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五油管材与仪器92PETROLEUM TUBULAR GOODS&INSTRUMENTS2023年1 0 月经验交流eSeis节点单元存储电路故障解析董西宁（中国石油东方地球物理勘探有限责任公司河北涿州0 7 2 7 50）摘要：针对eSeis节点单元在施工和测试过程中出现的相关存储故障，根据该节点单元存储电路的工作原理，以关键的时钟信号流经路径为入手点展开解析，按照时钟信号演变的先后顺序，采用带电检测法（简称电检法）和时钟信号检测法对电路板上信号名称演变点的状态进行逐一检测，进而实现准确锁定电路板上故障点，达到精准高效的维修效果。关键词：存储电路；时钟信号；故障机理；存储故障；维修中图法分类号：P631.43D0I:10.19459/ki.61-1500/te.2023.05.019Abstract:According to the working principle of the memory circuit of eSeis node unit,the key clock-signal-flow path is taken as thestarting point to analyze the related memory faults in the construction and testing process of eSeis node unit.According to the sequence ofclock signal evolution,the status of signal name evolution points on the circuit board is detected one by one with the on-line detectionmethod(referred to as the electrical detection method)and the clock signal detection method,so as to achieve accurate locking of faultpoints on the circuit board and achieve accurate and high-efficiency maintenance effect.Key words:memory circuit;clock signal;fault mechanism;memory fault;maintenance0引言目前，节点仪器已成为地震勘探领域中的主流仪器,在业界的认可度越来越高。eSeis 作为东方地球物理公司自主研发的首套国产陆地节点采集系统，具有稳定性高、适应性强、操作简单、性价比高、采集质量佳等特点。近三年以来，eSeis站体累计投入到41 个物探勘探项目，超过1 34.4万道，生产超过1 56.3万炮，有力地保障了各个油田完成勘探油气当量的目标。eSeis节点单元具有地震数据采集、存储、GPS授时、定位等功能。随着eSeis节点数量在国内外项目投入的不断增大,故障站体数量越来越多,其中最典型的存储故障占比较大。由于出现存储故障的节点数量较多，查找起来费时又费力,错判、误判的比例较高，从而导致此类故障的排查和维修非常困难 。本文主要从存储电路原理人手，层层文献标识码：AFault Analysis of eSeis Node Unit Memory Circuit(BGP,Zhuozhou,Hebei 072750,China)文章编号：2 0 9 6-0 0 7 7(2 0 2 3)0 5-0 0 9 2-0 4DONG Xining深入，旨在快速准确锁定其故障点，探讨故障原因,为维修同行提供参考。1存储电路工作原理1.1存储电路及工作时钟eSeis节点单元由采集控制处理板（ACQ）和通讯板(Node)组成，以ACQ板上的微处理控制芯片（MCU）为控制中心,从（Node）板获取实时的GPS授时，启动检波器的地震数据采集工作,最终将数据保存到存储电路的存储卡中 2 。ACQ板由电源模块、DC-DC转换模块、ADC模数转换模块、MCU微处理控制模块、存储模块、数据下载模块等一系列功能电路构成。其中,存储模块由U8存储卡卡槽TF_CARD、存储卡及阻容元件组成，实现存储地震数据的读写功能，如图1 所示，电源为SD3.3V,为存储初投稿收稿日期：2 0 2 2-0 5-0 8;修改稿收稿日期：2 0 2 3-0 4-2 2第一作者简介：董西宁，男，1 9 7 4年生，工程师，2 0 1 3年毕业于中国石油大学计算机科学技术专业，现主要从事地震仪器设备维修工作。