20年经验的电子总工程师回忆录之替换物料引起的频率干扰

张发林，从事嵌入式系统软硬件研发工作超过20年，目前在上海未来伙伴机器人有限公司担任电子总工程师。深入理解从产品需求分析、方案论证设计、技术研发、产品化、测试认证、批量量产等各环节的难点、痛点，解决过大量研发、产品化和生产难题，参与或领导开发的多款工业自动化设备、通信设备、监控系统、物联网及机器人产品等均已投入大规模量产销售。

2005年四月份，我们研发的工业级ADSL局端和终端设备完成功能样机贴片和硬件测试，开始和软件团队进行系统联调。顺利开机、初始化完成、网络连接正常，一切OK，大家纷纷开始憧憬起美妙的黄金周长假了。

不幸的消息很快从软件部反馈过来，经过初步测试，发现ASDL终端设备上行数据速率正常，但是下行数据速率远低于设计要求，和芯片规格书给出的指标相差甚远。按照常规流程，硬件团队马上进行电路测试，信号分析，供电检查等；软件团队进行驱动检查，特别是寄存器配置和数据分析等。大家乐观的认为，解决这种必现的问题应该不算难事。

接下来的几天，大家做了大量的工作。首先就是对问题进行定位，看看是因为硬件不良还是软件驱动存在问题。硬件方面首先对电路板进行完整的静态和动态测试，验证信号时序、逻辑、电平等，未发现明显异常。接着扩大硬件测试样品数量，确认同一批次的板子测试结果和不良现象高度一致，基本排除了因物料差异和贴装工艺导致的个体差异；软件工程师将各种可能导致Bug的问题进行模拟验证，对不同版本的驱动进行对比，对相关寄存器进行逐一排查，也未发现任何有价值的线索。一番折腾下来，没有什么进展，而五一长假开始了，没有什么好说的，取消一切出行计划，开始加班加点解决问题。

各种常规的方法无法突破后，我们开始进行各种交叉测试：将阿尔卡特和中兴等几家采用相同硬件方案的Flash芯片取下来，和我们的板子上Flash芯片互换进行交叉试验，尽管采用的标准不一样，但除了启动时各家Logo不同外，其它功能基本没问题。别的公司的板子更换Flash前后均正常，而我们的板子更换前后下行速率始终不能达到指标要求。这基本确定了问题是出在硬件的设计上。

明确了问题范围，我们开始对硬件进行新一轮测试排查，测试的重点从时域转换到频域，果然通过频谱分析仪测试分析，发现在600KHz附近有严重的干扰，而这一频带正是是下行通道的主力通带范围，0到4KHz是音频通带，是低通滤波后接电话机用于语音通信的，25KHz到200KHz是数据上行频带，200KHz到1.1MHz是数据下行通带。

找到干扰频点后就继续追查干扰源，发现在距离通信驱动接口芯片比较远的的一颗DC-DC芯片的功率电感处存在2倍频600KHZ的较强干扰，继续分析发现该电源芯片的振荡频率为300KHz，而原来参考设计上的是同一家公司的非常接近的料号的一颗料，但原来的芯片振荡频率是600KHz，2倍频后是1.2MHz，已经超出了ADSL的1.1MHz的频带范围，但这颗料即将停产，所以后来电源供应商的FAE和我们的工程师沟通时极力推荐这颗新料，由于新老物料参数一致而且价格更低，工程师就选择了新料，由于料号几乎相同，工程师在送样测试时觉得输出电压、纹波系数和负载能力等指标都和老料一致，因而就选择了新料。

因为该芯片距离通信接口芯片较远，干扰源不是通过线间串扰过来而是通过空间耦合过来的，在时域范围内极难发现分析。问题定位后，通过在功率电感上增加屏蔽罩彻底解决了这个问题。但是七天长假已经过去了六天，而我也落下了腰肌劳损的毛病，直到几年后采用朋友的偏方才慢慢痊愈。

细细反思，至少有几方面的教训：

一）细节真的很重要，任何物料的更换都要慎之又慎，每个参数都要搞清楚；

二）基础知识真的很重要，如通信类的频带划分，调制方式，时域和频域的测试分析能力等；

三）思路开阔、灵活应变，需要多维度思考问题。