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EFT试验复位案例分析

I问题现象

我司仪表产品,更换电源模块,对整机进行EFT试验,发现产品不停的复位。图片如下:
在这里插入图片描述

问题分析

试验环境: EFT测试,电源线,4KV。重复频率5KHz。极性巡航,LN同时施加干扰。

分析步骤:

一、问题复现:因为是更换电源模块,因此把原模块进行测试,整理如下:

原模块不带负载,无复位现象。
原模块带负载,无复位现象。
新模块不带负载,有复位现象,且对A相测试时容易出现,其他相未出现。
新模块带负载, 无复位现象。
至此,可以确定,复位问题跟电源模块有关,电源模块产生的干扰大小不一致,影响被试设备的正常工作。为了增加系统的健壮性,使得产品能匹配多种模块,进一步分析并解决复位问题。

二、问题分析:

嵌入式系统产生复位的可能性:上电复位,掉电复位,复位引脚复位(根据CPU状态寄存器,可能还有其他复位情况,需要软件做好分类记录,方便问题排查)

1、接通讯,查看干扰源:这里我们看到,所有复位问题均为复位引脚复位。
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明确复位源后, 进一步分析:
产品复位设计如下:复位主要有上电复位跟看门狗芯片。
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初步对策:

1、电源输入增加抑制器件,如磁珠,磁环等。查看效果。

2、再RST引脚上增加RC滤波。

查看电源输入部分设计如下:LN均有100欧姆保险丝电阻,电阻本身就起到了干扰抑制的作用。因此直接尝试对策2。电源部分原理图设计如下:
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尝试靠近RST引脚增加 RC 滤波。1K电阻+104电容,测试无效。

进一步,尝试把示波器加入RST引脚查看RST波形, 结果一测试示波器就黑屏。这个想法也不可行。

继续尝试: 拿掉跳线帽,测试了好几次,发现复位现象没有了,取证过程中,发现通讯中断,测量通讯部分的硬件正常,断电后通讯恢复。多次反复,发现跳线帽拿掉后,虽然没有了复位现象,测试过程中一旦产生通讯中断,必然伴随CPU死机。 终于有了点眉目:故障流程如下:
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CPU死机的可能性有:

电源不稳定。
晶振不稳定。
先优化电源:查看设计:发现CPU部分电容不够强大,且走线存在突变情况。CPU增加10uF瓷片电容,每个供电引脚均分配一个,并再入口处增加一个大电解电容,增加电源线宽度。死机现象还是存在。只是出现的概率有所降低。电源部分设计如下:
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PCB走线狭窄:此部分是总电源线。
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电源优化效果不明显, 再优化电源基础上,对晶振外壳进行接地处理,晶振电路如下图:
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晶振接地后,测试效果明显,连续4次未发现复位现象。晶振位置距离变压器较近,如下图,容易受干扰。结构及布局已无法大改,
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鉴于晶振接地有明显效果,为减小改动幅度,取消所有措施,只保留晶振接地,偶尔还是会出现死机的情况。再晶振上增加10M电阻,仍有低概率死机,如下图。
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晶振屏蔽有效,但未能根本解决。 鉴于其他电源模块未发生此问题,考虑增加变压器屏蔽层,跟输入DC-接地处理。原理及实物如下:
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屏蔽层接入DC-,原理图上如下:
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增加屏蔽后,反复测试,未再发现复位现象。如下:

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综合考虑整改措施的可行性及成本, 本次对电源模块变压器屏蔽处理。

III.解决方法

 变压器加屏蔽。

IV.总结和建议

1、晶振收到干扰可导致系统死机,可靠的系统设计需接地处理,需增加外部看门狗可避免异常工作时的人为干预。  开关电源作为一个干扰源,做好屏蔽可减少其他敏感部件所受的干扰
2、软件系统对状态寄存器的处理,可加快故障分析步骤。
3、本案例整改前可达到B级要求,整改后可达到A级要求。
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