偶现板子芯片驱动异常，最后更换芯片厂商解决了
本帖最后由 dffzh 于 2025-5-23 17:07 编辑#申请原创#
@21小跑堂
1、问题描述 实测现象：输出共32点，命名为点0~点31：点0到点14的输出控制正常；控制点15输出时，点16输出指示灯也会被点亮；控制点16输出时，点16不亮，点17亮；…依次类推…控制点30输出时，点30不亮，点31亮；控制点31时，输出无反应，无任何输出指示灯亮。出现异常的板子的现象类似。下面是HC595芯片级联示意图：
2、问题分析原因猜想：问题出现的起点在“控制点15输出时，点16输出指示灯也会被点亮”，很有可能是这里的点数据出现了异常？点15为第二个HC595芯片的最后一个输出引脚控制，点16为第三个HC595芯片的第一个输出引脚控制，所以可以排除两个引脚连锡短路的可能；软件仿真分析：当配置PDO输出控制点15时，查看软件的32位全局控制数据为32768，如下：
二进制如下：
说明对象字典下发的数据是正确的。控制点15输出：用逻辑分析仪抓取SRCLK时钟和SER数据脚的数据，输入到4个HC595芯片里的数据也是正确的：
难道是MCU和HC595的通信时钟速率太快导致数据错乱？实测当前时钟速率为645KHZ左右，查看了HC595支持的速率，可以达到25MHZ：为了彻底消除这种可能，将时钟速率下降一半到300多KHZ测试后，异常现象依然存在。所以，也可以排除时钟速率太快造成的数据错乱。另外，该模块的32点DI输入指示灯也是由4个HC595芯片来驱动的，其控制方式与输出控制基本一致，仅仅是对应的MCU引脚不同；在输出控制时，将控制输入指示灯的接口移到输出显示上进行测试，输入指示灯的显示是正常的。说明输出控制数据是正常的。综上，从软件层面上的分析结果来看，确实没有发现明显的问题。
下面就该硬件工程师参与一起分析了。主要进行了如下测试和分析：更换芯片后恢复正常，说明芯片差异可能较大，使性能不稳定；更改时钟信号线上的电容220pf为10pf，或者去掉，可以使时钟更陡，并更快达到电平阈值，可以解决异常现象，下图是CLK有220pf，现象异常的波形：在时钟信号上有220pf电容时，数据和时钟几乎同步，处于临界状态，可能会出现异常；测试有问题的波形和无问题的波形一致，说明芯片阈值电平可能存在差异，导致临界状态的出现。下图是CLK不加电容，现象正常的波形：在每个芯片QH”上加100pf电容，使数据传输延迟一点也可以解决异常现象；与芯片原厂沟通，原厂有QH”输出延迟的更新版本，不过需要进一步批量验证才可以知道。后来辗转反侧才从项目经理哪里得知，该厂商的HC595芯片在其他部门也遇到过类似问题，由于解决未果，最终也是通过更换芯片厂商得以解决。所以芯片管控这块的缺口也是需要反思的。因此最后的解决措施是：临时方案：工厂已生产并且正常的板子，去掉时钟上的电容；最终方案：更换了HC595芯片的厂商，后面小批生产验证后未出现异常现象。
最后给大家提一点注意事项：使用这种菊花链级联多个芯片时，时序波形还是需要仔细测试一下，不要出现临界状态，尽量留一些余量。 控制数码管的电路吗 电容搞得太大？ 控制回路中加RC干嘛，滤除毛刺？我们都是直连，没有任何问题啊 电路设计的时候咋想的？那么高的时钟频率在时钟线数据线上搞电容？自己给自己挖坑。 幸福小强 发表于 2025-5-25 20:09
控制数码管的电路吗
也可以拿来驱动数码管吧，我们是用来驱动单颗LED灯。 Chad1989 发表于 2025-5-26 08:34
控制回路中加RC干嘛，滤除毛刺？我们都是直连，没有任何问题啊
是的，RC滤波，是否需要主要还是要看产品的应用环境 chineseboyzxy 发表于 2025-5-26 08:35
电路设计的时候咋想的？那么高的时钟频率在时钟线数据线上搞电容？自己给自己挖坑。 ...
起初使用的芯片也存在缺陷，一致性不太好。 zjsx8192 发表于 2025-5-26 08:06
电容搞得太大？
芯片本身一致性不太好，后面更换芯片解决了 偷工减料少了一个时钟再同步电路。特别是多级级联，长导线。还有抑制干扰。 本帖最后由 dffzh 于 2025-5-26 11:06 编辑
xch 发表于 2025-5-26 09:46
偷工减料少了一个时钟再同步电路。特别是多级级联，长导线。还有抑制干扰。 ...
还真没试过时钟同步电路，值得研究一下，感谢！{:handshake:} 看来芯片质量对整个系统的影响真的很大，更换芯片厂商后问题解决，说明在芯片选择上要更加谨慎。
彩虹捕手 发表于 2025-5-26 22:35
看来芯片质量对整个系统的影响真的很大，更换芯片厂商后问题解决，说明在芯片选择上要更加谨慎。
...是的，芯片一致性太重要了，纳秒级的相位时间差就影响了。 本帖最后由 hjl2832 于 2025-6-11 08:18 编辑
这种类似问题我也碰到过，不记得是595还是其它，也是换芯片解决才发现的问题，后面测试发现是出现在锁存的时序上有差异，有些厂家的能正常，有些厂家的不能正常，而且好像当时是国产替代的基本正常，我映像中当时就是TI的能用，NXP的就出现了问题。。 hjl2832 发表于 2025-6-11 08:17
这种类似问题我也碰到过，不记得是595还是其它，也是换芯片解决才发现的问题，后面测试发现是出现在锁存的 ...
是的，芯片时序上的微小差异导致出现临界点，进而出现偶发性问题，这种问题是比较坑的。 你说的是哪家厂家，让大家都避避坑，就是你发的这个板块吗？ EchoInEons 发表于 2025-6-14 18:43
你说的是哪家厂家，让大家都避避坑，就是你发的这个板块吗？
具体是哪家厂家，就不便透露了哦{:handshake:}，写这文章其实主要是让各位坛友在设计时能注意这些方面。 这个案例提供了很好的故障排除思路，从软件到硬件逐步排查，最后定位到芯片问题，值得学习。
脑洞星球居民 发表于 2025-6-17 11:32
这个案例提供了很好的故障排除思路，从软件到硬件逐步排查，最后定位到芯片问题，值得学习。
...
解决Bug时，思路要清晰，方法要用好。 说明原芯片可能存在缺陷，或者是翻新芯片
页:
[1]
2