雷振雄

【摘 要】本文主要在對(duì)數(shù)字電路故障概念及其產(chǎn)生的原因的基礎(chǔ)上，簡(jiǎn)要探討下數(shù)字電路故障步驟及測(cè)試方法，希望對(duì)現(xiàn)代化數(shù)字電路設(shè)備的故障檢測(cè)維修起到一定的幫助。

【關(guān)鍵詞】數(shù)字電路；故障；測(cè)試

0.引言

傳統(tǒng)數(shù)字電路的故障診斷常常用常規(guī)儀表及傳統(tǒng)的人工進(jìn)行分析的， 所以在診斷定位上就會(huì)難度增加、周期變長(zhǎng)，導(dǎo)致設(shè)計(jì)和生產(chǎn)數(shù)字電路的速度嚴(yán)重降低。所以， 設(shè)計(jì)數(shù)字電路故障診斷系統(tǒng)，可以有效地提升當(dāng)下數(shù)字電路故障診斷的效率。

1.數(shù)字電路的故障概述及其產(chǎn)生原因

1.1數(shù)字電路的故障

數(shù)字電路故障就是在設(shè)計(jì)和生產(chǎn)過程中出現(xiàn)接觸不良、電器元件損壞等原因，造成導(dǎo)線短路、假焊、虛焊等現(xiàn)象，就會(huì)出現(xiàn)電路邏輯功能的錯(cuò)誤，發(fā)生電路故障。邏輯故障包括永久故障和暫態(tài)故障。其中的永久故障就是故障出現(xiàn)之后，只有人為修復(fù)可以清除故障，除此之外故障會(huì)長(zhǎng)久存在。包括很多的靜態(tài)故障。例如固定電平故障、橋路故障、固定開路故障。而暫態(tài)故障也能叫做軟故障，這種故障的發(fā)生是因?yàn)樵骷陨砘蛘呤请娐纷陨泶嬖诘娜菹薹浅Ｐ《鴮?dǎo)致電路不穩(wěn)定。以組合邏輯電路而言，必須按照真值表的要求來進(jìn)行工作，否則就是電路出現(xiàn)了故障；而就時(shí)序邏輯電路來說，必須按照時(shí)序的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖就行工作，否則就是電路出現(xiàn)了故障。

1.2故障主要原因的產(chǎn)生

（1）元器件參數(shù)的改變。由于電子元器件隨著不斷地使用，就會(huì)導(dǎo)致老化和參數(shù)性能下降，有的是在溫度變化時(shí)改變了參數(shù)性能。

（2）信號(hào)線故障。在電路板電路受到外界影響時(shí)，信號(hào)線就會(huì)損壞出現(xiàn)短路和斷路。

（3）電路元器件出現(xiàn)不良接觸。這種問題是最常見的，在工作中如果發(fā)生虛焊或者焊點(diǎn)被氧化，就會(huì)導(dǎo)致電路板故障的發(fā)生。

（4）不健全的工作環(huán)境。一旦工作環(huán)境達(dá)不到設(shè)備所要求時(shí)，如濕度、溫度及電磁環(huán)境等，無法實(shí)現(xiàn)設(shè)備的正常工作。

（5）超出使用期。就是在使用過程中超出期限，導(dǎo)致元器件的老化，降低了性能指標(biāo)，所以就會(huì)增加設(shè)備的故障率。

2.正確的故障檢測(cè)步驟

（1）用直接觀察法排除明顯故障。先靜態(tài)觀察，再通電測(cè)試。若通電后有冒煙等異?，F(xiàn)象，則應(yīng)馬上切斷電源；若無，再加人測(cè)試信號(hào)，記錄故障現(xiàn)象。

（2）檢查電源。用萬用表DCV擋直接測(cè)量每塊集成電路電源端和地線兩引腳之間電壓，對(duì)于TTL電路，應(yīng)為4.75V-5.5V；CMOS電路，一般為4V-15V。這樣可以檢查出因底板、集成電路引腳或連線等原因造成的故障。

