I2C总线上电压失常故障的分析与检修

图1 常见I2C总线控制电路图

　　综观整个I2C总线系统，总线的一端与主控器CPU和存储器相连，另一端与被控集成电路相连，主控器CPU对被控集成电路的所有控制、调整、检测信息都是通过总线来传输的，总线是连接主控器和被控 器的纽带。当主控器、存储器、被控器、总线电路中任何一个发生故障时，都会引起总线上的电压发生变化，特别是总线接口电路发生故障时，不但该电路自身工作失常，还会影响总线上其他电路的信 号传输，波及其他电路工作失常，出现千奇百怪的故障现象。轻则光栅几何失真，图像伴音失调，多重故障并存，有的故障还时隐时现；重则图声消失，操作控制失灵，甚至停机保护；更为严重的还会 造成I2C总线系统控制失灵，整机瘫痪。因此，总线上的电压，反映了整个I2C总线系统的工作情况，检修和排除总线电压失常的故障，是维修I2C总线系统的关键。

　　一、引起总线上电压失常的原因和检修方法

　　I2C总线系统传送的是脉冲数字信号，总线上要传送少则十几项、多则数百项的控制项目和数据，被控集成电路通过内部接口电路对I2C总线上的信号进行译码、识别和数模转换后，才能实现对电路的 控制。I2C总线系统的CPU与被控集成电路之间采用的是双向传输，不但CPU向被控集成电路发出控制信号，被控集成电路还向CPU发送应答信号，CPU根据被控集成电路的应答信号和总线上的通信情况，对 整机的工作状态进行检测，并提供自检信息。

　　总线上传输的信号因项目和数据的不同而千差万别，根据现有的测试仪器和测试手段，无法通过对总线上的脉冲控制信号的识别和检测，来判断信号是否正常和确定故障部位。只能通过测量总线上的 电压和波形的有无`大小来间接判断总线系统是否正常。I2C总线系统空闲时，总线上挂接的主、被控集成电路接口的输出管均截止，上拉电阻上无电压降，总线上的电压接近并略低于CPU的电源供给电 压。根据机型和供电电压的不同，以及总线电路的差别，一般在3.5V~5V左右。当按压电视机上或遥控器上的功能键时，总线进入工作状态并传输信号，发送信号的集成电路接口电路内的输出管进人脉 冲放大状态，总线上有脉冲信号输送，总线上的电压稍有下降，并且微微波动。

　　1.总线电压失常的原因

　　实修发现，在供给电压正常的情况下，当I2C总线系统发生故障时，总线上的电压变化和故障原因如下：

　　故障现象1:总线上的电压固定在空闲时的高电平，按压功能键时，电压不波动。

　　分析检修：这说明CPU的总线端口没有数据和时钟信号输出，可用示波器测试波形做进一步确认。如果CPU工作条件正常，则可能是CPU的总线控制脚处于关断状态，或是CPU本身损坏。

　　故障现象2:总线上的电压在高电平附近一直波动。

　　分析检修：CPU与被控电路之间的传输电路开路，通信中断，使CPU接收不到被控集成电路的应答信号，CPU无法做出正确判断，CPU不断发出信号，等待应答。

　　故障现象3:总线上的电压在2V~3V之间。

　　分析检修：被控集成电路总线接口电路供给电压失常或中断，使接口电路以总线上的电压维持工作，将总线上电压拉低。

　　故障现象4:总线上的电压很低，甚至为0V.

　　分析检修：一是总线与电源之间的上拉电阻开路，二是总线或总线上挂接的保护、抗干扰元件与地短路或漏电，三是被控集成电路或主控CPU接口电路对地漏电或短路。

　　故障现象5:总线上的电压正常，但控制失常。

　　分析检修：一是数据线与时钟线之间短路漏电，二是CPU或存储器中软件故障。

　　2.检测总线电压失常的方法

　　（1）检查CPU的工作条件和矩阵电路

　　与检修传统彩电一样，首先检测CPU的供电、复位、晶振三个工作条件是否正常，然后检查矩阵电路有无漏电、短路的故障，确保CPU进入正常的工作状态。

　　（2）检测总线上的电压

　　如果总线上的电压异常，可采用二分为三的分割法，即将I2C总线系统的主控器CPU输出端和被控集成电路输入端的总线断开，将电路分为主控器、总线被控器三部分。然后测量和监视总线上的电压是 否恢复正常。具体分割分两步：

