ETC設(shè)備耗電故障分析與改善

周立偉

關(guān)鍵詞：ETC設(shè)備

背景描述

2016年初，市場反饋X省發(fā)貨的ETC設(shè)備顯示電壓低或不開機(jī)，設(shè)備版本號：V4.00.13. 01;依經(jīng)驗(yàn)判斷，正常設(shè)備使用前放置1年應(yīng)該不會出現(xiàn)電壓低或不開機(jī)問題，初步斷定此現(xiàn)象為是鋰電池掉電。

原因分析

取回故障樣品分析，未發(fā)現(xiàn)有人為損壞跡象，統(tǒng)一對PCBA靜態(tài)電流測試，均在正常值范圍內(nèi)（lOuA以內(nèi)），未復(fù)現(xiàn)故障現(xiàn)象，故考慮以下幾方面進(jìn)行逐一進(jìn)行分析：

人整個(gè)生產(chǎn)線發(fā)卡線的人員穩(wěn)定而且過程中不接觸設(shè)備內(nèi)部（暫不考慮）

機(jī)：分析前生產(chǎn)、測試設(shè)備均進(jìn)行了校驗(yàn)，未發(fā)現(xiàn)設(shè)備參數(shù)偏離;

料：鋰電池的制造工藝對于電池性能可能會有較大影響;

法：硬件電路設(shè)計(jì)問題、軟件版本應(yīng)用問題;

環(huán)：使用環(huán)境的變化也會對產(chǎn)品存在風(fēng)險(xiǎn);

X省ETC設(shè)備用戶使用時(shí)間最早為2015年11月份，此時(shí)已進(jìn)入冬季，環(huán)境溫度在10℃左右，后續(xù)考慮的環(huán)境實(shí)驗(yàn)也以此溫度作為實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。

一、原材料一鋰電池影響分析

鋰電池為PCBA供電，若鋰電池自身內(nèi)阻較大，自放電過快，太陽能電池板的供電能力趕不上電池的自耗電，會導(dǎo)致ETC設(shè)備無電或者電壓低，從以下幾個(gè)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證此問題，

1.故障PCBA拆卸的鏗電池與正常電池做常溫充電，低溫放電，充放電對比試驗(yàn)，對比結(jié)果顯示，兩者未見明顯異常;

2.鋰電池內(nèi)阻≤200 mΩ，常溫與低溫測試，內(nèi)阻低溫較常溫時(shí)會增大約30～40mΩ，后期溫度恒定后，內(nèi)阻恒定，滿足標(biāo)準(zhǔn)要求;

3.故障PCBA拆卸鋰電池充滿電后進(jìn)行低溫20℃插卡待機(jī)實(shí)驗(yàn)，低溫環(huán)境未出現(xiàn)耗電較快，未發(fā)現(xiàn)異常故障問題;

綜上，暫時(shí)排除鋰電池對ETC設(shè)備耗電過快的影響。

二、軟件版本與使用環(huán)境影響分析

是否因周圍環(huán)境影響而誤喚醒【喚醒可理解為設(shè)備啟動】，進(jìn)而影響到匹配14K信號或數(shù)據(jù)解碼階段。ETC設(shè)備出貨版本軟件為1.O，現(xiàn)場發(fā)卡后，為用戶升級為上路版本1.1;

（1）不同頻點(diǎn)14K喚醒測試

ETC設(shè)備在2.4G、2.6G、3G及4G以上頻段有不同程度的誤喚醒

（2）考慮最終用戶進(jìn)行藍(lán)牙通訊時(shí)是否會誤喚醒標(biāo)簽;1.O版本下，藍(lán)牙耳機(jī)緊貼C3標(biāo)簽時(shí)，會誤喚醒離開≥15cm時(shí)，無誤喚醒1.1版本下，藍(lán)牙耳機(jī)緊貼C3&D2標(biāo)簽時(shí)，不會誤喚醒;離開一定距離，亦不會誤喚醒。

