從不同的崗位去看硬件設(shè)計(jì)

由于自己深感技術(shù)基礎(chǔ)的薄弱，我申請去產(chǎn)線當(dāng)了一名工程人員，在此期間，我從生產(chǎn)角度去看待設(shè)計(jì)，發(fā)現(xiàn)視角不同，看到的內(nèi)容也不一樣。

每每在產(chǎn)線上，員工對我橫眉怒眼，咒天怨地：這TMD是誰設(shè)計(jì)的產(chǎn)品~我就一臉黑線的飄過。

我很佩服我們維修組的成員，相比較而言我的維修技術(shù)是大而空，而他們是腳踏實(shí)地，原因就是在于我往往會從理論出發(fā)，維修一個(gè)東西先拿原理圖看看，然后再分析問題會出現(xiàn)在哪一塊電路。

而他們不同的地方是他們會拿一塊好板子量一量，對比一下，找到問題會出現(xiàn)在什么地方，然后才是原因。當(dāng)然，我認(rèn)為差異的主要原因是我沒有維修數(shù)量壓力，而他們績效與成果直接掛鉤。

在這期間發(fā)生了很多問題，維修了很多板子，但是究其原因，占比例最高的卻依舊是設(shè)計(jì)問題，占有九成以上，尤其是客戶投訴的故障中，都能歸結(jié)為設(shè)計(jì)缺陷。

雖然也發(fā)生過PCB來料短路、設(shè)備工藝等問題，但是數(shù)量極其稀少。設(shè)計(jì)問題有很多方面，有的是原理問題，有的是布局問題，有的是工藝問題，有的是選材問題。

我所遇到的最嚴(yán)重的一次設(shè)計(jì)缺陷是電路中沒有設(shè)計(jì)主開關(guān)，即無法斷電，正常使用過程中僅有信號開關(guān)。

正常工作時(shí)沒有問題，但是出現(xiàn)故障以后直接燒毀。所以無論什么產(chǎn)品，如果想要安全，就必須有一個(gè)能夠快速斷開電路的開關(guān)。

我之前質(zhì)疑電動汽車的博客中就說明一個(gè)問題：一旦出事故，能否保證快速有效的斷電？幾次電動汽車事故，例如比亞迪、眾泰、特斯拉等，最終都是燒毀，因?yàn)殡姅嗖婚_，短路狀態(tài)就會一直加熱起火直至燒毀。

而單片機(jī)的端口問題會是一個(gè)比較常見的現(xiàn)象。有一款產(chǎn)品生產(chǎn)時(shí)有間歇不開機(jī)現(xiàn)象，百思不得其解，最后研發(fā)工程師給出了答案——燈線斷了！

原來設(shè)計(jì)上該引腳被復(fù)用，上電時(shí)會檢測引腳(漏極開路)是不是高電平以進(jìn)入校準(zhǔn)狀態(tài)，進(jìn)入工作狀態(tài)就復(fù)用為驅(qū)動引腳(推挽輸出)，當(dāng)燈線斷掉以后，狀態(tài)不定，如果誤認(rèn)為高電平就會進(jìn)入校準(zhǔn)狀態(tài)一直不工作，看起來像是死機(jī)。所以設(shè)計(jì)上特殊信號的引腳盡量不要賦予太多的可能。這個(gè)故障如果有一個(gè)上拉電阻可能會有所改善。

同樣我們的工裝也出現(xiàn)了類似的情況，一直以來按鍵的跳動都是困擾我們的問題，莫名的原因讓程序誤認(rèn)為按鍵被按下而執(zhí)行錯誤的功能。

無論是走線布局、軟件防抖、按鍵濾波等多種方案都試驗(yàn)過，可是都不完全能解決問題，偶然一次聊天時(shí)才發(fā)現(xiàn)工程師設(shè)計(jì)上沒有加上拉電阻~