（3）根據(jù)電路結(jié)構(gòu)、功能分割電路，斷開各部分之間的連接線，再分別通電測(cè)試，初步確定故障范圍。

（4）靈活選擇故障檢測(cè)方法，查找故障點(diǎn)。對(duì)于組合邏輯電路，常采用靜態(tài)法測(cè)量，即固定故障時(shí)輸人不變，用邏輯筆或萬用表測(cè)量各級(jí)輸人輸出電平，并與正確值比較，通過尋找不正常的信號(hào)確定故障點(diǎn)。對(duì)于時(shí)序邏輯電路，常采用波形觀察法。用示波器檢查時(shí)鐘信號(hào)是否正常，在時(shí)鐘作用下，各級(jí)輸出是否正確。若懷疑導(dǎo)線或底板的接觸問題，可切斷電源，用電阻測(cè)試法，測(cè)量連接兩點(diǎn)之間電阻是否為零。若懷疑器件本身有問題，對(duì)于551或簡(jiǎn)單的MSI集成器件，可通過測(cè)試其邏輯功能加以判斷。對(duì)于復(fù)雜的MSI或LSl，可用專用的數(shù)字集成電路測(cè)試儀測(cè)試?；蛘撸捎锰娲ㄒ部裳杆俚呐袛嗥骷收?。

（5）排除故障，恢復(fù)電路，再通電檢測(cè)，直到電路完全恢復(fù)正常。

3.數(shù)字電路故障測(cè)試的基本方法

3.1常規(guī)故障的檢測(cè)

（1）直觀檢測(cè)法。這種方法就是通過直觀的觀察來推斷出故障出現(xiàn)的大體部位。我們?cè)谶M(jìn)行檢測(cè)時(shí)可以咨詢用戶，就會(huì)知道出現(xiàn)了什么樣的現(xiàn)象，這樣就可以快速的進(jìn)行檢測(cè)省去了很多不必要的麻煩。我們可以在檢測(cè)時(shí)直接觀察設(shè)備是否出現(xiàn)元器件的破損，導(dǎo)線是否斷開或者短接，或者其它設(shè)備出現(xiàn)什么狀況，來檢測(cè)出故障在什么地方。一旦電路電流或者電壓過大時(shí)，在電路中的一些器件就會(huì)出現(xiàn)異味，我們通過嗅覺就會(huì)感知到在什么地方出現(xiàn)了故障。當(dāng)一些電子元器件的外殼熱度過高時(shí)，我們通過觸摸就會(huì)找到這類損壞的元器件，從而發(fā)現(xiàn)電路產(chǎn)生的故障。最后我們可以直接的用專業(yè)的檢測(cè)設(shè)備測(cè)試診斷電路，來檢測(cè)出是否存在故障，如果存在給其進(jìn)行定位。

（2）順序檢測(cè)法。這種方法分為兩種，其一就是由輸入級(jí)開始逐漸向輸出級(jí)進(jìn)行檢查，這就需要我們?cè)谳斎攵思尤霗z測(cè)信號(hào)，開始以該信號(hào)為主逐漸向輸出端進(jìn)行檢測(cè)，最終來找出電路所存在的故障。其二就是由輸出級(jí)開始逐漸向輸入級(jí)進(jìn)行檢查，一旦出現(xiàn)信號(hào)不對(duì)的情況，就開始由故障級(jí)向一級(jí)檢測(cè)，最終到發(fā)現(xiàn)正常信號(hào)截止。

（3）比較法。在檢查故障時(shí)，這也是一種常用的方法。想要快速的發(fā)現(xiàn)所存在的故障，通常的方法就是把故障電路重要的關(guān)鍵點(diǎn)測(cè)試參數(shù)和同類型電路在正常工作時(shí)所得到的檢測(cè)值進(jìn)行對(duì)比，最終檢測(cè)出故障所在。

