抗惡劣環(huán)境便攜式計(jì)算機(jī)故障案例分析

郭小國(guó) 劉野

摘要：文中針對(duì)抗惡劣環(huán)境便攜式計(jì)算機(jī)出現(xiàn)的設(shè)備不啟動(dòng)的問題，運(yùn)用故障樹組成原理，各模塊化分解，并通過機(jī)理分析，逐步找到問題原因。通過復(fù)現(xiàn)問題、驗(yàn)證問題，并解決問題，避免了以后設(shè)計(jì)生產(chǎn)時(shí)該類問題的發(fā)生。

關(guān)鍵詞：惡劣環(huán)境;不啟動(dòng);嵌入式模塊;焊接

抗惡劣環(huán)境便攜式計(jì)算機(jī)（以下簡(jiǎn)稱“筆記本”）是為了適應(yīng)各種惡劣環(huán)境，如車載、艦載、機(jī)載等。在計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)影響計(jì)算機(jī)性能的各種因素，如外部復(fù)雜電磁環(huán)境、震動(dòng)、沖擊、風(fēng)沙、嚴(yán)寒、濕熱等環(huán)境，內(nèi)部系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、電氣特性和機(jī)械物理結(jié)構(gòu)等，采取相應(yīng)保證措施的計(jì)算機(jī)。其特點(diǎn)是具有較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)性、高可靠性、高維護(hù)性，較強(qiáng)的實(shí)時(shí)處理能力等。

本文針對(duì)筆記本特殊的工作環(huán)境，主要介紹了一款基于嵌入式模塊設(shè)計(jì)的車載抗惡劣環(huán)境計(jì)算機(jī)設(shè)備不啟動(dòng)故障現(xiàn)象及故障定位分析，以及在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及電氣設(shè)計(jì)方面的如何避免此類故障發(fā)生。

1 問題概述

在正常使用時(shí)筆記本出現(xiàn)設(shè)備不啟動(dòng)故障。故障現(xiàn)象為計(jì)算機(jī)加電后，顯示屏有彩色花屏條紋，電源燈常亮，風(fēng)機(jī)運(yùn)行正常，硬盤指示燈無閃爍，鍵盤、鼠標(biāo)均無反應(yīng)。關(guān)閉電源多次重啟，故障顯現(xiàn)穩(wěn)定復(fù)現(xiàn)。

2 問題定位

筆記本硬件采用模塊化計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)思路，主要分為嵌入式模塊、顯示器模塊、硬盤模塊、光驅(qū)模塊和電源模塊等。各模塊之間相對(duì)獨(dú)立，主要功能模塊之間采用主板連接。

根據(jù)筆記本組成原理分析，繪制問題故障樹，見圖1。根據(jù)故障樹對(duì)各底事件進(jìn)行分析排查。

筆記本啟動(dòng)上電過程主要工作次序?yàn)椋哼m配器交流轉(zhuǎn)直流上電→開關(guān)上電→電源模塊轉(zhuǎn)換各工電壓→模塊上電→模塊自檢啟動(dòng)（硬盤自檢、顯示自檢、光驅(qū)自檢等工作）。AC220V轉(zhuǎn)DC19V電壓經(jīng)過適配器輸送到筆記本后航插，再經(jīng)過濾波器連接至主板，由于筆記本開機(jī)為AT模式，故19V電壓在開關(guān)關(guān)閉時(shí)并未連接至筆記本主板，DC12V、DC5V、DC3.3V電源模塊此時(shí)均無輸入及輸出電壓，嵌入式模塊無DC12V電壓也處于待機(jī)狀態(tài)。打開筆記本開關(guān)后，19V電壓輸入至筆記本主板，各電源模塊上電，此時(shí)嵌入式模塊啟動(dòng)，模塊開始自檢。

根據(jù)以上分析可知，啟動(dòng)過程中分別經(jīng)過了適配器，濾波器，開關(guān)，電源模塊，嵌入式模塊及主板及外設(shè)模塊這些部件。下面，對(duì)其進(jìn)行逐一分析。

a）供電故障：

外置適配器供電電壓不穩(wěn)可能造成的開機(jī)不啟動(dòng)故障，測(cè)量適配器輸入電壓為DC19V，符合正常電壓輸入范圍，并替換同批次其他設(shè)備配套的相同適配器與此臺(tái)筆記本配套測(cè)試，故障現(xiàn)象依然存在，故排除適配器故障的可能;

將故障設(shè)備拆開，通過萬用表測(cè)量了筆記本主板工作電壓情況，經(jīng)測(cè)試，筆記本主板DC12V、DC5V、DC3.3V均正常，電源模塊選用寬溫級(jí)電源模塊，工作溫度為-40℃～+85℃，可以排除由電源模塊本身故障或電源模塊焊接故障導(dǎo)致的主板供電故障;