我們其余的同事都默認(rèn)為設(shè)計(jì)按鍵的時(shí)候都會加上拉電阻，經(jīng)驗(yàn)主義害死人。

布局問題多數(shù)會和地線有關(guān)，在地的分隔和單點(diǎn)接地上面很容易出現(xiàn)問題。有一個(gè)產(chǎn)品過流測試的時(shí)候會燒毀其中一根細(xì)線，分析后發(fā)現(xiàn)這是一根地線，這根線比大電流的鋪銅離電源更近。

當(dāng)過流測試的時(shí)候，電流會首先選擇這條近路而將線路燒毀。另外，像信號線走在活動的結(jié)構(gòu)件或者卡槽附近導(dǎo)致擦壞的情況也比比皆是，這些都考驗(yàn)一個(gè)工程師對產(chǎn)品的熟悉程度。

另一款低電壓的產(chǎn)品中在正負(fù)極之間反向并聯(lián)了抑制浪涌的二極管，客戶投訴說不開主開關(guān)情況下電池耗光了，我拿起電路圖一看，就覺得問題肯定出現(xiàn)在這個(gè)二極管身上。

接著查規(guī)格書，發(fā)現(xiàn)該器件額定反向漏電流500mA，意味著假若一個(gè)二極管499mA，那么參照規(guī)格書就是正常的，但是電池就會無時(shí)無刻不放電，直到死的不能再死。這是一個(gè)典型的選型不良。

而有一款老產(chǎn)品在生產(chǎn)中投訴說容易損壞萬用表，經(jīng)核實(shí)發(fā)現(xiàn)有一項(xiàng)測試內(nèi)容是測試mA級別的電流，大約80mA左右，但是如果PCB出現(xiàn)故障會飆升到1A以上，測試時(shí)工藝文件要求是mA檔，自然燒毀萬用表保險(xiǎn)絲。

我看了之后僅僅將萬用表撥到了A檔，因?yàn)槿f用表能夠有效到0.001A，與mA檔效果相同，但是1A的電流卻不會燒毀A檔的保險(xiǎn)絲?？梢?，合適的選型是多么的重要。

我一般不使用電流檔，因?yàn)槿菀讚p壞，調(diào)試的場合使用鉗流表可能比較方便，但是生產(chǎn)測試中我會建議使用檢流電阻。

而檢流電阻的選擇也十分關(guān)鍵，曾有一個(gè)工裝一開始設(shè)計(jì)使用220mR 3W的檢流電阻，這個(gè)阻值對于小信號來說測試壓降比較高，易測量，但過流狀態(tài)容易燒毀，計(jì)算發(fā)現(xiàn)過流閥值30A時(shí)候電阻上瞬間功率近200W，肯定燒毀了!

于是我建議使用無感電阻10mR 5W，那么正常工作時(shí)候就可以承受20A的電流，而且陶瓷封裝，杜絕了起火的風(fēng)險(xiǎn)。

還有一款產(chǎn)品也發(fā)生過很多問題，究其問題，與設(shè)計(jì)不無關(guān)系。由于設(shè)計(jì)上沒有采用端子設(shè)計(jì)，所以生產(chǎn)測試過程中是將所有的導(dǎo)線全部焊接在PCB上面周轉(zhuǎn)的，從生產(chǎn)初期就發(fā)現(xiàn)有部分不開機(jī)，測量調(diào)速旋鈕阻值大幅度下降。

一開始懷疑旋鈕故障，但是多次拆解以后發(fā)現(xiàn)內(nèi)部電路有燒毀的現(xiàn)象，旋鈕本身沒有損傷。最初總是不明白為什么內(nèi)部電路會損毀，短路？焊接？芯片故障？撞擊？分析來分析去都不是，原理上解釋不通。

