SPMI即系統(tǒng)電源管理接口，是專門為電源管理IC( PMIC) 設(shè)計(jì)的通信協(xié)議，常用于智能手機(jī)、平板電腦以及物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備等產(chǎn)品中。SPMI作為連接主處理器與 PMIC 的關(guān)鍵總線，一旦出現(xiàn)通信故障，易引發(fā)電壓異常、功耗驟升甚至設(shè)備死機(jī)。本文將通過一個(gè)真實(shí)的實(shí)戰(zhàn)案例，介紹如何通過Prodigy SPMI協(xié)議分析儀查找電源管理IC通信故障，為工程師迅速查找測(cè)試問題并找到解決方案，提高項(xiàng)目測(cè)試效率。

一、案例背景

某電子廠商研發(fā)開發(fā)一款智能手機(jī)，該手機(jī)選用高通公司的 PMIC（型號(hào)為 PM8998），主控制器（AP）與 PMIC 之間通過 SPMI 協(xié)議進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)對(duì)手機(jī)電源的管理。調(diào)試過程中，研發(fā)工程師發(fā)現(xiàn)當(dāng)手機(jī)進(jìn)行電池快充操作，PMIC出現(xiàn)無響應(yīng)，快充功能無法實(shí)現(xiàn)，同時(shí)手機(jī)系統(tǒng)會(huì)顯示充電故障字樣。為解決這一問題，研發(fā)團(tuán)隊(duì)決定用SPMI協(xié)議分析儀對(duì)主控制器與 PMIC 之間的 SPMI 協(xié)議通信過程進(jìn)行監(jiān)測(cè)和分析，查找故障原因。

二、故障定位流程

（一）前期準(zhǔn)備工作

1. 準(zhǔn)備設(shè)備與工具

準(zhǔn)備一臺(tái)故障測(cè)試樣機(jī)，保證樣機(jī)可以開機(jī)，可以進(jìn)入快充模式。

準(zhǔn)備一臺(tái) SPMI 協(xié)議分析儀，保證分析儀硬件連接正常，軟件安裝正常。

準(zhǔn)備SPMI測(cè)試探頭和連接線，用于捕獲 SPMI_CLK 和 SPMI_DATA 信號(hào)。

準(zhǔn)備一臺(tái)電腦，用于安裝SPMI軟件，同時(shí)用于通信數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和分析處理。

2. 搭建測(cè)試環(huán)境

將測(cè)試樣機(jī)放置在穩(wěn)定的工作臺(tái)上，確保樣機(jī)穩(wěn)固。

將差分探頭連接到分析儀的信號(hào)輸入通道上，探針連到樣機(jī)主板上PMIC的SPMI_CLK引腳和SPMI_DATA 引腳上。

打開分析儀軟件，初始化設(shè)置分析儀。根據(jù)PMIC的 datasheet 獲悉該 PMIC的 SPMI 通信速率為100MHz，因此將分析儀的采樣率設(shè)置為 500MHz（采樣率通常設(shè)置為通信速率的 5-10 倍，以確?？梢?/span>準(zhǔn)確捕獲信號(hào)）

對(duì)樣機(jī)充電，進(jìn)入快充模式，觀察 SPMI協(xié)議分析儀的控制軟件界面，確認(rèn)可正常捕獲SPMI_CLK 和 SPMI_DATA 信號(hào)。

（二）SPMI 協(xié)議通信數(shù)據(jù)捕獲

1.設(shè)置數(shù)據(jù)捕獲參數(shù)

通過SPMI協(xié)議分析儀軟件設(shè)置數(shù)據(jù)捕獲的觸發(fā)條件。因故障原因在快充，故將觸發(fā)條件輸入為 “當(dāng)主控制器發(fā)送快充配置命令（命令類型為 WRITE，從設(shè)備地址為 0x01，寄存器地址為 0x200）時(shí)觸發(fā)捕獲”。