濾波器為連接外接適配器和主板的器件，主要起濾波作用，不會(huì)使引起電壓不穩(wěn)或不準(zhǔn)的原因，再根據(jù)之前對(duì)主板上的DC12V、DC5V、DC3.3V電壓進(jìn)行測(cè)量后均正常且穩(wěn)定，可排除濾波器故障的導(dǎo)致主板供電故障的可能。

b）外設(shè)模塊故障：

1） 顯示模塊故障

根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，顯示模塊一般不會(huì)造成不啟動(dòng)故障，放在后期排故位置，且在后期排故過程中通過替換排故的方式（更換嵌入式模塊），排除了顯示模塊的問題。

2） 光驅(qū)模塊故障

根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，光驅(qū)模塊一般不會(huì)造成不啟動(dòng)故障，放在后期排故位置，且在后期排故過程中通過替換排故的方式（更換嵌入式模塊），排除了光驅(qū)模塊的問題。

3） 硬盤模塊故障

硬盤模塊故障可能造成筆記本不啟動(dòng)故障，硬盤選用軍用電子盤，工作溫度為-40℃～+85℃，根據(jù)以往排故經(jīng)驗(yàn)，硬盤出現(xiàn)故障概率較低，放在后期排故位置，且在后期排故過程中通過替換排故的方式（更換嵌入式模塊），排除了硬盤模塊的問題。

4） 嵌入式模塊故障

嵌入式模塊為筆記本主板的核心器件，該模塊集成了CPU、南北橋芯片、接口總線芯片及電源控制電路，當(dāng)模塊出現(xiàn)故障時(shí)，會(huì)造成主板不啟動(dòng)故障;

首先，對(duì)嵌入式模塊進(jìn)行BIOS清理（短接主板設(shè)計(jì)預(yù)留的清BIOS跳線）后，重新進(jìn)行上電測(cè)試，故障現(xiàn)象依舊;其次，將嵌入式模塊拆下，清理嵌入式模塊的連接器并重新安裝后，計(jì)算機(jī)啟動(dòng)正常，各功能正常，經(jīng)過多次開關(guān)機(jī)測(cè)試，故障未再復(fù)現(xiàn)，可以排除嵌入式模塊。

c）主板模塊故障：

主板模塊是嵌入式模塊、硬盤模塊、光驅(qū)模塊和電源模塊等的電氣連接載體。主板主要用途有四個(gè)：一是為整機(jī)提供所需的各種電壓，滿足整機(jī)供電需求;二是作為各種連接器和電源模塊的安裝載體;三是將嵌入式模塊、電源模塊、硬盤、風(fēng)機(jī)和電源等電器件進(jìn)行互連;四是合理規(guī)劃了主機(jī)內(nèi)部走線。所以當(dāng)主板本身若存在性能不達(dá)標(biāo)器件或焊接故障時(shí)可能導(dǎo)致筆記本不啟動(dòng)故障。

1） 焊接故障

主板模塊上焊接了大量的元器件及連接器，其中嵌入式模塊連接器的焊接不良可能導(dǎo)致筆記本的不啟動(dòng)故障。嵌入式模塊連接器選用標(biāo)準(zhǔn)COME連接器，為一對(duì)220管腳的高密印制板連接器，具有較高的抗震性及穩(wěn)定性，符合The PICMG COM Express? （COM.0） specification要求。

針對(duì)高密連接器及板級(jí)高密芯片，主板焊接采用機(jī)器回流焊方式，可以保證焊接工藝質(zhì)量，且該筆記本在交付前分別完成了調(diào)試及檢驗(yàn)，完成了整機(jī)各類篩選試驗(yàn)，篩選試驗(yàn)合格;試驗(yàn)通過。并在后期排故過程中通過替換排故的方式（更換嵌入式模塊），排除主板的焊接故障的問題。

2） 元器件故障

主板元器件從設(shè)計(jì)選用上均按照設(shè)計(jì)指標(biāo)進(jìn)行寬溫設(shè)計(jì)，該筆記本在交付前分別完成了調(diào)試及檢驗(yàn)，并完成了機(jī)械應(yīng)力篩選試驗(yàn)、溫度循環(huán)篩選試驗(yàn)及高溫老練篩選試驗(yàn)，篩選試驗(yàn)合格;并完成了驗(yàn)收試驗(yàn)，試驗(yàn)通過。并在后期排故過程中通過替換排故的方式（更換嵌入式模塊），排除主元器件故障的問題。