嵌入式计算单板高低温实验问题概述及解决方法

嵌入式计算单板高低温实验问题概述及解决方法对嵌入式计算单板，设计流程是：确定需求-设计原理图-PCB-备料和贴装-调试-信号质量确认-高低温实验。确认需求后，进入设计阶段，不管设计方案是简单还是复杂，实际调试肯定会遇到问题，但是，好在方法总比困难多，硬件的困难用软件解决，软件难题用硬件解决，结果是需求容易实现些，反而是后续的高低温实验，元器件越多，密度越高，越容易出现故障，而且故障现象组合较多，解决起来很耗时间。针对单板，现罗列出遇到的问题并且一一分析，提出解决问题方向和部分解决方法。--高低温实验一般会遇到下述三条问题：1）上电启动不起来2）启动过程中异常3）运行过程中异常或者某一功能异常--原因分析和解决方法：1）物料问题2）内存时序3）时钟4）电源5）复位和上电顺序--下边按照上述原因一一分析@@芯片分为宇航级，军工级，工业级，商业级，对军工领域，能接触到的大部分是工业级和少量军工级芯片，其工作温度范围分别是-40~85度和-55~125度，为什么同一功能芯片会有不同工作温度？那就从芯片是怎么产生的说起，图1是光绘前的晶圆，这片晶圆会生产若干同一功能的芯片，但是，越靠近“中间部分”其光绘出来的芯片，工作频率和工作温度等性能都要优于“边缘部分“，测试后会筛选出各个温度等级和工作主频上限不同的芯片，封装、打标，再测试后出厂，然后贴装到我们的板子上。晶圆中间部分边缘部分那么，问题来了，工业级清楚的标示正常工作温度为-40~+85度，如果需求中要求在-55度还能正常工作，怎么办？明白芯片温度等级是怎么产生后，提出如下解决方法，方法包括但不限于下述几种：1）选用更宽温度范围的芯片2）有些公司会对工业级芯片进性加固，使得芯片扩展到更高等级3）对工业级芯片二次筛选，重复芯片厂商的行为。4）使用大厂产品，用量多的产品@@内存时序关系到上述三个问题的任何一条，即可能起不来，可能启动时异常，可能运行时异常，较有效的解决方法描述如下：利用CPU内部少量的RAM，做出精简BOOT程序，该程序的启动仅仅依靠电源、时钟、复位，不依赖于外部内存，它的功能起码包括用串口进性命令交互、外部内存测试、外部flash测试。另一种方法是信号质量测试，要把信号间约束关系调整到手册推荐值再一种方法是用JTAG，这种方法直接，但是也很耗时间。@@时钟信号，电路工作的脉搏，在设计选型阶段，按照功能选用不同精度和种类。选用时两个参数比较重要，一个是稳定性，一般用单位ppm表示，另一个是抖动（jitter），常用时钟都可以达到ps（皮秒）级别。在原理图设计阶段，还要注意时钟单点连接，原因是不符合阻抗匹配和transimitterline。@@电源部分是重中之重。随着CPU主频越来越高，高速信号等接口的引入，单片处理器功耗越来越大，功耗越大，对电源设计要求越高。对大功率单板，有必要对所有电源输出实施监控，监控的目的不是为了有异常时产生复位信号，而是知道哪一路出了问题，在量产时为节约成本，监控芯片可以不贴装。大输出电流必然有较大干扰，这种干扰主要是接地反弹，会产生瞬间几伏电压，这种干扰处理不好，不仅会影响电源本身，还会牵连到别的芯片。电路的性能是由PCB布局决定的，需要注意的是，并不是用一整层铺地就能很好的解决接地反弹，影响它的主要因素是回路长度和在开关变化时回路长度的变化值大小，所以尽量减少回路长度是一种较为有效的方式。DC-DC类，一般有如下模型：单MOS双MOS为减少回路长度和回路变化率a）Cvin靠近芯片，并且地引脚与芯片PGND靠近连接，同时Cvin，Cvout地引脚连接到一块b）Cvin，Cvout，二极管和DC/DC芯片放置于同一层c）电感值不是越大越好，建议使用手册中推荐值d）Cvin建议使用几百UF，Cvout使用手册推荐值，不是越大越好，需要越大容值，建议用多个电容并联e）热焊盘一般打9个（甚至更多）过孔到bottom层，并且bottom层露出铜皮以更好地散热@@对PowerPC处理器来说，复位一般分为上电复位（POR）和硬件复位（HRST），JTAG也有一根复位信号，ARM平台会简单一些，每一种复位功能是不一样的。随着处理器功能越来越强大，其上电顺序也有了新的要求，但是原则比较简单，一般遵循外围-内核-DDR，一般都是内存最后上电。---韩己福初稿，2015-11-6