一張時(shí)鐘信號的照片。我們比較了兩張照片，但沒有發(fā)現(xiàn)任何明顯的不同。

然后查看了 CPU 卡、主板和 1553 卡的原理圖，并繪制了整個(gè) 24 MHz 時(shí)鐘電路鏈的簡單圖。就在這時(shí)，老板注意到了一些不適合他的事情。

我們的設(shè)計(jì)工程師最初所做的是將 CPU 卡插入主板時(shí)，主板將相同時(shí)鐘信號的兩個(gè)獨(dú)立緩沖輸出并聯(lián)在一起。當(dāng)一個(gè)緩沖源沒有足夠的驅(qū)動能力來服務(wù)多個(gè)目標(biāo)電路時(shí)，并行緩沖芯片是一種公認(rèn)的做法。這在緩慢移動的信號環(huán)境中可能沒問題，但是對于 24 MHz 的時(shí)鐘信號，這可能會導(dǎo)致問題。并行的每個(gè)緩沖區(qū)都必須同時(shí)打開和關(guān)閉，否則可能會導(dǎo)致故障導(dǎo)致不良后果。然而，我們的時(shí)鐘信號圖片沒有顯示任何故障。

然而，我們發(fā)現(xiàn)（假設(shè)）并行緩沖區(qū)僅驅(qū)動主板上的一個(gè)緩沖區(qū)。我們決定繼續(xù)并暫時(shí)從并聯(lián)電路中移除其中一個(gè)緩沖器。由于這些卡是采用表面貼裝技術(shù)設(shè)計(jì)的，我們所要做的就是將緩沖芯片上的輸出引線拆焊并將其從走線上提起。這有效地消除了并行緩沖區(qū)布置。我們檢查了示波器上的信號，沒有發(fā)現(xiàn)任何不同，所以我們再次將腔室冷卻，經(jīng)過幾個(gè)小時(shí)的冷浸后，我們進(jìn)行了測試。嘿嘿！1553 BIST 過冷了。我們再次拍攝了冷時(shí)時(shí)鐘信號的照片，但與以前沒有任何區(qū)別。

顯然，將時(shí)鐘緩沖器芯片與原始電路卡并聯(lián)在 10 年前制造的原始 10 個(gè)盒子上似乎無關(guān)緊要，但由于某些未知原因，他們不喜歡新卡上的一些未知原因。我們看不到示波器上的時(shí)鐘信號有任何問題，但是一旦我們?nèi)∠⑿芯彌_區(qū)，它終于通過了冷測試。

然后我們重新啟動了老化測試，它最終通過了所有四個(gè)冷熱溫度循環(huán)，并且顏色鮮艷。我們在另一個(gè)盒子上啟動了老化，并在 1553 卡上驗(yàn)證了 BIST 冷態(tài)失敗。接下來我們修改 CPU 使時(shí)鐘緩沖芯片不并行，啟動燒錄機(jī)并驗(yàn)證 1553 卡通過 BIST。問題解決了。

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