　　第一步，在主控器CPU的总线输出端（保留上拉电阻和存储器）将总线断开，通电测量CPU的总线输出端电压，以此判断CPU是否正常如果断开后CPU输出端口电压恢复正常，则为总线或被控集成电路故 障，否则为CPU或存储器故障。第二步，恢复CPU输出端总线，逐个断开被控集成电路总线输入端，逐个监测总线上的电压，判定被控集成电路是否正常。如果断开某个被控集成电路总线输入端后，总线 上的电压恢复正常，则为该被控集成电路故障，常见为被控集成电路接口电路损坏，电源供给中断或偏低，复位或晶振电路故障等，导致总线上电压下跌。

　　如果全部被控电路总线的输入端均被断开，总线上的电压仍不正常，则是总线传输电路故障，常见为过压保护电路击穿，隔离电阻开路，高频干扰滤波电容击穿，总线传输线路采用的射随器和控制集 成电路损坏、击穿、漏电等。

　　二、总线电压失常检修实例

　　1.微处理器故障

　　CPU是PC总线系统的指挥中心，I2C总线系统传输时间、对象、方向、内容均曲CPU统一协调和控制。当CPU电路发生故障时，整机完全不能工作，出现不能开机，或开机后马上保护，或出现白光栅、暗光栅、无图无声等故障现象。

　　故障现象1:长虹C2919P画中画彩电，有时工作正常，有时无法开机或自动关机。

　　分析检修：检查开关电源和行扫描电路未见异常。检测CPU遥控开关机电路，发现CPU（31）脚有时不能输出开机指令电压。检查CPU的工作条件，（54）脚供给电压5V正常，检查复位电路正常，测量晶振ZA09电压时，表笔刚触到ZA09引脚，电视机居然恢复正常，原来ZA09一脚虚焊，将其补焊后故障排除。

　　故障现象2:海尔HP-3408彩电，指示灯亮，三无。

　　分析检修：先查电源电路，+B（140V）和其他输出直流电压正常。查行扫描电路，行输出管基极无推动电压。查行推动管V901集电极电压仅为8V,检查集电极电压供给电路，R902（2KΩ/5W）阻值正常，另一端接140V也正常；测得基极电压为0.76V,正常时为0.4V,即该管已进入饱和状态。向前查行推动信号来自N301（TDA8844）⑩脚，其电压也为0.76V.怀疑TDA8844内部损坏，换之无效。测量TDA8844各脚电压，发现其总线接口电压偏低。检查CPU（N101,WH2000C）的总线接口输出端，⑩脚时钟线电压仅1.2V,⑩脚数据线电压为2.2V,均明显偏低。保留~L拉电阻，断开被控电路，CPU的总线电压仍偏低，说明CPU有故障，检查其外围电路和工作条件，+5V电压和复位电压正常，当更换晶振X101（7.3MHz）后，故障消失。

　　由于X101晶振不良，导致CPU不能正常工作，总线电压降低，整机失控，TDA8844无行推动信号输出，过高的直流输出电压使行推动管饱和，导致整机二无。

　　故障现象3:海尔29F66彩电，三无。

　　分析检修：通电测量+B电压有130V输出，但瞬间降为0V.检查行输出电路无明显短路故障。测+5V供电正常，测量CPU总线电压为0V.断开总线的外电路，CPU的总线输出电压仍为0V,怀疑CPU电路损坏。检查CPU（N101,NP83C266BDRNA）外围电路，发现其（11）脚外接的过流保护电路中的VD758击穿，如图2所示。直观检查，发现CPU表面有烧焦的痕迹。更换VD758和N101后，开机依旧三无。检查CPU已处于开机状态，+B和各路输出电压正常。检修行扫描电路，无行推动信号，向前查N301（TDA8844）无行推动信号输出，手摸N301温度偏高，测量电源供给输人端@脚对地电阻明显变小，怀疑TDA8844过压损坏。检查低压电源上的其他电路、N502（SAA4961）也因过压损坏。将上述元件全部更换后，故障排除。