（3）下載測試版本，通過當(dāng)?shù)貙?shí)際跑車測試探查是否出現(xiàn)誤喚醒現(xiàn)象經(jīng)測，確實(shí)有部分行駛區(qū)域使ETC設(shè)備出現(xiàn)連續(xù)誤喚醒情況發(fā)生。

綜上，ETC設(shè)備使用的1.1版本，藍(lán)牙通訊基本不會誤喚醒，但不排除業(yè)主實(shí)際環(huán)境【使用其他電子設(shè)備】對標(biāo)簽造成誤喚醒的干擾。

三、電路設(shè)計(jì)影響

硬件方面：優(yōu)先測試故障PCBA的靜態(tài)電流，排除是否因?yàn)镻CBA自耗電過大而導(dǎo)致的耗電過快。

1.檢測常溫及低溫狀態(tài)的故障PCBA靜態(tài)電流;

常溫25℃插卡PCBA靜態(tài)電流5.8uA，低溫10℃插卡靜態(tài)電流為5.luA，同時(shí)測試低溫交易電流，未見異常。

2.VAT測試

對市場退回的88pcs故障標(biāo)簽進(jìn)行VAT測試，其中有5pcs靜態(tài)電流過大且伴有喚醒失敗的現(xiàn)象，靜態(tài)電流會出現(xiàn)uA到mA的跳變，我們推測此現(xiàn)象可能是射頻芯片已進(jìn)入到數(shù)據(jù)解碼階段，用示波器觀察WKOUT（喚醒中斷信號）。

在未給ETC設(shè)備任何中斷信號的情況下，WKOUT管腳輸出雜亂波形。其中WKOUT有中斷信號輸出給到單片機(jī)MCU，單片機(jī)響應(yīng)中斷，使得ET_CS（射頻芯片使能管腳）被拉高，射頻芯片進(jìn)入匹配14K階段，但實(shí)際并未給出ETC設(shè)備14K喚醒信號，射頻芯片未匹配到14K，ET_CS使能管腳被拉低，WKOUT管腳繼續(xù)輸出雜亂波形，周而復(fù)始，對應(yīng)電流從uA到mA不斷跳變;

3.MCU對射頻芯片配置分析

進(jìn)行射頻芯片和MCU交叉實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)問題出現(xiàn)在MCU上;分別對良品和故障PCBA的MCU配置射頻芯片初始化SPI總線，具體量測ET_CS，ET_SCLK，ET_SDIN及WKOUT管腳'用示波器抓取波形，并根據(jù)波形讀出每次配置的數(shù)據(jù)。

發(fā)現(xiàn)MCU配置2次RF芯片，第一次為RF INIT（射頻初始化），初始化5個(gè)寄存器，第二次配置為寫入定標(biāo)數(shù)據(jù)（喚醒靈敏度定標(biāo)值），良品與故障PCBA對比，2次配置均正確，說明MCU對RF芯片進(jìn)行了正確配置;

通過配置數(shù)據(jù)比對，發(fā)現(xiàn)故障PCBA靈敏度數(shù)據(jù)寫入FLASH中的均為高喚醒靈敏度0304，而良品PCBA靈敏度數(shù)據(jù)代碼分別為高喚醒靈敏度0304及低喚醒靈敏度0314;我們將故障PCBA降低喚醒靈敏度，反查WKOUT端的輸出波形不再有雜亂波形，且靜態(tài)電流正常。

4.驗(yàn)證試驗(yàn)

發(fā)貨的ETC設(shè)備是否會自動調(diào)用高喚醒靈敏度的定標(biāo)數(shù)據(jù)，經(jīng)過VAT測試PASS的市場退回的PCBA提升靈敏度條件下，測試是否也存在此種現(xiàn)象。將lOpcs的PCBA統(tǒng)一配置上路版本1.1，并在軟件內(nèi)存中記錄喚醒次數(shù)，示波器量測wkout波形后，系統(tǒng)啟動后通過軟件計(jì)數(shù)查看喚醒次數(shù)，對比高喚醒靈敏度及低喚醒靈敏度配置是否對電量有影響。

