本文選自北大核心級(jí)期刊《電子世界》，《電子世界》雜志遍及全國(guó)30個(gè)省、市、自治區(qū)，全方位推崇E時(shí)代大眾電子科學(xué)意識(shí)，傳播電子與信息領(lǐng)域的新知識(shí)，新技術(shù)以及最新科研成果和技術(shù)進(jìn)展，不 僅包括各電子領(lǐng)域?qū)＜覍W(xué)者、各大專院校師生、研究機(jī)構(gòu)資深人士，還有政府、行業(yè)主管部門領(lǐng)導(dǎo)及電子行業(yè)的企業(yè)家，因其學(xué)術(shù)性、權(quán)威性、系統(tǒng)性、前瞻性而廣 受業(yè)界人士關(guān)注。主要欄目有研究報(bào)告、科研設(shè)計(jì)、成果信息、安全設(shè)計(jì)、應(yīng)用電子技術(shù)、電子科學(xué)、測(cè)控技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、智能交通與導(dǎo)航、自動(dòng)化技術(shù)、經(jīng)驗(yàn)交 流、網(wǎng)絡(luò)天地、電子商務(wù)等。

　　摘要：現(xiàn)在最常用的電路形式莫過(guò)于數(shù)字電路了，電路技術(shù)的進(jìn)步也得益于數(shù)字電路的發(fā)展。數(shù)字電路需要制作精細(xì)，如果發(fā)生故障將會(huì)對(duì)整個(gè)器械造成影響。本文就根據(jù)數(shù)字電路的故障特點(diǎn)，講解了數(shù)字電子電路的故障檢測(cè)方法和技術(shù)。

　　關(guān)鍵詞：數(shù)字電路,常見故障,診斷方法

　　一、數(shù)字電路及其故障特點(diǎn)

　　數(shù)字信號(hào)是指其信息是用若干個(gè)明確定義的離散值表示的時(shí)間離散信號(hào)。數(shù)字電路就是用來(lái)處理這些離散的信號(hào)的電路。數(shù)字電路是用一個(gè)元器件可以顯示兩種不同的狀態(tài)表示信息。每個(gè)數(shù)字電路的單元都很簡(jiǎn)單。在數(shù)字電路中的輸出不是高電平就是低電平，當(dāng)然除了三態(tài)門外。所以一般說(shuō)數(shù)字電子電路能夠區(qū)別兩種狀態(tài)就高電平，低電平。

　　時(shí)序邏輯和組合邏輯電路是數(shù)字電路中的兩大分類。在輸出和輸入之間沒(méi)有反饋連線，只有簡(jiǎn)單的電路構(gòu)成的是組合邏輯電路。對(duì)組合邏輯電路來(lái)說(shuō)每個(gè)時(shí)刻的輸出，只取決于該時(shí)刻的輸入信號(hào)，和以前的電路輸出沒(méi)有任何關(guān)系，對(duì)此沒(méi)有一點(diǎn)記憶能力。反而時(shí)序邏輯電路是靠觸發(fā)器的存貯功能組成的電路記憶和表達(dá)的。存貯電路的輸入端必須收到輸出端的反饋信息，和輸入端共同決定電路的輸出。

　　檢測(cè)數(shù)字電路的對(duì)象是一個(gè)很復(fù)雜的過(guò)程。復(fù)雜主要體現(xiàn)在：等待檢測(cè)的數(shù)字電路的輸入輸出眾多，可達(dá)上百個(gè)之多，在路的響應(yīng)是有時(shí)序的而不是簡(jiǎn)單的組合。很多的電路門和記憶元件是封裝在一個(gè)芯片內(nèi)，它們?cè)?a href='http://www.anghan.cn/wlzz/' target='_blank' class=infotextkey>物理上的缺陷樣式可能很多，很不可能去測(cè)量這些元器件的邏輯電平，和觀察它們的輸入和輸出的。這就要求我們?nèi)フ覍ひ环N簡(jiǎn)單的，而且準(zhǔn)確的檢測(cè)方法，檢測(cè)數(shù)字電路或者其芯片的故障。

　　二、產(chǎn)生故障的主要原因

　　2.1設(shè)計(jì)電路時(shí)未考慮集成電路的參數(shù)和工作條件。（1）集成的數(shù)字電路負(fù)載能力有限，比如一個(gè)普通的與非門的輸出低電壓最多可以帶10個(gè)同類門電路，但是事實(shí)上所帶的同類門的個(gè)數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出這個(gè)數(shù)值。這樣就會(huì)造成電路輸出的低電壓急速升高破壞電路的原有功能，致使系統(tǒng)不能正常的工作。同樣輸出高電平時(shí)也會(huì)面臨這樣的問(wèn)題。按理這些在電路中是禁止的，此時(shí)我們就只能選擇那些負(fù)載能力強(qiáng)的集成電路。（2）集成電路的工作速度慢。當(dāng)一組信號(hào)輸入一個(gè)集成的電路時(shí)，通過(guò)電路內(nèi)部的延時(shí)到輸出端只能穩(wěn)定后才能輸入第二組信號(hào)。由于內(nèi)部延時(shí)的原因，導(dǎo)致了電路工作速度較慢。擋在輸入脈沖較高時(shí)，則會(huì)在輸出端產(chǎn)生不穩(wěn)定故障。這些故障在查找時(shí)是很困難的，隨意的。在邏輯設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該選用那些工作速度高的集成電路。

