Laborpraxis: Ein versteckter Fehler

Wer mit Elektronik arbeitet, muss unweigerlich Fehler suchen. Das gehört einfach dazu. Es gibt sicherlich kein Projekt, das von der Idee bis zum Prototypen fehlerfrei funktioniert. Meistens kann man mit schrittweisem Vorgehen die Fehler einigermaßen gezielt lokalisieren und beseitigen. Jetzt ist mir aber ein verstecktes Problem begegnet, dass mich an der Weltordnung der Elektronik zweifeln ließ.

Es ging um eine Schaltung mit zwei ATmega-Prozessoren, die als Master und Slave über den I2C-Bus miteinander im Gespräch sind. Soweit so gut. Erst einmal funktionierte auch alles wie geplant, aber dann gab es sporadische Ausfälle.  Sporadisch, also nicht gezielt reproduzierbar, ist hier das Stichwort. Mal lief die Schaltung für Stunden ohne Probleme, und dann war plötzlich der I2C-Bus weg. Der Slave-Prozessor reagierte nicht mehr. Ein anderes Mal wollte die Schaltung schon nach dem Einschalten nicht so, wie sie sollte.

Zuerst einmal wurde gemessen. Das Oszilloskop zeigte ein vernünftiges I2C-Signal am Takt und auf der Datenleitung. Dann wurde die Software auf den Kopf gestellt. Stürzt die Slave-Software ab? Wo hängt die Geschichte? Aber ohne Ergebnisse. Eine regelmäßige blinkende LED wurde eingebaut, und als nach Stunden reibungsloser Tätigkeit der Fehler wieder auftauchte, zeigte die LED, dass der Slave nach wie vor sein Programm abarbeitete und auf Input wartete. Auch ein Austausch des Prozessors gegen ein fabrik-neues Exemplar brachte keine nachhaltige Besserung. Verflixt!

Als ich dann die laufende Platine in die Hand nahm, merkte ich, dass mechanische Spannungen, z.B. leichtes Verdrehen der beiden Seiten, den I2C-Bus wieder belebten. Also ein Lötproblem? Genaue Inspektion der Lötpunkte und Nachlöten aller I2C-involvierten Leitungen halfen immer noch nicht weiter. Mein Frustrationslevel erreichet den Siedepunkt. Ich legte die Platine zur Seite und baute einen zweiten Prototype, der für das Projekt sowieso gebraucht wurde. Und siehe da, diese zweite Platine arbeitet bis heute tadellos. Meine Elektroniker-Welt war halwegs wieder zurecht gerückt.

Aber natürlich war das Problem damit noch nicht behoben. Tage später setzte ich mich noch einmal an die fehlerhafte Platine. Dabei zog ich den Slave-Prozessor aus der Fassung, um ihn mit einem Software-Update zu versorgen. Und dann fiel es mir wie Schuppen von den Augen: Pin 27 der IC-Fassung sah irgendwie anders aus, als die anderen Pins. Genauer hingeschaut konnte ich erkennen, dass der innere Ring im Pin-Anschluss fehlte. Aha, eine fehlerhafte IC-Fassung! Ich steckte den Prozessor noch einmal in die Fassung und konnte mit einem Multimeter erkennen, dass Pin 27 nur gelegentlich Kontakt zum Chip hatte. Und tatsächlich: Bei diesem Pin handelt es sich um die Datenleitung des I2C-Bus.

Fehlerhafte IC-Fassung für den I2C-Slave-Prozessor
Fehlerhafte IC-Fassung für den I2C-Slave-Prozessor

Da es sich um “nur” um einen Prototypen handelte, wurde zur Fehlerbehebung der Pin des Prozessors direkt in der Fassung verlötet. Seit dem läuft die Platine tadellos.

Sporadische, nicht reproduzierbare Fehler brauchen Geduld und hohe Frustrationstoleranz. Um so schöner ist es, wenn der Fehler dann doch gefunden wird.

Ein Kollege sagte einmal: Wenn du frustriert bist, dann bist du dabei, etwas zu lernen! In diesem Sinne: Viel Erfolg beim Aufbau der nächsten Schaltung!