設(shè)定捕獲數(shù)據(jù)時(shí)長為10秒，確保能夠捕獲到完整的快充通信過程，包括發(fā)送命令、傳輸數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)接收等。

2.數(shù)據(jù)捕獲

點(diǎn)擊SPMI軟件的按鈕 “開始捕獲”，同時(shí)操作樣機(jī)進(jìn)行快充。當(dāng)主控制器發(fā)送快充配置命令時(shí)，分析儀將按照之前設(shè)定的觸發(fā)條件啟動(dòng)捕獲通信數(shù)據(jù)，并把數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到電腦。

數(shù)據(jù)捕獲時(shí)，觀察分析儀的控制軟件界面，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)捕獲的情況。如果發(fā)現(xiàn)信號(hào)丟失、捕獲中斷等，應(yīng)停下來檢查測(cè)試連接是否正常，參數(shù)設(shè)置是否正確，排除問題再來數(shù)據(jù)捕獲。

（三）通信數(shù)據(jù)分析與故障定位

數(shù)據(jù)解析

捕獲數(shù)據(jù)后，打開SPMI協(xié)議分析儀的分析軟件，導(dǎo)入捕獲的數(shù)據(jù)。重點(diǎn)查看與快充配置命令相關(guān)的通信數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)主控制器發(fā)送快充配置命令WRITE 命令，從設(shè)備地址 0x01，寄存器地址 0x200，數(shù)據(jù)內(nèi)容為 0x00000001后，PMIC沒有返回相應(yīng)的響應(yīng)幀，正常情況應(yīng)是PMIC接到主控制器命令，會(huì)返回ACK響應(yīng)幀，而大約100us后，主控制器重新發(fā)送了該快充配置命令，如此反復(fù)發(fā)送多次，直到主控制器超時(shí)，結(jié)果系統(tǒng)報(bào)出 “充電故障” 的錯(cuò)誤。

錯(cuò)誤碼分析

查看數(shù)據(jù)分析軟件的錯(cuò)誤統(tǒng)計(jì)界面，發(fā)現(xiàn)除了PMIC無響應(yīng)的情況外，還出現(xiàn)了少量的 CRC 錯(cuò)誤。CRC 錯(cuò)誤通常是由于信號(hào)傳輸過程中受到干擾，導(dǎo)致數(shù)據(jù)發(fā)生錯(cuò)誤，PMIC在接收錯(cuò)誤數(shù)據(jù)后，會(huì)丟棄該數(shù)據(jù)，并不返回響應(yīng)。通過進(jìn)一步分析 CRC錯(cuò)誤發(fā)生的時(shí)點(diǎn)和通信數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)CRC錯(cuò)誤集中在主控制器發(fā)送快充配置命令之后，這反映出在快充通信過程中，信號(hào)傳輸質(zhì)量存在問題，可能與時(shí)序偏差有關(guān)。

時(shí)序分析

為了進(jìn)一步分析PMIC無響應(yīng)的原因，我們測(cè)量和分析SPMI協(xié)議的時(shí)序參數(shù)。在波形圖中，運(yùn)用時(shí)序測(cè)量工具，測(cè)量 SPMI_CLK 信號(hào)的周期、占空比以及 SPMI_DATA 信號(hào)與 SPMI_CLK 信號(hào)之間的相位關(guān)系。

結(jié)果顯示，SPMI_CLK 信號(hào)的周期為 10ns，占空比為 50%，基本正常。相應(yīng)的通信速率為 100MHz，符合設(shè)計(jì)要求。但我們觀察SPMI_DATA 信號(hào)與 SPMI_CLK 信號(hào)的相位關(guān)系發(fā)現(xiàn)，SPMI_DATA 信號(hào)的變化滯后于 SPMI_CLK 信號(hào)的上升沿約 2ns，超過了 PMIC datasheet 中規(guī)定的滯后時(shí)間1ns。這種時(shí)序偏差可能導(dǎo)致 PMIC 無法準(zhǔn)確采樣到主控制器發(fā)送的數(shù)據(jù)，從而無法正確解析命令，最終出現(xiàn)無響應(yīng)的情況。