　　2.2安裝布線不當(dāng)，接觸不良。如布線和集成電路芯片安置不合理時(shí)容易引起干擾。在安裝中斷線、橋接、漏線、插錯(cuò)電子元器件、閑置輸入端處理不當(dāng)、使能端信號(hào)加錯(cuò)或未加等都會(huì)造成故障。

　　2.3工作環(huán)境惡劣。許多數(shù)字設(shè)備對(duì)工作環(huán)境都有一定的要求，如溫度過(guò)高或過(guò)低.濕度過(guò)大等因素都難以保證設(shè)備正常工作。使用環(huán)境的電磁千擾超過(guò)設(shè)備的允許范圍也會(huì)使設(shè)備不能正常工作。

　　三、數(shù)字電路常見故障分析

　　數(shù)字電路常見故障為邏輯故障和非邏輯故障兩類。邏輯故障是指數(shù)字電路中某處的邏輯值因故障而變得與規(guī)定的邏輯值相反的現(xiàn)象。除邏輯故障以外的數(shù)字電路故障統(tǒng)稱為非邏輯故障。在數(shù)字電路中常見的邏輯故障有以下幾種。

　　3.1永久故障分析。永久故障是指故障一產(chǎn)生，除非人為的修復(fù)，否則故障的影響將永遠(yuǎn)存在。絕大多數(shù)靜態(tài)故障屬于這一類。（1）固定電平故障。由于故障而使某一處的邏輯電平值保持為固定值時(shí)的故障稱為固定電平故障。當(dāng)只考慮固定電平故障，且同一時(shí)間只考慮一個(gè)固定電平故障時(shí)，稱其為單固定電平故障。出現(xiàn)在數(shù)字電路內(nèi)部的部分故障，均可歸結(jié)到其輸入端與輸出端的固定電平故障上，依次也可推廣到一般數(shù)字電路。如果一個(gè)數(shù)字電路中有兩個(gè)或兩個(gè)以上的固定電平故障，則稱之為多固定電平故障，其故障測(cè)試技術(shù)至今沒(méi)有理想的檢測(cè)方法，所以現(xiàn)在仍以單故障為基礎(chǔ)進(jìn)行故障測(cè)試。（2）橋路故障。橋路故障是由兩條或多條信號(hào)線，接插件短路以及集成電路工藝不完善、因裸線過(guò)長(zhǎng)或松動(dòng)等原因而連接到一起所造成的故障。主要有兩種類型：一種為輸入信號(hào)線之間橋接造成的故障，異或門電路兩條輸入信號(hào)線橋接會(huì)造成失去異或功能；另一種為反饋橋接造成的故障，如輸入信號(hào)與輸出信號(hào)之間的橋接、兩個(gè)獨(dú)立電路的輸入信號(hào)線橋接或兩個(gè)獨(dú)立電路的輸出信號(hào)線橋接等造成的故障。（3）固定開路故障。固定開路故障發(fā)生在MOS電路中的特殊故障。比如COMOS電路或非門，當(dāng)無(wú)故障時(shí)，電路應(yīng)完成或非門的功能。當(dāng)NMOS管V1的柵極開路，出現(xiàn)AB=1或0時(shí)，輸出呈既不接地也不接電源的開路高阻狀態(tài)。當(dāng)故障使CMOS輸出端成高阻狀態(tài)時(shí)稱固定開路故障，例如當(dāng)故障1發(fā)生時(shí)，其輸出不久與當(dāng)前輸入有關(guān)，而且還與電路過(guò)去輸入有關(guān)。

　　3.2暫態(tài)故障分析。暫態(tài)故障又稱軟故障，此類故障多是由于電子元器件本身或電路某一方面的容限太小而引起的一種電路不穩(wěn)定現(xiàn)象。如元器件老化、性能減退所形成的不規(guī)則暫態(tài)故障，大部分此類故障都有間隙和隨機(jī)偶發(fā)的特征，如電源干擾、傳輸延時(shí)所引起的競(jìng)爭(zhēng)和冒險(xiǎn)等現(xiàn)象所造成的邏輯故障。多數(shù)軟故障最終會(huì)發(fā)展成為固定性故障，暫態(tài)故障由于它的隨機(jī)性和偶發(fā)性，分析和診斷都比固定型故障困難。

