硬件调试

最近工作中遇到一些硬件电路上的小问题也是之前从未在意的问题,现在由于产品要求高了,必须弄清楚并解决。这个经历作为一点经验积累和大家分享一下。
先交代一下背景。电路很简单,单片机控制无线芯片收发数据和一些其他功能的电路,无线芯片工作频率2.4GHz,单片机选择MSP430F系列,4层板,信号-地-电源-信号。考虑到无线芯片和其他电路可能存在高频噪声的串扰,无线芯片从地到电源全部和其余部分隔离,包括内电层。选用的是TI公司的TPS71933双路固定输出3.3V的LDO从5V降压到3.3V,无线芯片单独供电。
问题描述:

  • 1、两路电源之间存在很大的震荡。
    详细解释就是A路电源和B路电源之间存在很有规律的震荡,具体波形就是大约200u出现一次,每次持续10us左右,震荡频率在1.4MHz左右,峰峰值达到1.4V左右。忘了示波器截图,大家自己脑补吧~~~~将来有机会再补图。测量过程:连接GND,测量A路电源,一切正常,电源纹波60mv 左右,但是当测量B电源输出时就出现上述震荡了。这个过程只在带载的过程中出现,空载一切正常。

  • 2、单片机上电后后不能正常工作,一定要按复位键后才能运行。

    • 一个一个分析。第一个问题,根据震荡波形,先是怀疑是LDO发生自激震荡。因为震荡有一个明显的起震过程,查阅资料后了解到LDO负载中的电容值不能乱来,过大或过小都会导致电源出现自激。因此按照手册上提供的手册上的ESR(等效串联电阻值)修改了去藕电容的大小,测试后发现,然并卵。震荡会在短时间发生后自行停止,确实是不符自激震荡的现象,继续测试。
      随后怀疑芯片程序导致,开始逐个功能去掉测试,直到最后剩下一个空循环,问题不再出现。虽然现象不再出现,但是这样的情况说明电路中存在脆弱的环节,导致负载中任何一点扰动就可以导致电源震荡。继续测试。
      怀疑5V USB 电源不稳导,更改电源后问题依然存在。继续!
      当我测量A电源的GND时发现一切平静,但是测量B电源的GND时发现震荡同样存在,起初没有在意。在电路图上这两个GND虽然是隔离的但是中间用10uH的电感连着的,应该是等电位的。这个情况是问题的突破口,后来我发现示波器在测量时是夹着A电源的GND,我试着换成B电源的GND,情况刚好相反,B电源稳定了,A电源震荡起来了!每路电源以各自的GND为参考点测量时都是稳定的,但是测量其他电源时就出现问题了,看来问题出现在两个GND连接的电感上。10uH,感值过大! 当电路中出现一些低频干扰,容易导致震荡,后来选用磁珠后问题解决。在电源去藕的时候一定要计算好电感感值,随意选用就可能使得电路不稳定。出现上述问题。

    • 第二个问题,复位电路。TI官方给出了芯片复位电路
      硬件调试_第1张图片
      因为RESET引脚在芯片烧写时用于传输数据,因此引脚电容不易过大,最大只能使用2.2nF。但是上拉电阻不宜选用47K,弱上拉导致引脚电位很不稳定,运行时极易受到干扰。因此我最后选用了1K的上拉。但是芯片还是经常出现不能直接运行的情况,这种问题在产品中不能接受。根据分析,我觉得和我的使用了芯片的USB模块有关,芯片在上电之前,USB先插入主机,电源芯片在5V接入后经过延时大约1-5ms后使能输出,建立稳定的3.3V。在这期间D+和D-已经有电平建立在430 引脚上,这点电平足以使芯片部分电路工作,包括复位电路,当芯片供电正常后,内核启动,本该此时有复位电路产生一个复位信号,芯片开始正常工作,但是由于复位电路提前启动,在内核启动前一个发出复位信号,导致芯片无法正常启动。最终我的解决方法是做成产品的硬件在RESET引脚上使用大电容,使引脚复位时间足够长。对于调试使用的硬件,由于要烧写程序就只能用2.2nF的电容。

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