E-mail:2023年第9 卷第5期卡供电;时钟为存储卡CLK时钟,来源于MCU产生的时钟信号，MCU微处理控制模块获取GPS授时和北斗“双董西宁：eSeis节点单元存储电路故障解析星”搜星授时实时时间,进一步提升时间精度到微秒，为存储模块提供工作时钟，保证存储地震数据准确【3 93R2GNDU9OSCVL2C27GNDVCC3OUTY12GNDTXCO16.384MHz3.3VC5GND1.2不存取时钟形成框图eSeis节点单元插人测试柜通电，HarvestManager应用软件系统（节点单元配套测试软件）将会自动通过测试柜加载，经过GPIO握手通讯信号，通知节点单元采集板（ACQ）上微处理控制（MCUU5）芯片启动工作，U5发送PC7TXCOPWR3控制指令，电源开关U2接收到指令信号开始工作，输出TXCO3.3V电源电压，供给晶体振荡器Y1产生OSCVL信号，经电平转换器U9输出OSCIN外部时钟信号源，送入到U5的OSCIN作为主时钟信号源,内部电路经过一个分频系数为M的分频器,然后经过倍频系数为P的分频之后,最后才生成SDMMCICKICLK时钟信号，通过多路开关电路U6转换为CLK时钟，供给存储电路作为基本时钟信号，这个过程即是存储电路时钟信号产生 4,如图2 所示。GPIO提手通讯信号测试柜接口板SDMMCI(U5)存储电路LCLK多路开关LCKICLKU8电路U6eSeis节点单元图2 存储时钟产生框图PC12SDMMC1CK1CLKGNDPCIISDMMCID31DAT3PD2SDMMCICMDICMDOSCINPC10SDMMC1 D2 1DAT246TXCO3.3VOEGNDVIN4CTU2GNDON3GPIO微处理控制蕊片MCUOSCV电平信号放大器U9PC9SDMMCID11DATIPC8SDMMCIDO1DATOU5PB9SDOEPC2SDSTXCO3.3VPC3SDPWR5VOUT2GNDLPC7TXCOPWRTXCO.电源开关U2JTXC03.3晶体振波器JOSCVLDATO19DATIDAT2U6CLKCMDDAT3FC21GND3VIN.3VC6C8GND图1 存储相关模块接线图2存储电路故障识别与诊断2.1存储电路故障识别及表现形式在维修过程中,存储图标为红色,采用通电电压检测法，通过万用表直流电压档检测，结合频谱示波仪波形,进一步分析时钟存储信号输出异样的原因,存储故障表现形式有：无时钟输入信号、无3.3的SD3.3电压信号、多路开关U6不工作、存储卡座1 脚电压3.0 V等4种形式。2.2古故障诊断方法在eSeis采集节点单元存储故障维修过程中,利用手簿扫描结果、指示灯的闪烁状态和测试柜测试结果，综合诊断和判定存储电路部分存在的问题。1)用手簿NodeHunter软件扫描节点单元的条形二维码（通过电台通讯方式)激活节点单元，故障的站体扫描存储结果一栏为红色方块显示或者没有扫描结果。2)观察指示灯闪烁的状态也有差异，激活节点单元，故障的站体指示灯处于红灯闪烁状态。3)eSeis节点单元通过URTA通讯接口接人在测试柜上加电，系统将会自动查询并连接到测试柜，故障站体下载柜状态区中相应的模块检测存储图标会显示为红色,如图3 所示 5R1SD3.3V5U42GNDGNDR20GNDFC9R21C24U8TFCARDGND12dB/1ms94mHarvesterManager2.0.5工具视图统计QC分析HARVESTER-MHC219通道1-1增益（dB）1 菜祥（门隔（ms)）节点D德波工作模式日检电压固件版本插入测试插入测试通讯测试通讯测试模块检测电各GPS存情AD固件升级电台图3eSeis节点单元测试结果图2.2.1电检法在eSeis采集节点单元中，存储时钟信号CLK是存储模块完成数据读写操作的时序信号，每个时钟周期内传输一个数据位，最终完成全部数据的存取任务。在维修工作中，针对存储时钟信号输出异常的问题,通过采用带电检测法(简称电检法），可以判定故障模块所在的区域和范围,从而排除因时钟信号的异常所导致的存储故障。在维修过程中，依据模块测试结果，发现存储图标为红色，则断定存储模块有故障点，探究造成存储故障的起因，查寻到存储时钟信号的输出异常，采用通电电压检测法，通过万用表直流电压档测量存储电路的时钟信号电压，获得实测数值与正常器件的测量参考数加以对比，借助频谱示波仪显示波形，进一步分析时钟存储信号输出异样的原因，快速而有效地查出相关电路损坏的器件。电检法是利用数字万用表的直流电压档测量关键电位的电压，时钟信号检测法是利用数字数字示波仪WT五油管材与仪器跟踪控制信号的测试波形,2 种方法之间结合运用，相辅帮助相成 6-8 对存储模块的时钟信号的产生过程中电平转换器U9的OSC IN、D C-D C转换U4的SD3.3V电压、多路开1-21-312dB/1ms10003287LinICont21:05/60072%2021.E4.R30%2023年1 0 月12dB11ms10029247Lin.ICont.21:05/6003%2021.E4.R30%14F10063935LinICont21:05/60016%2021.E4.R20%关U6 的CK_ICLKTF_CARD、卡槽U8的CLK 等4个输出信号进行检测，可以使用万用表直流电压档测量，通电电压标准值见表1。用这4处的电压标准值与检测值对比，据此判定电源模块故障点。