試驗(yàn)證明使用高喚醒靈敏度的耗電現(xiàn)象嚴(yán)重，17h每個(gè)ETC設(shè)備都會自喚醒，多至6086次，耗電0.5V，少至6次亞均耗電0.07V。而低喚醒靈敏度的ETC設(shè)備在48h后，僅有一個(gè)標(biāo)簽自喚醒1次，其他標(biāo)簽均無自喚醒，跟蹤電壓，基本無耗電。

綜上所述，我們認(rèn)為RF芯片在沒有射頻信號的情況下有自激喚醒狀態(tài)，導(dǎo)致MCU進(jìn)入數(shù)據(jù)接收而耗電（高喚醒靈敏度時(shí)現(xiàn)象更加明顯更甚，X省的ETC設(shè)備的軟件版本處于高喚醒靈敏度，加劇了自喚醒的情況）。

整改措施

一、通過一系列的排查，X省發(fā)貨ETC設(shè)備耗電過快的原因有以下兩點(diǎn)：

1.RF芯片存在自激情況，尤其是在上路后使用高喚醒靈敏度定標(biāo)值時(shí)，導(dǎo)致在沒有射頻信號的情況下有自激喚醒現(xiàn)象而使標(biāo)簽進(jìn)入數(shù)據(jù)接收而耗電;

2.X省現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜的情況下，也會出現(xiàn)誤喚醒現(xiàn)象，導(dǎo)致標(biāo)簽耗電過快。

二、解決方案：

針對此問題，臨時(shí)解決對策：

1.針對已發(fā)貨的ETC設(shè)備，制作“靈敏度復(fù)原卡”，將設(shè)備調(diào)整至低喚醒靈敏度工作狀態(tài)，降低出現(xiàn)故障的概率;網(wǎng)點(diǎn)工作人員對發(fā)行的ETC設(shè)備插入“靈敏度復(fù)原卡”。

2.針對已生產(chǎn)未發(fā)貨的ETC設(shè)備，由生產(chǎn)人員操作，oc監(jiān)督.將“靈敏度復(fù)原卡”全部插入ETC設(shè)備中，并觀測設(shè)備狀態(tài);

3.針對未生產(chǎn)的ETC設(shè)備，研發(fā)優(yōu)化軟件版本。

永久的解決對策：

1.軟件優(yōu)化

●硬件上若減少了電源控制開關(guān)組的數(shù)量，后續(xù)軟件可以優(yōu)化上電初始化順序，避免同一時(shí)間打開開關(guān)，使得瞬間電流過大。

在測試過程中發(fā)現(xiàn)VCC_DISPLAY的電有一次誤開情況，后續(xù)軟件優(yōu)化可刪除此次誤開操作。

●測試過程中還發(fā)現(xiàn)當(dāng)對ESAM操作失敗后，單片機(jī)會執(zhí)行去激活的動作，將VCC_DISPLAY的電給關(guān)掉，VCC_DISPLAY同時(shí)也是高頻芯片的供電這就造成隨后高頻讀卡因無電而讀卡失敗，后續(xù)軟件也可優(yōu)化。

2.硬件優(yōu)化

可在后續(xù)硬件設(shè)計(jì)中，在電源控制開關(guān)電路中加個(gè)對地濾波電容，提高儲能能力。

3 .VAT可優(yōu)化：

VAT測試需要將誤喚醒的查驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)從匹配14k變更為沿檢驗(yàn)，這樣更嚴(yán)格，更利于挑出有潛在問題的PCBA。

經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)

通過此事件，我們應(yīng)該對于設(shè)備測試過程中的差異性保持高度的警惕，任何一個(gè)參數(shù)的變化，可能會是一個(gè)潛藏的風(fēng)險(xiǎn)，可能會給客戶帶來巨大的損失。作為研發(fā)技術(shù)工作者應(yīng)該時(shí)刻以數(shù)據(jù)說話，對科學(xué)需要保持一顆敬畏的心。