图2

　　该机造成大面积损坏元仵的罪魁祸首是VD758.由于VD758质量不佳，因耐压太低而击穿，将24V电压加到CPU上，使CPU损坏。同时该电压又经VD757和VD756加到低压电源+5V-A和+8V电路中，造成N301和N502击穿损坏。为稳要起见，将VD758改为耐压较高的1N1004,并且在CPU（12）脚与地之间接6.8V稳压管、+8V和+5V一A与她之间分别并联12V和6.8V稳压管（见图2），作过压保护元件，以免再次损坏两集成块。

　　2.存储器故障

　　存储器是PC总线系统的数据库，CPU进行控制和调整的依据是存储器中的数据。当存储器发生故障时，轻者数据出错，严重的总线系统功能紊乱，甚至整机完全不能工作。

　　故障现象4:松下TC-25GF12G彩电，电源指示灯亮，按电源启动键，待命指示灯亮，三无。

　　分析检修：首先检查CPU（IC1213,MN1874033TNW）的三个工作条件正常，测量（28）、（29）脚的数据线及时钟线电压异常。断开（28）、（29）脚外接被控电路，总线电压仍然异常，最后断开存储器IC1211,总线电压恢复正常，电视机可正常启动，这说明存储器损坏。

　　更换IC1211后，由于存储器是空的，需进行初始化操作，查阅该机相关资料，该机属松下M17机芯，初始化操作如下：断电后，用短导线短接IC1213③脚与地后开机，自动进行初始化，最后断开短路线，进入维修状态，对需要调整的项目进行个别调整。调整后，遥控关机，机器恢复正常状态。

　　故障现象5:长虹C2919P彩电，接通电源，绿色指示灯亮，二次开机后无光、无声。

　　分析检修：检查CPU的工作条件正常、测总线的电压异常，断开存储器后，总线电压恢复正常，判断存储器DQA07（UPD6252）损坏。在市场上购买一只uPD6252换上后，机器不能完全恢复正常，估计是空存储器，需要进行初始化操作，写入数据后才胄旨咴复正常。查阅该机相关资料，该机属NC-3机芯，根据资料介绍的方法进行数据输入，方法如下：

　　开机后，同时按遥控器上的"下"和"TV/AV"转换键，再按顺序按遥控器上的1、0、4、8键，此时屏显为"M"字符，表明进入维修状态。按遥控器上的"下"键和菜单键选择调整项目，按遥控器上的音量"+"、"-"键调整项目数据。根据该机调整资料调整后，退出维修状态，整机诙复正常。

　　故障现象6:东芝2939XP彩电，开机电源指示灯亮，但无光、无图、无声。

　　分析检修：指示灯亮，说明电源电路基本正常，故障应在CPU控制和行扫描电路。先查CPU（ICA01）的三个工作条件正常。检查I2C总线电压偏低，逐个断开被控IC并监测总线电压，当断开存储器ICA07（uPD6254）后，总线电厌次复正常，判断ICA07损坏。换新并进行初始化后，整机恢复正常。

　　3.总线关断脚故障

　　某些彩电的CPU设有总线控制开/关脚。主控CPU是否有I2C数据输出受该脚电压的控制。多为高电平时总线开，即CPU输出总线信号；低电平总线关，CPU不输出总线信号，处于生产模式调试状态，由计算机接人总线进行初始化操作。如果总线控制脚外围元件有故障，造成该脚电压下降，就可能将总线信号关断。

　　故障现象7:长虹N2516彩电，自动搜索节目时，能收到电视节目，节目号变化正常，但搜索完毕后不记忆，无图无声，光栅暗淡。

　　分析检修：该机为CN-5机芯。测CPU（37）、（38）脚总线电压失常，断开（37）、（38）脚外围电路后，仍无总线脉冲信号输出，怀疑CPU电路有故障。按常规检查CPU的工作条件，电源、晶振、复位电路均正常，外接矩阵电路也无短路、漏电现象。怀疑CPU损坏，更换CPU后故障依旧。查阅有关资料得知该机CPU设有总线控制脚，检查该机的总线控制脚（36）脚电压，仅2V左右。正常时，该脚为高电平（5V），有总线信号输出；若为低电平0V,总线关断。检查（36）脚外围元件R235、C207,发现C207漏电，换新后总线信号恢复正常，故障排除。