表1 电检法标准值表检查项目OSC IN电平转测量器件换器U9第4脚测量位置见图1测量数值/V1.22.2.2时钟信号检测法通过电检法合格后，利用测试电源给电路板通电，使用数字示波仪对晶体振荡器Y1的OSCVL、电平转换器U9的OSC、INT F _CA R D 卡槽U8CLK等3处检测点进行检测,见表2,其输出标准波形分别如图4（a）、（b）、（c)所示。维修时用这3处时钟信号的标准波形与检测波形对比，再次确定故障点。表2 时钟检测标准图表检查项目OSCVL测量器件晶体振荡器Y1电平转换器U9TF_CARD卡槽U8测量位置第3脚见图1第4脚见图1测量波形见图4(a)W2SD3.3VDC-DC转换U4第5脚见图13.3OSC IN见图4(b)CK_ICLK多路开关U6第1 9 脚见图11.5第5脚见图1见图4(c)CLKTF_CARD卡槽U8第5脚见图11.5CLKWWMM(a)晶体振荡器Y1的3脚输出3古故障维修案例针对使用过程中eSeis节点单元存储相关电路故障，(b)电平转换器U9的4脚输出图4时钟波形检测标准图结合图1 进行电路分析,判断电路中的故障点,并对故障点进行检测和维修，以下4种故障现象和维修思路供维修人员参考。(c)TF_CARD卡槽U8的5脚输出2023年第9 卷第5期3.1故障现象：U5无时钟输入信号电路分析：由图1 可知,U5的时钟信号由Y1产生，通过电平转换器U9对信号放大后，馈送至微处理器芯片U5的时钟输端，Y1的电源是由电源模块U2提供的,U2的使能端是微处理器芯片U5的输出,根据以上思路给节点单元加电，使用万用表测量U2的1 脚电源输入端电压为3.3V,使能端3脚电压3.3V,都为正常值。U2的5脚为输出端,输出电压应该是3.3V,也是正常的,也就是说输送到晶振Y1的电源是正常的。使用万用表测量晶振Y1的输出端3脚电压，正常值为0.5V左右,测量后为0.5V,根据测量结果可以判断晶振Y1工作正常。使用万用表测试电平转换器U9的电源输人端6 脚电压为3.3V,是正常值，信号输人端2 脚0.5V也是正常值，而U9的输出端4脚无输出信号 9】故障排除：U9的输出端4脚与微处理器U5的1 2 脚为直连信号，由于微处理器芯片U5管脚比较多，根据维修难易程度，故先拆焊下U9,来判断故障点。拆焊下U9,使用万用表的电阻档位测量U9焊盘的4脚，无短路现象,故判断可能是U9故障。更换新的U9后,U9的4脚有1.3V信号输出，微处理器芯片U5时钟输入信号恢复正常。3.2故障现象：无3.3V的SD3.3电压信号电路分析：由图1 看出，TF卡要正常工作，工作电压必须正常，通过万用表测量TF卡座的1、2、3、4、7、8 脚，均无工作电压，造成TF卡不工作，系统会提示存储故障。从图1 看出,SD3.3V是由电源模块U4输出的。因此，检查U4相关电路，给节点单元加电，使用万用表测量U4的1 脚输电压为5.2 V,使能端3脚为3.3V,都为正常值。输出端5脚电压为0 V。正常值应为3.3V。如果输出为0 V,有两种情况，一是U4不工作,没有输出电压；二是输出相关电路或U4有短路情况。首先判断是否短路，给节点单元断电，使用万用表电阻档位测试U4的5脚电阻值为0,故判断U4输出端电路短路故障排除：拆下U4先判断是否短路。拆下U4后，测量焊盘5脚依旧短路，故判断可能是滤波电容造成，拆下相关电容并测量对地电阻,发现是C10短路,更换C10后电路恢复正常。3.3故障现象：多路开关U6不工作电路分析：当微处理器芯片U5读取数据时，TF卡数据通过多路转换开关U6到微处理器U5中，当U6出现故障时，数据将不能被读取，检测TF卡时将会提示存储故障。SD3.3V为U6提供了工作电压,U6的1、3、4、6 管脚工作电压正常应该为3.2 V,对应的2 3、2 3、2 0、1 8 管脚工作电压也应该为3.2 V,而当U6的2 0 脚工作电压不正常时,U6不能正常工作。董西宁：eSeis节点单元存储电路故障解析故障排除：更换U6后，电路恢复正常，不再提示TF卡故障。3.4故障现象：存储卡座1 脚电压3.0 V电路分析：遇到存储卡故障，首先测量TF卡槽的各个管脚的电压。正常情况下TF卡槽1、2、3、4、7、8 管脚工作电压为3.2 V,5脚电压为1.0 V。而现在测量1、2、3、4、7、8 管脚电压值为3.0 V,故判断其工作电压有问题。首先怀疑电源模块U4输出故障，测量输出端电阻、电容,没有发现异常；而节点单元由于在野外使用,TF卡经常会因搬动、碰撞，造成接触不良或者TF卡损坏。故障排除：拔下TF卡后，卡槽电压恢复到3.2 V,因此怀疑是TF卡故障。更换TF卡后电路恢复正常。4结束语本文总结了eSeis节点单元存储故障的产生原因、分析以及相应的解决办法,在今后的施工过程中,eSeis 节点仪器面临着更多复杂环境和使用年限不断增加的问题，给eSeis节点单元的维护和检修工作带来了更多挑战,如何快速高效地查找并判定故障电路所在范围，需要维修工作者进一步深入思考。参考文献1罗福龙.地震仪器基础与应用 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