液氮的妙用你都知道吗

液氮是指液态的氮气。液氮是惰性，无色，无臭，无腐蚀性，不可燃，温度极低的液体，汽化时大量吸热接触造成冻伤。氮气构成了大气的大部分（体积比78.03%，重量比75.5%）。

在常压下，氮的沸点为-196.56℃，1立方米的液氮可以膨胀至696立方米的纯气态氮（21℃）。如果加压，可以在更高的温度下得到液氮。

在工业中，液态氮是由空气分馏而得。先将空气净化后，在加压、冷却的环境下液化，借由空气中各组分之沸点不同加以分离。人体皮肤直接接触液氮瞬间是没有问题的，超过2秒才会冻伤且不可逆转。

在一些小公司没有温箱的资源，一些大公司温箱要排队，而且成本核算都很贵。在一些低温场景复现问题，可以用液氮。

例如这个案例：

案例1、走进科学——天气不好就会异常的三极管

案例中，为了恢复温箱低温场景比较困难，所以在实验室中用液氮喷射电路局部关键器件，实现低温问题的复现。

怀疑三极管自身特性造成

其他单板类似电路在Q15处用MOS管(相同封装)代替，因此，怀疑是否是三极管自身的特性引起，于是用相同封装的MOS进行代替，并进行液氮降温测试。

图9 将Q15更换为同封装的MOS管

故障仍然存在，VEN_5V_3V3在低温下，从5V开始跌落，最低跌落到2V以下，且保持时间超过15分钟以上。排除三极管自身特性造成。

图10 VEN_5V_3V3 在低温下下降到1.44V

确认是SOT23封装的三极管和MOS管在低温下阻抗减小导致

测试故障单板上MOS管Q15的DS阻值，发现只有7K；而单板正常时测试到的DS阻值为41K，因此怀疑是低温导致SOT23封装的MOS管DS阻值、三极管CE的阻抗变小，和上拉的10K电阻产生分压，导致输出VEN_5V_3V3降低。

为验证在低温下SOT23封装的MOS管DS阻抗、三极管CE阻抗会变小，取多个三极管、MOS管器件（SOT23封装，未焊在板上），用液氮进行降温，测试三极管CE、MOS管DS的阻抗。

降温前，测试到的阻抗为无穷大（100M欧以上）；降温后，测试到的阻抗会降低，测试到的最小阻抗只有10K。

因此，可以确认是SOT23封装的三极管和MOS管在低温下阻抗减小，和上拉的10K电阻产生分压，导致输出VEN_5V_3V3降低。

厂家已承认有这种问题，在低温、高湿度的环境下，SOT23封装的三极管和MOS管的阻抗会减小。

案例2、温度变化导致DDR时序变化。

DDR的Margin时序的测试方法是移动采样时钟直到出错。最后得出采样时钟移动的步长为多少。

margin时序原理

但是我们很多电路都是没有充分的做Margin测试，导致概率性的高低温问题出现的时候，无从下手。

理想情况下，地址/命令，控制信号的波形边沿应该和时钟信号的下降沿对齐，这样才能保证时钟信号的上升沿在地址/命令信号的中间位置，只有这样，信号传输到接收端为建立时间和保持时间留足裕量。

下图的灰色窗口就是不确定区域，也是我们在设计的时候需要考虑的，一般我们可以通过查看芯片的Datesheet来查阅Prelaunch的最小值与最大值，这个是芯片本身的参数，与布线无关。

绿色的是时钟信号波形，紫色的是地址信号。可以看到，地址/命令，控制信号并不像时钟信号那样是周期性的，但它的位宽是时钟周期的整数倍，信号边沿都是要和时钟信号的下降沿对齐的，如果不能对齐，至少在时钟信号下降沿附近。同样的，数据信号是参考DQS的，DQS又是参考时钟信号的。

理想情况下，DQS的波形边沿与时钟信号的边沿是应该对齐的。对于数据信号来说，由于是DDR，双倍数据速率，时钟波形的上升沿和下降沿都能触发数据，为保证这一点，必须保证DQS信号波形边沿在DQ波形的中间位置。芯片工作时，这些相对位置都会出现一定的偏移，这些偏移量是芯片本身的属性，相关延时参数在芯片手册上可以查找。理论联系实际，我们还是来看看芯片在实际工作的时候，这几组信号之间的相对位置是不是我们上面说的那样。

上图中红色波形是DQS信号，黄色是数据信号，可见，数据信号在翻转的时候，边沿基本上都在DQS脉冲的中间位置，这也保证了接收端在读取信号的时候有充足的建立时间与保持时间。

我们在测试时序，一般是在常温下。但是高低温变化的时候的，这个时序关系会变化，有些处理器的内存控制器会有高低温的时序补偿控制。但是有些处理器没有这个功能。我们甚至碰过，有这个功能，结果芯片厂家给的补偿方法是错误的，不合理的。

我们当时的调试人员，通过加温、液氮的方式，摸索出高低温时序变化的规律，然后修正了参数。再进入温箱做实验，有效提高效率，解决内存的时序问题。

案例3 冷冻治疗法

我脑门上长了一个“痘痘”，我自己用各种方法都没有去除掉，涂药膏、香烟烫、撕掉。。。长时间不好，我就去杭州第三医院去就诊。

皮肤科医生因为东西长在脸上又把我转到整容科，说用冷冻方式去掉。我去了之后，发现就是用液氮给我喷了几下。

虽然治疗有效果，但是没有根除。我于是对着镜子，用实验室喷芯片的液氮，自己喷了几下。好像跟医院一样的效果。

后来还是没有好，我又去了一趟医院。我跟医生说，我自己用液氮喷了一下，医生说你对自己真狠，能下得了手。在医生给我治疗的过程中，我自己默默记下了医生的手法，时间、次数等。后来我自己又喷了一次，我自己治疗好了。

建议大家如果有需要，可以去医院治疗，不要模仿我操作，因为误操作会损伤皮肤。即使要自己治疗，也请使用医用液氮，不要用工业用途的液氮，把自己当成芯片给治疗了。

审核编辑：刘清