作业中，不少朋友，简直每位工程师，都遇到过电子产品在用户现场偶然产生毛病，如死机、复位、数据传输过错等。修理工程师在现场盯梢排查时，毛病又不会再现，拿回实验室，怎样实验又都是好的。使人堕入一种无从下手的困境。找到通用办法作为此类问题的处理思路，成了电子规划职业一起的问题。
天然科学范畴的标题不容易解开的时分，捆绑住了的思想难以打破，无妨跳出来，进入到社会科学范畴，经过哲学、经过思想办法论来找到打破口。朱清时说过“我经过化学科学的办法十分困难处理了一个问题，却发现梵学早就在那个科学的高峰等着我了”(本句话文责由朱清时教师担任)。
那面临偶发毛病的问题，一个处理它的办法论或许便是类聚原理。
在日常日子中，有一种说法叫“物以类聚，人以群分”，意指不是一类人不进一家门。假如一个人很进步，跟他朋友圈里的密切朋友根本也差不多都是进步类型的。因而揣度一个陌生人是否进步，看他周围的朋友的状况就能够了。假如他周围的密切朋友都很成功了，那他即便现在不成功，离成功也不远了，最少他的成功潜质很大了。肯定的潜力股。假如是这样一个相亲目标，赶忙捉住他，肯定的贱价原始股。
当然，依据他的前史揣度他的将来，也是有迹可循的，古人不是说“三岁看大，七岁看老”嘛，从他的现在看过去，从他的现在看未来，都是有必定道理的。尽管不敢肯定100%全对，但根本差不到哪里去的。要害是您也不是暂时没有其他办法了解他更多嘛。也只好死马当活马医喽，更何况这批马没死就绪呢，还有获救。
同理，一个电子产品，它偶然才产生毛病，那您认为它不产生毛病的时分，就会彻底正常吗?外表装得再泰然自若，测谎器依据其生理状况的动摇，也是能发现蛛丝马迹的反常的。测谎仪的丈量目标是人的生理参数，那针对一台从前产生过毛病但现在正常的设备，测谎的目标则是——波形。一是这台设备正常作业时的波形质量，就会有信号危险的特征;二是同类设备也很或许会有信号波形或数据危险能被测和剖析出来。
有危险的机器，即便从性能上看暂时都没事，但其波形，也必定会有所误差或动摇或反常，只不过波形变异暂未超出导致设备作业反常的参数规模罢了。咱们去测危险机器未产生毛病时的作业波形，剖析波形里躲藏的信息暗码，就可发现问题的危险和缘由。如下罗列部分波形反常现象及其所对应的潜在危险问题。
在讲波形反常及危险剖析之前，得先说清楚一个专业名词——电压容限。这是信号反常与否的要害。
关于数字电路(如图1)，输出器材的信号分别为高电平(用VoH表明)和低电平(用VoL表明)，这两个电平的电压都是一个答应的电压规模，只需在VoH规模内的输出电平，都认为是合理可承受的高电平，只需是VoL规模内的输出电平，都认为是合理可承受的低电平。同理，接纳端能承受的高、低电平也是一个规模，分别为VIH和VIL，不同的是，VoH和VIH、VoL和VIL并不是持平的电平，而是有一个电位差Δ，这儿的Δ便是电压容限。
数字电路里，咱们所研讨的器材参数选型核算、EMC、SI等技术措施，都是为了让从输出端发送出的电平信号，阅历一系列的传输线缆衰减、空间辐射搅扰耦合叠加、传输线信号反射、外界环境导致器材参数漂移、电源地线动摇引起相对电平改变等等问题后，接纳端所接到的信号电平，相关于输出端电平，都没超越Δ的答应动摇规模。满意了这点，即便是有些外来搅扰损坏，电路仍能照旧作业。
图1 数字电路电压容限示意图
关于模仿电路，也有一个电路精度要求，即电压容限值±Δ%(图2)，规划中所要操控的，便是在任何的动摇搅扰下，模仿输出量都不能超出±Δ%的规模。
图2 模仿电路电压容限示意图
依据以上的理论基础，下面罗列的便是常见的几种动摇和效果机理了。
1、电源或地线的电平动摇凶猛
VCC动摇低了，大部分时分并没超出Vcc的允差规模Vccmin，但在现场条件组合应力严峻的时分，一会儿给弄超了就或许构成误触发，刷寄存器或触发不期望的功用。这时经过丈量Vcc波形，就或许发现(如图3)的波形，即便没低到足以触发问题的境地，但只需有相似症状，就有危险，就有必要在电源的安稳上做文章了。有必要确保电源的最大动摇规模距离临界值很远才掌握。
图3
地线动摇同理，能够经过丈量地线上恣意两点之间的波形，正常状况应该是一条根本接近于0V的平直线(如图4中红线)，假如呈现了向上的尖峰(图4红圈)，则或许带来危险，由于地线上升，带来的便是片选信号、reset信号等灵敏信号的电位差下降，Vreset-Vgnd小于了某个临界值，芯片就会当成一个复位低电平输入信号了。较常见的是给设备打+6000V静电触摸放电时，地电平上被耦合或传导进去，极易引起复位便是相似道理。