（4）替代法。如果說有的時(shí)候我們?cè)跀?shù)字電路中很難找到出現(xiàn)的故障，這個(gè)時(shí)候我們就應(yīng)該想到應(yīng)用替代法測(cè)出數(shù)字電路中的故障。替代法簡(jiǎn)單地說，替代法就是我們將數(shù)字電路中的電子元器件替代掉，應(yīng)用一些同等型號(hào)，但是在品質(zhì)上卻高于原有電路中出現(xiàn)的器件，之后換上這些高品質(zhì)器件之后，來檢查電路是否可以進(jìn)行正常的工作。前提是我們?cè)诓捎锰娲ㄟM(jìn)行實(shí)驗(yàn)來檢測(cè)故障時(shí)，一定要在電路斷電的時(shí)候換上各種元器件，用以保證安全。上述四種方法就是在檢測(cè)數(shù)字電路故障時(shí)常用到的常規(guī)方法。

（5）電阻測(cè)試法。當(dāng)電路通電后有明顯異?，F(xiàn)象，如器件冒煙發(fā)燙有糊味等。對(duì)此情況，為避免故障進(jìn)一步擴(kuò)散，必須盡快切斷電源，采用電阻測(cè)試法檢查器件輸出端與電源是否有短路現(xiàn)象。此法還可用來檢查電路連線、底板內(nèi)部是否有斷路、接觸不良等故障。

3.2邏輯故障的檢測(cè)

在數(shù)字電路中產(chǎn)生的邏輯故障中，我們可以建立起故障的模型，之后通過該模型研究算法，產(chǎn)生測(cè)試向量，完成故障的檢測(cè)。這里我們就以在邏輯故障中出現(xiàn)的單固定故障為例。由于邏輯故障中存在著單固定故障，而這種故障模型是數(shù)字電路測(cè)試中使用最多的一種門級(jí)故障模型。這種故障可以含蓋數(shù)字CMOS電路一半以上的制造故障。在測(cè)試這種故障時(shí)，首先我們應(yīng)該建立故障模型，之后根據(jù)這種故障模型生成測(cè)試向量。在組合邏輯電路中，以早期提出的經(jīng)典算法D算法為主，完成測(cè)試向量的自動(dòng)生成。而在時(shí)序邏輯電路中，我們將以較為了解的門級(jí)時(shí)序電路的ATPG系統(tǒng)完成測(cè)試向量的覆蓋率。之后我們通過不斷地分析測(cè)試向量對(duì)故障的覆蓋情況，從而來進(jìn)一步的提高故障的覆蓋率。最終實(shí)現(xiàn)單固定故障模型的完整建立，解決故障的檢測(cè)工作。之后再以此種模型來對(duì)多固定故障進(jìn)行測(cè)試。最終實(shí)現(xiàn)邏輯故障的檢測(cè)。

3.3波形檢測(cè)法

在脈沖電路當(dāng)中，我們還可以用波形檢測(cè)的方法對(duì)電路進(jìn)行檢測(cè)。首先在檢測(cè)時(shí)選擇一個(gè)良好的示波器，之后開始對(duì)電路各級(jí)在輸出端所輸出的波形進(jìn)行檢測(cè)，最后在示波器上面觀察并記錄出現(xiàn)的波形是否正常，最終來完成電路故障的測(cè)試。

4.結(jié)束語(yǔ)

本文主要簡(jiǎn)單的介紹了數(shù)字電路出現(xiàn)的故障及故障檢測(cè)方法。在電子電路發(fā)展的今天數(shù)字電路得到了飛速的發(fā)展。為了更好的使數(shù)字電路應(yīng)用到現(xiàn)代電路中。對(duì)于可能出現(xiàn)的故障應(yīng)及時(shí)（下轉(zhuǎn)第164頁(yè)）（上接第35頁(yè)）的做出檢測(cè)。更好的完善數(shù)字電路，使數(shù)字電路進(jìn)一步發(fā)展，適應(yīng)現(xiàn)代科技要求。

【參考文獻(xiàn)】

[1]胡文君.設(shè)備故障診斷技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展.后勤工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2009（2）.

[2]吳翠娟.現(xiàn)代大型設(shè)備故障智能診斷技術(shù)的現(xiàn)狀與展望.電子技術(shù)用，2009.

[3]屈梁生.故障診斷學(xué)[M].上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，2010.

[4]徐敏.設(shè)備故障診斷手冊(cè)[K].西安交通大學(xué)出版社，2008.