抗惡劣環境便攜式計算機故障案例分析

郭小國 劉野

摘要：文中針對抗惡劣環境便攜式計算機出現的設備不啟動的問題，運用故障樹組成原理，各模塊化分解，并通過機理分析，逐步找到問題原因。通過復現問題、驗證問題，并解決問題，避免了以后設計生產時該類問題的發生。

關鍵詞：惡劣環境;不啟動;嵌入式模塊;焊接

抗惡劣環境便攜式計算機（以下簡稱“筆記本”）是為了適應各種惡劣環境，如車載、艦載、機載等。在計算機設計時，對影響計算機性能的各種因素，如外部復雜電磁環境、震動、沖擊、風沙、嚴寒、濕熱等環境，內部系統結構、電氣特性和機械物理結構等，采取相應保證措施的計算機。其特點是具有較強的環境適應性、高可靠性、高維護性，較強的實時處理能力等。

本文針對筆記本特殊的工作環境，主要介紹了一款基于嵌入式模塊設計的車載抗惡劣環境計算機設備不啟動故障現象及故障定位分析，以及在結構設計及電氣設計方面的如何避免此類故障發生。

1 問題概述

在正常使用時筆記本出現設備不啟動故障。故障現象為計算機加電后，顯示屏有彩色花屏條紋，電源燈常亮，風機運行正常，硬盤指示燈無閃爍，鍵盤、鼠標均無反應。關閉電源多次重啟，故障顯現穩定復現。

2 問題定位

筆記本硬件采用模塊化計算機的設計思路，主要分為嵌入式模塊、顯示器模塊、硬盤模塊、光驅模塊和電源模塊等。各模塊之間相對獨立，主要功能模塊之間采用主板連接。

根據筆記本組成原理分析，繪制問題故障樹，見圖1。根據故障樹對各底事件進行分析排查。

筆記本啟動上電過程主要工作次序為：適配器交流轉直流上電→開關上電→電源模塊轉換各工電壓→模塊上電→模塊自檢啟動（硬盤自檢、顯示自檢、光驅自檢等工作）。AC220V轉DC19V電壓經過適配器輸送到筆記本后航插，再經過濾波器連接至主板，由于筆記本開機為AT模式，故19V電壓在開關關閉時并未連接至筆記本主板，DC12V、DC5V、DC3.3V電源模塊此時均無輸入及輸出電壓，嵌入式模塊無DC12V電壓也處于待機狀態。打開筆記本開關后，19V電壓輸入至筆記本主板，各電源模塊上電，此時嵌入式模塊啟動，模塊開始自檢。

根據以上分析可知，啟動過程中分別經過了適配器，濾波器，開關，電源模塊，嵌入式模塊及主板及外設模塊這些部件。下面，對其進行逐一分析。

a）供電故障：

外置適配器供電電壓不穩可能造成的開機不啟動故障，測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備配套的相同適配器與此臺筆記本配套測試，故障現象依然存在，故排除適配器故障的可能;

將故障設備拆開，通過萬用表測量了筆記本主板工作電壓情況，經測試，筆記本主板DC12V、DC5V、DC3.3V均正常，電源模塊選用寬溫級電源模塊，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，不會使引起電壓不穩或不準的原因，再根據之前對主板上的DC12V、DC5V、DC3.3V電壓進行測量后均正常且穩定，可排除濾波器故障的導致主板供電故障的可能。

b）外設模塊故障：

1） 顯示模塊故障

根據以往經驗，顯示模塊一般不會造成不啟動故障，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） 光驅模塊故障

根據以往經驗，光驅模塊一般不會造成不啟動故障，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故障，硬盤選用軍用電子盤，工作溫度為-40℃～+85℃，根據以往排故經驗，硬盤出現故障概率較低，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，當模塊出現故障時，會造成主板不啟動故障;

首先，對嵌入式模塊進行BIOS清理（短接主板設計預留的清BIOS跳線）后，重新進行上電測試，故障現象依舊;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，計算機啟動正常，各功能正常，經過多次開關機測試，故障未再復現，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、光驅模塊和電源模塊等的電氣連接載體。主板主要用途有四個：一是為整機提供所需的各種電壓，滿足整機供電需求;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、風機和電源等電器件進行互連;四是合理規劃了主機內部走線。所以當主板本身若存在性能不達標器件或焊接故障時可能導致筆記本不啟動故障。

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致筆記本的不啟動故障。嵌入式模塊連接器選用標準COME連接器，為一對220管腳的高密印制板連接器，具有較高的抗震性及穩定性，符合The PICMG COM Express? （COM.0） specification要求。

針對高密連接器及板級高密芯片，主板焊接采用機器回流焊方式，可以保證焊接工藝質量，且該筆記本在交付前分別完成了調試及檢驗，完成了整機各類篩選試驗，篩選試驗合格;試驗通過。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

主板元器件從設計選用上均按照設計指標進行寬溫設計，該筆記本在交付前分別完成了調試及檢驗，并完成了機械應力篩選試驗、溫度循環篩選試驗及高溫老練篩選試驗，篩選試驗合格;并完成了驗收試驗，試驗通過。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。