（搜索WX公众号：硬件电子工程师）
【摘要】
本文针对某产品生产拷机中不能正常开机问题，进行故障复现，定位到给单板上的CPU提供时钟信号的晶体频偏超标导致CPU无法启动，最终定位是晶体性能问题需更换器件方案。
一、现象描述
某产品批量发货生产中，出现偶发性不能正常开机，经排查和单板CPU所用的晶体相关，晶体温度稳定性较差频偏超标导致部分单板晶体无法起振导致。
表1 失效器件关键信息
| 物料名称 | 普通晶体谐振器(带绝缘垫片） |
| 器件型号 | xxxxx |
| 品牌 | xxxxx |
| 调整频差@25±3℃ | ±10PPM |
| 工作温度条件下允许的频偏 | ±30PPM |
| 故障模式 | 部分失效品常温时频偏超标，部分失效品温度升高至40多℃时，频偏超标。 |
二、故障分析
本案例中我们按照三部曲来对该故障进行定位分析：
- 单板级故障分析：以故障单板作为整系统，对失效晶体系统级参数进行测试分析；
- 芯片级故障分析：脱离单板硬件系统，对失效晶体单体参数进行芯片级测试分析；
- 材料分析：对器件进行拆解，深入器件内部结构、性能，准确定位器件失效原因。
1、单板级分析
如下为现场返回拷机时偶发故障的1#晶体样品的排查测试过程：在室温下能在单板上正常工作，测试结果如下：
（1）常温下，该晶体的振幅为1.2V（峰峰值），如图1所示，符合手册标称typical幅值1.26V要求；
图1 常温下1#晶体的波形图
（2）为了快速复现现象，先使用吹风机辅助完成：使用电吹风缓慢加热后，失效晶体的幅值先减小（如图2），至停振（如图3），再增大至860mV（如图4所示）；
图2 受热后，1#晶体的波形图（幅值变小）
图3 受热后，1#晶体的波形图（停振）
图4 停止吹风后，1#晶体的波形图
2、芯片级分析
（1）晶体参数测试
按照规格书给定参数测试1#样品常温及吹风机加热条件下样品的晶体参数， 发现1#样品常温下测试各参数结果满足代码级规格书要求，但吹风机40℃加热时，样品出现跳频，跳频幅度近120ppm，其他参数未出现异常。
该产品中要求该晶体参数为负载谐振频率（FL）±20ppm、谐振阻抗（RR）40Ω Max、DLD2<8Ω 。具体测试数据如表2所示：
表2 晶体的参数测试表
对1#样品进行频谱扫描，结果如1#样品有明显寄生振荡频率（如图5所示），在约40℃ 时出现主振双峰情况（如图6所示），导致样品跳频：
图5 1#样品常温频谱扫描图
图6 1#样品约40℃加热时频谱扫描图
3、材料分析
对正常样品和1#样品进行开封、内部目检，发现1#样品内部微调电极有明显氧化，并有明显污染，开封后的图片，如图7未正常晶体样品内部图，图8为故障1#样品内部图：
图7 正常样品开封后图片
图8 1#样品开封后图片
对故障样品进行多样品拆解分析，材料实验室的分析结论如下：经测试分析，故障样品由于内部晶片电极污染，该样品设计或制造工艺不足引起频谱寄生振荡，最终导致谐振频率跳频。
三、总结
晶体或者晶振几乎是我们每一块单板必需的器件，它的稳定与否直接关系到我们系统的稳定性，希望通过本文能给大家在以后类似的故障排查中提供一点思路。案例本身是次要的，技术文档分析重在问题排查思路的分享，希望对大家有所帮助。