　　四、數(shù)字電路故障診斷的基本方法

　　數(shù)字電路的故障常用診斷方法有常規(guī)檢測(cè)法和邏輯法兩種。

　　4.1常規(guī)檢測(cè)法。（1）直觀檢測(cè)法。該法主要是利用“問(wèn)”、“看”、“聞”、“摸”、“測(cè)”等方法來(lái)判別故障的大致部位。“問(wèn)”主要是對(duì)用戶進(jìn)行詢問(wèn)，了解有哪些異常現(xiàn)象，這樣可使維修人員少走彎路，減少麻煩。“看”就是觀察設(shè)備有無(wú)被腐蝕、破損、電源熔絲是否燒斷、導(dǎo)線有無(wú)短路或短路、電子元器件有無(wú)色變或滲液及脫落、插件有無(wú)松動(dòng)，同時(shí)電路通電后仔細(xì)觀察電子元器件有無(wú)冒煙等，從而進(jìn)行故障定位。“聞”當(dāng)電子元器件通過(guò)大電流時(shí)，一般會(huì)產(chǎn)生異味，因此可利用人的嗅覺(jué)來(lái)判斷故障范圍。“摸”就是可用接觸元器件，如果IC芯片、三極管等的外殼發(fā)熱過(guò)度，也會(huì)造成電路產(chǎn)生故障。“測(cè)”就是用專用的檢測(cè)設(shè)備對(duì)診斷電路進(jìn)行測(cè)試，確定有無(wú)故障及故障定位。常用的檢測(cè)設(shè)備有萬(wàn)用表、示波器、信號(hào)發(fā)生器、邏輯筆、數(shù)字集成電路測(cè)試儀、邏輯分析儀等。（2）順序檢測(cè)法。一是由輸入級(jí)向輸出級(jí)逐級(jí)檢查，采用該方法通常需要在輸入端加相應(yīng)信號(hào)，然后沿著信號(hào)的流向逐級(jí)向輸出級(jí)進(jìn)行測(cè)量，直到發(fā)現(xiàn)故障為止。二是由輸出級(jí)逐級(jí)向輸入級(jí)檢查，當(dāng)發(fā)現(xiàn)信號(hào)不正常時(shí)，這時(shí)可以從故障級(jí)開始逐級(jí)進(jìn)行檢測(cè)，直到檢測(cè)出有正常信號(hào)的一級(jí)為止。（3）比較法。這也是查找故障的常用方法，為了盡快找到故障，常將故障電路主要關(guān)鍵點(diǎn)測(cè)試參數(shù)與正常工作的同類型電路對(duì)應(yīng)測(cè)試點(diǎn)測(cè)試值相比較，從而查出故障。

　　4.2邏輯檢查法。邏輯檢查法是針對(duì)數(shù)字電路邏輯故障而形成的檢測(cè)方法，主要是利用邏輯電路輸入變量的所有可能的取值作為測(cè)試碼集合，然后輸入邏輯電路并觀察電路輸出是否符合邏輯功能，常用的方法有群舉測(cè)試法和偽群舉測(cè)試法。（1）群舉測(cè)試法。群舉測(cè)試法是指在被測(cè)試電路的輸入端輸入所有可能存在的輸入信號(hào)，作為測(cè)試碼，然后觀察被測(cè)電路輸出是否符合電路邏輯功能的故障檢測(cè)方法。群舉測(cè)試法的步驟是先找到用于檢測(cè)電路中可能存在的故障的測(cè)試碼集合，把他們加入待測(cè)電路，同時(shí)檢測(cè)出電路的響應(yīng)，即可實(shí)現(xiàn)故障檢測(cè)。（2）偽群舉測(cè)試法。為了克服群舉測(cè)試法中測(cè)試碼過(guò)多、測(cè)試時(shí)間長(zhǎng)的缺陷，在實(shí)際測(cè)試時(shí)，往往先把電路進(jìn)行合理分塊，且每一個(gè)被劃分的電路都進(jìn)行群舉測(cè)試法，從而使操作簡(jiǎn)單。

　　五、結(jié)束語(yǔ)

　　綜上所述,加強(qiáng)數(shù)字電路故障的特點(diǎn)及診斷的研究有助于提升數(shù)字電路的應(yīng)用水平，提升數(shù)字電路的應(yīng)用質(zhì)量，拓展其應(yīng)用范圍。另外，數(shù)字電路故障的檢測(cè)方法很多,在實(shí)際的檢測(cè)過(guò)程中,應(yīng)根據(jù)電路故障的具體情況,選擇合適的檢測(cè)方法,從而排除故障,使電路能夠正常的工作。