プリント基板の異常動作の推測要因を教えてください。

質問

自分が設計したプリント基板の動作を確認しているのですが、パターン配線がらみでおかしな挙動がみられます。

基板を組み立て、通電し、数日間は正常に動いていたのですが、ある日突然異常動作がみられはじめました。

そこで、異常動作の原因をさぐろうと疑わしいICのリードをオシロであたっていきましたが、CPUのアドレスバスのピンのひとつにプローブをあてると、異常動作が正常に戻り、プローブを当てるのをやめると異常動作が復活するのが確認されました。
あきらかにこのリードにプローブを当てる、当てないで異常動作が収束、再現となります。

このような事象の場合、どういった原因が考えられますでしょうか？

具体的な回路構成がないと分からないことかもしれませんが、この条件で考えられる不具合要素を教えてもらえますでしょうか？

基板の不良
・パターン配線のクロストーク
・？？？

疑わしいアドレスバスにつながっている部品の異常
・メモリがラッチアップしている
・C-MOSの異常（？）

のような感じに考えられる要素を挙げてもらえますでしょうか？

それをもとに、FT図を作成し、どこを疑っていくか検討してみたい次第です。

なお現在の事象ポイントとしては
・回路はしばらくは正常に動いていたのに、ある日突然異常動作が発生した。きっかけが不明（湿度？瞬停？）
・電源を落とすと直ることもある。
・疑わしいアドレスバスにはCMOSロジックIC、SRAMがつながっている

よろしくお願いします。

回答No.4

jyuzou

参考にならない経験談。

私も入力ピンにオシロあてたら出力値が変わってしまって困ったことがあります。
コンデンサぶら下げたり、プルダウン抵抗を入れてみたり、いろいろ検討しました。
で、検討してる間にオシロの先でマイコンをショートさせちゃって壊しました（よくあることですね）。
で、他のユニットをもってきて再度検討しようとしたら、再現せず。
（何台か見てみましたが、同様に再現せず）

いまだに原因わかりませんが、電波試験等でも問題も出ず、無事に（？）量産流れています。

とりあえず、他のユニットでも同じ症状がでるか確認してみては？

回答No.3

xcrOSgS2wY

プローブの有無で異常動作が出たり出なかったりするということは、既に設計不良があり、異常が発生するかどうかの瀬戸際にある（瀬戸際を越えることがある）ということです。

ちょうどそのギリギリのところにあるのであれば、何らかの要因（温度変化による動作点の移動がいちばん怪しいように思います）によりそのギリギリの線を越えて異常動作が発生することは十分に考えられます。

回答No.2

xcrOSgS2wY

プローブを当てることで変化するのは

・負荷容量→大きくなる
・ノイズレベル→大きくなる

ですので、プローブを当てて動作が安定するということは負荷容量の増加が信号の安定に繋がったものと考えられます。

そうすると、

1. バスがフローティングとなる期間があり、配線・入力容量が小さくなおかつ終端を行っていないため（あるいは行っているが不適切なため）フローティング中の信号レベルが異常な状態になっている。（プローブを当てることで負荷容量が増え、フローティングから信号レベル不定となるまでの時定数が延びた。）

2. 信号が高速で終端を行っていないため（あるいは行っているが不適切なため）、インピーダンス不整合により信号が暴れている。（プローブを当てることで負荷容量が増え、たまたまインピーダンスが比較的整合し信号が落ち着いた。）

のいずれかが疑われます。

補足

回答ありがとうございます。

とりあえず回路は、最初は安定動作をしていて、あるトリガー（温度？湿度？ノイズ？原因は不明です）で急に変な動作を起こし、あやしいと思われる箇所にプローブを当てると戻る状態です。
稀に、プローブをはずしても正常のままになってしまうこともあります。また、プローブをはずしたまましばらくランニングすると同じような異常が発生したりしました。

回路に火をいれていきなり誤動作を行うならまだわかるのですが、ご指摘いただいた２事象は、このように環境？ノイズ？で発生したりしなかったりとなるものなのでしょうか？

回答No.1

xe-ex-love

・ノイズ誤動作
　　CPUのin端子には、ノイズ対策用にセラミックコンデンサを入
　　れておく必要が有ります。（波形が鈍らない程
　　度に。）
　　パターンの引き回しが短い場合はしない場合も有り
　　ますが。

・プローブを立てると誤動作
　　正常回路でも、CPUのin端子にプローブを立てる
　　と誤動作する場合が有ります。ノイズによる物。
　　特に、CPUのGNDと、プローブのGND端子の電位が異
　　なる場合は顕著です。

・ノイズ誤動作は再現性が低い
　　メーカーでは、ノイズ発生源(輻射・静電気・雷サージ）
　　による耐ノイズテストを実施しています。
　　試験機が無い場合は、推定で対策するしか有りま
　　せん。

・パターン間の静電容量によるノイズ侵入

・パターン間の絶縁不良による電圧降下・電圧侵入

・ソフトバグ

補足

回答ありがとうございます。
とりあえず、FT図を作成するとしたら、
・ノイズの影響
・パターン間の静電容量
・パターン間の絶縁不良
・ソフトバグ
って感じでしょうか？

パターン間の静電容量に関しては、基板の不具合とみていいのでしょうか？
それとも、単にバラつきの問題でしょうか？
その場合は、設計的にこのバラつきを吸収するために、何をすべきだったのでしょうか？ノイズ対策用のコンデンサ？