聊聊采樣板的故障排查與損壞原因
采樣板的概念與定義前面的文章都介紹過,不贅述;它就像最靠近電池的一線戰斗人員,最直接感受電池的脾氣;如下圖,采樣板正常的連接順序是模組的電芯通過采樣線束連接到采樣板的連接器,然后再經過保護電路、濾波電路之后到AFE;其中,采樣板最常見的損壞方式就是AFE的損壞,表現為功能不正常、表面有燒損痕跡,引腳發黑發黃;還有就是采樣板上面的濾波電路與均衡電路損壞,例如電容短路、電阻斷路、保險開路等。

拿到客戶的故障件后,一般不要急于上電檢查功能,避免造成二次損傷,先看一下外觀,包括殼體、連接器端口等;然后再打開殼體,看一下電路板,一般單板燒毀故障都會有明顯的灼燒痕跡,例如電阻發黑,芯片引腳發黃,先鎖定一下故障范圍區域;然后開始用儀器進行漫長的故障排查工作,測試鎖定的區域內器件的導通狀態,這個時候就需要靜下心來慢慢搞了,注意不要輕易地下任何結論,讓單板自己說話,一定要做好故障記錄,最好在電路圖上標記出來故障點,例如某處均衡電阻斷開、引腳短路等狀態;如果都排查完了,啥都沒發現,此時可以就試試上電測一下功能了,看是否有什么異常;當然,小組內進行討論可以提高排查效率。

ASIC的損壞一般是由于過電應力(Electrical Over Stress,EOS)造成,是指器件承受了超出其標稱范圍的電應力(電流或電壓),按照應力作用是將的長短可以分為ESD、浪涌、直流應力。ESD一般在1us以內,浪涌在1us以上,直流應力在1s以上。

對于ESD和直流應力很好理解,但對于浪涌卻不是很熟悉,浪涌有很多來源,例如雷擊感應、電纜放電、熱拔插、上下電沖擊、感性元件放電、容性元件充放電;但困難點在于怎么測試和驗證,怎么制定有效的浪涌參數,還需要進一步去研究;一般廠商會推薦參考的保護電路設計,不過深究的話,里面是有事情需要工程師去挖掘的。
當電路中出現EOS后,大概率會出現一種叫做閂鎖(latch-up)的故障,閂鎖效應是CMOS工藝所特有的寄生效應,嚴重會導致電路的失效,甚至燒毀芯片,在閂鎖情況下,器件在電源與地之間形成短路,造成大電流、EOS(電過載)和器件損壞。具體原理自行百度,不過確實理解起來好復雜。
除了研究故障現象與失效原理外,還要掌握采樣板的運行環境,去識別出EOS出現的原因。環境因素主要指電芯的排布,很多廠家使用同一個AFE去跨接多個模組采樣,這種情況是要極力避免的,之前有一篇關于AFE的文章里面詳細解釋過原因;但不幸的是,這種場景是存在的,如下圖所示,在這種場景下,要保證跨接的銅排要可靠連接,阻抗一定要小;甚至有的廠家在跨接處放置熔斷器,這是一個風險很高的操作,熔斷器的阻抗大于銅排阻抗,而且如果熔斷器意外熔斷后,AFE一定會被損壞,客戶大大要三思啊。

還有就是,跨接模組采樣時,在組裝模組過程中的接線也是一個值得關注的問題,模組之間接錯線的話也很容易損壞AFE;再有建議幾個模組要把銅排連接好后,再去連接采采樣板線束。
總結:
不管啥時候,出現單板損壞一定會給硬件工程師帶來很大的影響,各方面的壓力一下子全部集中到此,而且出現問題時的背景往往客戶說不清楚,所以我們一般會知道哪里壞了,但是為什么會壞很難一下子找到原因,客戶大大一定要理解啊;好了,抱怨完明天繼續查找問題去了(5.15半夜)。以上所有,僅供參考。
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