图4
2、数据传输速率与传输线器材特性参数匹配不良导致波形变异
正常状况下，由于数据线过长、线间电容、接纳端输入电容较大、导线上串入电阻较大、接纳端输入端口防护器材结电容等的影响，会导致构成(图5)里的上图黑色波形。在速率比较低的时分，数据传输的正确率是能确保的。但当软件工程师不管不顾地加速数据传输速率时，会导致上升沿还未冲到接纳端的电压容限值下端VHmin时，就不得不由于周期问题而走下坡路了，构成图5上图中的赤色波形部分，最高点低于了VHmin值，接纳端天然就读不到数据了。假如便是一切的都不正常了倒还好查找了，最忧虑的是处于导致波形在正常与非正常之间的传输速率临界点，就或许在现场偶发传输数据过错了。或许的现象是把导线剪短点、或换个小点的电阻值、或许拆掉个%&&&&&%、或削减个终端，数据就会好了。
图5
3、波形呈现回勾
回勾的波形如(图6)，它的构成是由于导线有高频特性，可了解为小电感和小电阻的串联，而数字电路输入端口，又能够了解成一个Pin-Gnd的对地%&&&&&%，以及一个输入跟从器特性，走线的特性和器材的输入等效特性兼并在一起，就有了如图6的电路特性图。V4给出10MHz方波信号，右图上5点就能够测得接纳左图回勾变异波形。
本实例尽管有回勾，好在回勾部分在上升沿时并未穿越VHmin限值，下降沿时也未触发VLmax限值，因而不至于引起信号质量问题。但假如导线特性参数和器材输入特征参数有变，导致回勾特性的上升沿上移了，或下降沿的回勾下降了，危险岂不大哉?
图6
按说写到这儿，这个类聚原理的道理应该能说了解了。可是还有好几个常见的相似波形质量危险问题，所以仍是捺着性质写下去吧…
4、波形呈现台阶(图7)
有时，咱们会丈量到(图7)或(图8中心图)中心渠道形状的波形，这种是由容性负载与布线联合效果引起的。这种波形的损害在于，有的接纳器材，接纳到信号后，判别上升沿的办法是经过对上升沿作微分，然后依据微分后的尖峰阈值判读是否为上升沿。假如中心呈现了渠道，微分电路则会导致呈现两个有一点时刻距离的尖峰。假如两个尖峰都很高，则会导致重复误触发;假如都低，则会无触发;这两种状况都导致过错。
(图8上图)为源端输出波形，是规范的方波;(图8下图)为导致(图8中图)渠道波形的电路结构。该图为仿真效果。
图7
图8
5、波形有过冲
波形里常有过冲现象，如(图9)。假如振动起伏不够大，不会经过VHmin和VLmax的限值，则万事皆无。但假如振动的起伏超出了VHmin和VLmax的临界值，则或许会产生误触发，由于许多芯片是以上升沿中过VHmin的电平跃变做为上升沿触发信号，假如越界了，则有构成2次上升沿触发的危险。
导致这条曲线特征的是信号线或地线的走线理性特性与线间电容、器材输入电容、PN结%&&&&&%等相互效果的成果。地线上的相似衰减性振动动摇术语叫“地弹”。
图9
6、电压下跌
电源线上有串电感或%&&&&&%了，电源发动、负载启停的瞬间，由于电感的反向电动势、容性负载大电流导致的电源瞬间陷落，都会有电源瞬间下跌的危险。如(图10)。这个波形在负载忽然发动或忽然掉点立刻又上电的时分或许会产生。假如起伏大了，掉电的时刻长了，极或许就有复位、刷E2存储器、误触发等危险了。
图10
以上描绘了几种常见的或许导致电路作业反常的变异波形，其毛病效果机理了解了仅仅是改善的第一步，下一步还需要了解是什么规划问题导致了这些波形的产生，是哪些特性参数影响到了变异波形的哪个参数?经过规划改善哪一点才能使这些变异不再产生或不至于导致问题成为显性毛病?这些都是未来的文章里要评论的问题。
简略总结：便是遇到偶发毛病问题产品了，即便手头没有该毛病产品，或许有也激起不出问题来的时分，您就找彻底相同规划的产品，查找置疑器材的信号波形，假如都是特规范的波形，那就先暂时放过，假如稍有反常，就把它记录下来，随后仔细剖析这些反常假如再大一点的话，有没有或许触发现场的偶发毛病，假如是，那就针对这个反常波形改善规划，改善好了，让它远离激起毛病的电平临界值了，偶发毛病根本就很或许被根除了。这种原理便是类聚原理。由“一个大坏蛋的同伙至少必定也是个小坏蛋”的道理推演而来。
或许会有人问了，这么个有用的办法，这么有实践指导意义的原理，谁发现的呢?告诉您吧，是我!那姓名为什么起类聚原理而不是群分原理或其它的姓名呢?嘿嘿，瞎起的!期望对您有用就好。