故障定位

綜上，我們可以初步判斷故障點(diǎn)主要是兩方面：一是信號(hào)傳輸過程中有干擾，導(dǎo)致 CRC 錯(cuò)誤，影響通信正常進(jìn)行。二是主控制器與PMIC之間的SPMI_DATA 信號(hào)存在時(shí)序偏差，超過了 PMIC 的允許范圍，導(dǎo)致 PMIC 無法準(zhǔn)確采樣數(shù)據(jù)。

為驗(yàn)證這個(gè)判斷是否正確，我們?cè)偃?/span>檢查智能手機(jī)主板上SPMI信號(hào)的布線。發(fā)現(xiàn)SPMI_DATA 信號(hào)的布線長度比 SPMI_CLK 信號(hào)的布線長度長約5mm，由于信號(hào)在 PCB 板上的傳輸速度約為 150mm/ns，因此5mm的布線長度差異會(huì)導(dǎo)致 SPMI_DATA 信號(hào)比 SPMI_CLK 信號(hào)延遲約 0.033ns，這一延遲雖然較小，但加上主控制器和 PMIC 芯片內(nèi)部的信號(hào)延遲，最終導(dǎo)致 SPMI_DATA 信號(hào)的滯后時(shí)間超過了 PMIC 的允許范圍。此外，在 SPMI 信號(hào)的布線附近，存在一條高速時(shí)鐘線（26MHz），該時(shí)鐘線產(chǎn)生的電磁干擾會(huì)對(duì) SPMI 信號(hào)的傳輸產(chǎn)生影響，導(dǎo)致出現(xiàn)CRC錯(cuò)誤。

三、故障驗(yàn)證與解決

為了驗(yàn)證時(shí)序偏差和電磁干擾是導(dǎo)致故障的主要原因，采取了以下驗(yàn)證措施：

調(diào)整 SPMI_DATA 信號(hào)的布線長度，將其與SPMI_CLK 信號(hào)的布線長度調(diào)整為一致，并重新制作了一塊測(cè)試主板。在SPMI信號(hào)布線與高速時(shí)鐘線之間增加接地隔離帶，減少高速時(shí)鐘線對(duì)SPMI信號(hào)的電磁干擾。使用Prodigy SPMI協(xié)議分析儀對(duì)修改后的測(cè)試主板進(jìn)行同樣的通信數(shù)據(jù)捕獲和分析。

測(cè)試結(jié)果顯示，修改后的測(cè)試主板在進(jìn)行快充操作時(shí)，主控制器發(fā)送的快充配置命令能夠被 PMIC 準(zhǔn)確接收和解析，PMIC能夠及時(shí)返回ACK響應(yīng)幀，通信過程中沒有出現(xiàn)無響應(yīng)和CRC 錯(cuò)誤的情況，手機(jī)的快充功能能夠正常實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)也不再報(bào)出 “充電故障” 的提示信息。這表明之前的故障定位是準(zhǔn)確的，通過調(diào)整 SPMI 信號(hào)的布線長度和增加接地隔離帶，成功解決SPMI 協(xié)議通信故障。

綜上所述，SPMI 協(xié)議分析儀是查找電源管理 IC 通信故障的可靠設(shè)備。實(shí)際測(cè)試場景中，研發(fā)工程師應(yīng)熟練掌握其使用方法，結(jié)合SPMI協(xié)議知識(shí)，按照科學(xué)的故障排查步驟，及時(shí)正確地查找和解決SPMI協(xié)議通信故障，確保電子設(shè)備正常實(shí)現(xiàn)其電源管理功能，提高項(xiàng)目研發(fā)效率。