说说硬件调试中发现的那些低级错误

公众号 | 高速先生

作者 | 周伟

最近遇到很多debug相关的咨询，曾经我们说过，我们做过的板子越多，遇到问题的概率也越多，很多别人没遇到过的问题，说不定我们早就触过雷，从而类似的问题形成经验总结，就不会再有同样的问题发生。一些问题可能不一定和PCB设计相关，但由于找不到原因到底在哪里，最终需要进行一一排除，所以兜兜转转又回到PCB设计上来，这也是我们经常要面对的工作之一。

调试是一项很辛苦的差事，说起调试，曾经听过一个故事。早期某大厂一些硬件人员在调试前会去仙湖植物园的弘法寺拜一拜，烧香祈求项目能一次性调试通过。虽然是传言甚至戏谑但多少也反应出硬件调试中一些奇怪的问题，有时甚至不以人的意志为转移。

在我们看来，系统性能能否成功无非就是软件和硬件的配合，所以很多时候硬件和软件大家的工作都是相互配合，相安无事的，但一旦出了问题却找不出具体原因的时候，大家可能就会相互指责，各说各有理，但大多数时候往往硬件最后是落於下风的，因为硬件涉及到的因素会更多，比如硬件原理、器件选型、物料、PCB设计、制板、焊接等，这些最终都和硬件相关，哪一个环节出问题了，都会影响系统性能。而软件只需要简单说一句上次同样的原理已经验证通过了，什么都是一样为什么这次改了个PCB版本就不行了呢？接着硬件也补充说对啊，原理、器件和软件都是一样，就改了个PCB设计，重新打了一板为什么调试出来就有问题，难道是PCB的问题？最后这个“锅”就到了和PCB相关的身上了。今天不说“锅”的事，系统需要良好的工作，需要各方面一起协调努力，软件也需要配合硬件的变化进行一定的调整，大家都要做好才能保证系统的稳定运行，所以每一方面都不能忽略，出了问题当然就需要从各个方面进行排查，实事求是从解决问题的角度出发，不要有背“锅”侠的心态。

虽然我们不直接进行硬件调试，但我们遇到调试的问题也很多，因为我们是实现硬件原理中重要的一环，发挥着桥梁作用，所以很多问题最终会排查到PCB设计环节中来，大家要有这种意识。

最近就遇到一个HDMI显示不正常的案例，大致经过是这样的。

客户在我司设计的一个板卡在调试时发现HDMI接口能正确识别，但接上显示器后却一直闪屏，最后直接就识别不到了。客户用示波器测试信号眼图也没有发现太多问题，这个问题客户内部已经调了几个月还没有找到原因，最后希望我们从PCB的角度排查一下看能否找到是不是和信号完整性相关，部分PCB设计如下图所示：

从PCB设计来看，4对数据走线和换层基本都是一致的，从表层走到内层，再从内层换层到底层，经过底层的电容，电感和ESD器件再到HDMI接口，中间换层过孔做了反焊盘连盘掏空处理，内层信号换层到底层，存在过孔stub比较长的风险，但对于6Gbps的信号来说，这个50mil的stub正好处于可钻可不钻的边沿，也就是说影响不是致命的，能背钻当然更好。另外电容、电感和ESD器件，这些器件和连接器表贴焊盘等没有经过一定的优化，可能存在阻抗不连续的影响，这块我们的要求是8Gbps以上是必须要优化，8Gbps以下如果有空间可以优化，因为如果要优化的话，意味着第三层或者倒数第三层焊盘位置是不能走线的，有可能还要补参考层，尤其是空间很紧张的情况下，实现起来会比较麻烦，很多设计人员本着多一事不如少一事的原则，很多就不优化了，PCB设计本来就是权衡的艺术，这也能理解。

除了器件焊盘的影响，这些器件的选型会对阻抗带来更大的影响，之前的文章就写过，由于ESD选型不当，导致阻抗偏低很多，没看过的可以再看看这篇文章：ESD器件对高速信号有影响吗，可以看到加了ESD后的阻抗确实低了差不多14欧姆，如下图所示：

但客户反馈这些器件都去掉了，结果还是没有改善，依然显示不正常。

然后我们只能试一下看降速是否有改善，因为如果是PCB设计上stub太长，或者焊盘等阻抗有影响，降速可以降低这些负面的影响，同时速率低了系统裕量也会大很多，反复修改参数调试后，最终结局却以非常意想不到的方式结束了。

幸福来得太突然，我竟无言以对，这个错误，真的有点低级，真是“接反一对线，多调三个月”。 

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调试了几个月，最终却非常意外的找到了问题的原因，大家在调试中有没有遇到过类似的问题？

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