解密工業(yè)級(jí)核心板的設(shè)計(jì)歷程

精美的食材配以輔料，做出來的可能是一道讓人流連忘返的美食，也有可能是一道“黑暗料理”；工業(yè)級(jí)處理器配以外圍工業(yè)級(jí)器件，設(shè)計(jì)出來的可能是可靠穩(wěn)定的工業(yè)級(jí)核心板，也有可能是一塊“偽工業(yè)品”。讓我們借MiniARM M3517核心板在研發(fā)階段高低溫測(cè)試環(huán)節(jié)中的一個(gè)小插曲，來一窺這類秘密的冰山一角。

MiniARM M3517簡(jiǎn)介

MiniARM M3517是廣州致遠(yuǎn)電子基于TI Cortex-A8處理器AM3517設(shè)計(jì)的一款工控核心板，所有器件均采用工業(yè)級(jí)。產(chǎn)品在設(shè)計(jì)階段需經(jīng)歷雙備份操作系統(tǒng)測(cè)試、十萬次Flash讀寫掉電測(cè)試、軟件測(cè)試中心各項(xiàng)指標(biāo)參數(shù)測(cè)試、電磁兼容測(cè)試及高低溫測(cè)試等，最大限度對(duì)產(chǎn)品品質(zhì)進(jìn)行驗(yàn)證測(cè)試。

高低溫交變濕熱測(cè)試

MiniARM M3517在GPMC總線上掛載一顆工業(yè)級(jí)串口擴(kuò)展芯片，用于擴(kuò)展兩路全功能串口，該方案在多款產(chǎn)品中已經(jīng)成功應(yīng)用且方案非常成熟。但M3517核心板樣機(jī)在進(jìn)行高低溫交變濕熱測(cè)試中，擴(kuò)展串口仍然出現(xiàn)了匪夷所思的問題！

產(chǎn)品在低溫-20℃ ~ -40℃區(qū)間，擴(kuò)展串口數(shù)據(jù)發(fā)送速度變得異常的慢，系統(tǒng)其他功能測(cè)試則正常！-40℃斷電存儲(chǔ)兩小時(shí)后重新啟動(dòng)，擴(kuò)展串口問題依舊，系統(tǒng)其他功能全部正常！當(dāng)溫度回升至-20℃以上時(shí)，擴(kuò)展串口數(shù)據(jù)發(fā)送速度則恢復(fù)正常水平！

硬件上可能出現(xiàn)的問題

高低溫測(cè)試中出現(xiàn)異常，首先要排除硬件上是否存在問題！因此，我們首先從硬件開始，將硬件上可能出現(xiàn)的問題羅列如下：

1、樣機(jī)焊接：是否有虛焊等？經(jīng)檢查，無虛焊。

2、樣機(jī)物料：再次確認(rèn)樣機(jī)使用的所有器件均為工業(yè)級(jí)物料。

3、電源設(shè)計(jì)：常規(guī)電子元器件在低溫下功耗都會(huì)高10%，修改供電方案，使用外部直流穩(wěn)壓電源對(duì)串口擴(kuò)展電路部分單獨(dú)供電，確保供電充足。

4、外界干擾：對(duì)產(chǎn)品測(cè)試中可能存在的干擾逐一排查。

問題存在就必須要解決

大家集思廣益，把可能存在的情況逐一測(cè)試。隨著一次次的修改，一次次的嘗試，可能的原因被不斷的否定，問題還是沒有突破性的進(jìn)展。然而，問題存在就必須要解決，品質(zhì)是產(chǎn)品的生命。

在一次項(xiàng)目組討論會(huì)上，驅(qū)動(dòng)工程師提及當(dāng)初為了提升串口數(shù)據(jù)吞吐量，軟件修改配置提升了總線時(shí)鐘，縮短了總線讀寫周期，會(huì)不會(huì)跟這個(gè)有關(guān)呢？我們使用LAB6052邏輯分析儀抓取了常溫下的總線寫操作的波形圖，如圖1所示。

 
圖1. 未修改前常溫下寫操作時(shí)序

在-20℃~-40℃低溫環(huán)境下，總線讀寫波形如圖2所示，可以明顯的看出在寫操作的開始部分時(shí)序出現(xiàn)了偏差。

 
圖2. 低溫下寫操作時(shí)序圖

串口擴(kuò)展芯片SC16C752BIB48手冊(cè)中給出的推薦時(shí)序圖如圖3所示。