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。
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