
液氮是指液态氮。液氮是惰性的,无色,无嗅,无腐蚀性,不可燃,温度极低。汽化时大量吸热接触导致冻伤。氮气构成了大气的大部分(体积百分比为78.03%,重量百分比为75.5%)。在大气压下,氮气的沸点为-196.56,1立方米液氮可以膨胀到696立方米纯气态氮(21)。如果加压,可以在更高的温度下获得液氮。
在工业上,液氮是从空气中分馏出来的。空气净化后,在加压冷却的环境中液化,通过空气中各组分的沸点不同而分离。人体皮肤直接接触液氮没有问题,超过2秒就会冻伤,不可逆。
在一些小公司,没有孵化器资源,在一些大公司,孵化器要排队,成本核算很贵。在一些低温场景下,使用液氮可以重现问题。
例如,这种情况:
案例1、入科——三极管在恶劣天气下会异常
在案例中,很难还原培养箱的低温场景,因此在实验室中使用液氮注入回路的局部关键器件来实现低温问题的再现。
怀疑是晶体管自身特性造成的。
其他单板的类似电路在Q15换成了MOS管(同封装)。所以怀疑是不是三极管本身的特性造成的,于是更换了相同封装的MOS管,进行了液氮冷却测试。
图9将Q15替换为同一封装中的MOS管。
故障仍然存在。VEN_5V_3V3低温时从5V开始下降,最低下降到2V以下,保持时间大于15分钟。消除晶体管本身的特性。
图10低温下VEN_5V_3V3降至1.44V。
证实了SOT23封装的三极管和MOS管在低温下阻抗降低。
测试故障单板上MOS晶体管Q15的DS电阻,发现只有7K。但单板正常时测得的DS电阻为41K,怀疑是低温导致SOT23封装的MOS管DS电阻和晶体管ce阻抗降低,上拉10K电阻产生分压,导致输出VEN_5V_3V3降低。
为了验证SOT23封装的MOS管DS和三极管ce在低温下阻抗会变小,取几个三极管和MOS管器件(SOT23封装,不焊在板上),用液氮冷却,测试三极管CE和MOS管DS的阻抗。
冷却前,测得的阻抗为无穷大(大于100M欧姆);冷却后,测得的阻抗会降低,最小阻抗仅为10K。
由此可以确认,低温下SOT23封装的三极管和MOS管阻抗降低,上拉10K电阻产生分压,导致输出VEN_5V_3V3降低。
制造商已经承认了这个问题。在低温高湿的环境下,SOT23封装三极管和MOS管的阻抗会降低。
案例2、温度变化导致DDR时序变化。
DDR的裕量时序通过移动采样时钟直到出现错误来测试。最后得出采样时钟运动的步长。
裕度时序原则
而我们很多电路都没有经过充分的裕度测试,导致出现概率性的高低温问题,无从下手。
理想情况下,地址/命令和控制信号的波形边沿应与时钟信号的下降沿对齐,以确保时钟信号的上升沿在地址/命令信号的中间,只有这样才能将信号传输到接收端,为建立时间和保持时间留出足够的余量。下图中的灰色窗口是不确定区域,这是我们在设计时需要考虑的。一般我们可以通过查看芯片的数据表来查看Prelaunch的最小值和最大值,这是芯片本身的参数,与布线无关。
绿色是时钟信号波形,紫色是地址信号。可以看出,地址/命令和控制信号不像时钟信号那样是周期性的,但是它们的位宽是时钟周期的整数倍,并且信号边沿应该与t对齐
理想情况下,DQS波形的边沿应该与时钟信号的边沿对齐。对于数据信号,因为是DDR,双倍数据速率,时钟波形的上升沿和下降沿都可以触发数据。为了确保这一点,DQS信号波形的边缘必须在DQ波形的中间。芯片工作时,这些相对位置会有一定程度的偏移。这些失调是芯片本身的属性,相关的延迟参数可以在芯片手册中找到。理论联系实际,看看芯片实际工作时,这几组信号之间的相对位置是不是我们上面说的那样。
在上图中,红色波形是DQS信号,黄色波形是数据信号。可以看出,数据信号的边沿在翻转时基本处于DQS脉冲的中间,这也保证了接收端在读取信号时有足够的建立时间和保持时间。
我们正在测试时序,通常是在室温下。但是当温度变化时,时序关系会发生变化,有些处理器的内存控制器会有高低温时序补偿控制。但是有些处理器没有这个功能。我们甚至碰到过这个功能,结果芯片厂商给出的补偿方式是错误的,不合理的。
我们当时的调试人员通过加热和液氮摸索出了高低温时间序列变化的规律,然后对参数进行了修正。然后进入孵化器做实验,有效提高效率,解决记忆的计时问题。
案例3冷冻疗法
额头上长了个“疙瘩”,用各种方法自己都没有去掉,比如涂药膏,点香烟,撕掉。如果长期不好,我就去杭州三院。
皮肤科医生因为我脸上长了东西,把我转到整形科,说冷冻去除。去了之后发现被喷了几次液氮。
虽然治疗有效,但并未根除。于是我照了照镜子,把实验室里的液氮喷在芯片上,自己喷了几下。好像和医院有一样的效果
后来还是没好,又去了医院。我跟医生说我用液氮喷自己,医生说你对自己真的很狠,可以做到。在医生治疗的过程中,我默默的记录着医生的手法,时间,频率等等。后来我自己又喷了一遍,自己治好了。
建议你必要时去医院治疗,不要模仿我的操作,因为误操作会损伤皮肤。就算要给自己治病,也请用医用液氮代替工业液氮,把自己当芯片。
审计刘清