最終發(fā)現(xiàn)原因卻是由于拖著導(dǎo)線，NTC的導(dǎo)線測試過程中碰到了高壓的線，將高壓電引入低壓電路導(dǎo)致芯片瞬間燒毀。

如果設(shè)計(jì)上采用的是端子連接方式，不但測試方便，也不會出現(xiàn)這么高的損毀率了，而損壞的PCB足夠端子的采購費(fèi)用了，得不償失。

這款產(chǎn)品同時(shí)出現(xiàn)一個(gè)奇怪的測試現(xiàn)象——打火。測試人員如果帶著手環(huán)接線，接火線的時(shí)候不會打火，接零線的時(shí)候會打火，而理論上火線是開關(guān)斷開的。

測試工裝在工裝組檢查時(shí)候卻不會出現(xiàn)這個(gè)現(xiàn)象，我直接去摸各個(gè)導(dǎo)線均不會出現(xiàn)這個(gè)問題，百思不得其解。

偶然有一次測試各點(diǎn)對地電壓的時(shí)候發(fā)現(xiàn)零線竟然是高壓!至此才發(fā)現(xiàn)原來工裝零火線輸入接反了，而工裝組的插座零火線也接反了。

看起來表象是接線問題，但是也說明設(shè)備電路控制存在風(fēng)險(xiǎn)，設(shè)計(jì)不全面，所以后期的交流測試工裝均加有交流接觸器或者繼電器，將零火線全部斷開，并且用無鎖按鍵控制，避免操作過程中PCB帶電問題。

這款產(chǎn)品還選用了一系列不密封的器件用在需要環(huán)氧膠密封的場合，這是一個(gè)不得不說的設(shè)計(jì)缺陷，選擇的器件不滿足使用要求。

其實(shí)拆解了很多國內(nèi)的不同類型產(chǎn)品，就會發(fā)現(xiàn)這是國內(nèi)設(shè)計(jì)的共性，為了保證低成本而放棄部分性能。

我總記得以前培訓(xùn)時(shí)候老師講的，一個(gè)產(chǎn)品的99%成本是在生產(chǎn)中出現(xiàn)的，而幅度卻取決于設(shè)計(jì)。

設(shè)計(jì)應(yīng)該讓生產(chǎn)盡可能的在BOM+工藝的總成本上面降低，而不能單純看BOM成本，用了便宜的原料不見得做出來的東西就便宜，中國很多大公司一瞬間垮臺，都是便宜的原材料把自己給坑了。

當(dāng)時(shí)老師還講現(xiàn)在的客戶不再一味的追求價(jià)格便宜，還會考慮后期維護(hù)的綜合成本。對于設(shè)計(jì)來說，生產(chǎn)就是我們的客戶，設(shè)計(jì)的再先進(jìn)，做起來很費(fèi)勁，工人可是要罵娘的。

今年這款產(chǎn)品又爆發(fā)出一個(gè)隱藏的缺陷，莫名其妙的飆升到了極限速度，失控，取下PCB測試一切正常。分析后問題集中到調(diào)速旋鈕上面，但是旋鈕只是一個(gè)弱電信號，調(diào)節(jié)到底就是最低速，到頂就是最高速，沒辦法出現(xiàn)失控到極限速度的現(xiàn)象。

測試過程中還專門用可調(diào)電阻去模擬，知道一個(gè)偶然的機(jī)會把中間引腳斷開了~~故障重現(xiàn)。

所以問題出現(xiàn)的原因是結(jié)構(gòu)上不平衡導(dǎo)致旋鈕受力，中間腳懸空。但這并不是根本原因，根本原因卻是程序上在PID速度控制時(shí)缺少一句對最高速的限制，正常情況下會穩(wěn)定在最高速，但是出了故障以后就跑飛了。

其實(shí)不良現(xiàn)象還有很多很多，所有的不良品最終都會送到維修，所以維修成為一個(gè)十分鍛煉工程師對問題分析能力的地方，也同時(shí)能夠發(fā)現(xiàn)很多前人的設(shè)計(jì)缺陷，這樣就可以讓自己在未來的設(shè)計(jì)道路上少走一些彎路。

所以同學(xué)們，如果你想成為一個(gè)優(yōu)秀的工程師，可以先去維修鍛煉鍛煉吧。