數(shù)字電路的故障測(cè)試方法

劉冬慧

【摘 要】本文主要結(jié)合數(shù)字電路常見(jiàn)的幾種故障，找出產(chǎn)生故障的原因，并在此基礎(chǔ)上對(duì)數(shù)字電路故障測(cè)試進(jìn)行簡(jiǎn)要探討，希望對(duì)電子產(chǎn)品的研發(fā)具有一定的促進(jìn)意義。

【關(guān)鍵詞】數(shù)字電路；故障；測(cè)試

1.常見(jiàn)的故障

1.1永久故障

1.1.1固體電平故障

如果電路某處邏輯電平始終保持不變，則該故障就是固體電平故障，例如，接地故障就是典型的固體電平故障，其故障點(diǎn)的電平始終保持為0。

1.1.2固定開(kāi)路故障

該故障常常發(fā)生在CMOS電子線路中，當(dāng)CMOS電子線路中的輸入管沒(méi)有連通其它路而引起懸空或者柵極引線而發(fā)生斷開(kāi)現(xiàn)象，此時(shí)CMOS門電路的輸出端的電阻是非常大的，即會(huì)發(fā)生短路，這樣的故障就是開(kāi)路故障。因?yàn)樵贑MOS門電路中輸入電阻和輸出電阻都是相當(dāng)大的，所以，輸出電平在某段時(shí)間內(nèi)是不會(huì)發(fā)生變化的，這是由于門電路輸出與下級(jí)門電路之間的分布電容有存儲(chǔ)電荷的作用。

1.1.3橋接故障

由兩根或者兩根以上的信號(hào)互相短路而引起的故障就叫做橋接故障，引發(fā)該類故障的原因有：印制電路的焊接不小心、裸線部分太長(zhǎng)等等，一般而言 ，橋接故障分為如下幾種類型：（1）由于輸入信號(hào)線間的橋接引起的輸入端橋接現(xiàn)象；（2）輸入端和輸出端相互連接引起的反饋橋接。橋接故障會(huì)使電子線路的邏輯功能發(fā)生很大的變化。

1.2間歇故障

間歇故障的發(fā)生具有偶然性，在故障發(fā)生的時(shí)候很容易引起電路相關(guān)功能的出錯(cuò)，但是故障一旦消失，功能就馬上恢復(fù)了。時(shí)有時(shí)無(wú)是間歇故障的表現(xiàn)形式。如果是虛焊、引線松動(dòng)等因素造成的間歇故障，則應(yīng)該要通過(guò)人工修理來(lái)消除故障，如果是電磁干擾因素造成的間歇故障，則只要對(duì)其屏蔽就可以了。

2.出現(xiàn)故障的主要原因

2.1沒(méi)有正確安裝布線

若在集成電路芯片安置以及布線安置的時(shí)候不合理，那么就會(huì)帶來(lái)較大的干擾。尤其是電子元件安裝錯(cuò)誤、漏斷線以及安裝時(shí)出現(xiàn)橋接、沒(méi)有適當(dāng)?shù)靥幚黹e置輸入端、沒(méi)有加入或者錯(cuò)誤地加入使能端信號(hào)等，都是引發(fā)故障的重要因素。

2.2接觸不良

接觸不良在數(shù)字電路中普遍存在也是最容易發(fā)生的故障。例如接插件松動(dòng)、接點(diǎn)氧化、虛焊等等，信號(hào)的時(shí)有時(shí)無(wú)是該故障的主要表現(xiàn)，故障的發(fā)生也帶有一定的偶然性。選取質(zhì)量較好的接插件，從工藝上確保焊接的質(zhì)量能有效地減少這種故障的發(fā)生。

2.3在設(shè)計(jì)的過(guò)程中沒(méi)有對(duì)電子線路的參數(shù)以及工作條件進(jìn)行分析

2.3.1電子線路沒(méi)有良好的負(fù)載能力

一般而言，一個(gè)與非門在輸出低電平的情況下最多可以帶 10個(gè)同類型的門電路，如果所帶門電路數(shù)超過(guò)10，則很容易導(dǎo)致輸出低電平快速增大，最終會(huì)造成電子線路功能的喪失，系統(tǒng)也將無(wú)法照常運(yùn)轉(zhuǎn)。同樣，輸出高電平如果外接負(fù)載也不能有此情況的發(fā)生?？梢约訌?qiáng)電子線路的負(fù)載能力。

2.3.2電子線路沒(méi)有較高的工作速度

當(dāng)對(duì)電子線路輸入一組信號(hào)的時(shí)候，在電路內(nèi)部的延時(shí)作用下在獲得穩(wěn)定的輸出以后，才可以將第二組信號(hào)輸入進(jìn)去。若電子線路工作速度過(guò)低的話，會(huì)引起延時(shí)的加長(zhǎng)，在輸入很高的脈沖頻率情況下，則會(huì)很容易出現(xiàn)輸出不穩(wěn)定的現(xiàn)象，這種故障是很難查出來(lái)的，所以，在設(shè)計(jì)電路時(shí)，要考慮到其工作速度。

2.3.3半導(dǎo)體器件沒(méi)有良好的熱穩(wěn)定性

半導(dǎo)體元件的性質(zhì)與溫度有關(guān)，主要體現(xiàn)在如下兩種情況：（1）在開(kāi)機(jī)的時(shí)候設(shè)備的工作是正常的，由于溫度在不斷升高，會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題，關(guān)機(jī)冷卻后再開(kāi)機(jī)又可以正常地工作；（2）溫度很低的情況下，出現(xiàn)問(wèn)題，由于溫度不斷地升高，又可以正常地工作。因此，在進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中可以選擇具有良好熱穩(wěn)定性的電子元件來(lái)解決該問(wèn)題。

3.數(shù)字電路故障測(cè)試方法

數(shù)字電路的故障測(cè)試基本分為以下三步：一是對(duì)故障進(jìn)行測(cè)試和隔離；二是對(duì)故障進(jìn)行定位；三是對(duì)故障進(jìn)行診斷和排除。

（1）故障的測(cè)試和隔離：對(duì)任何電路進(jìn)行故障診斷，首先應(yīng)通過(guò)考察故障特征以盡可能地縮小故障范圍，即進(jìn)行故障隔離。在通常情況下，當(dāng)電路的信號(hào)消失以后，我們可以借助測(cè)試探頭在電路信號(hào)相互連接的路徑上進(jìn)行測(cè)試與診斷，這樣一般就比較容易找到了電路消失的信號(hào)。而且一些測(cè)試探頭上，都具有邏輯存儲(chǔ)裝置的。這樣，我們就可以運(yùn)用這一功能來(lái)測(cè)試和診斷數(shù)字電路上脈沖信號(hào)活動(dòng)的具體情況。當(dāng)信號(hào)出現(xiàn)時(shí)，就可以把信號(hào)存儲(chǔ)起來(lái)，并在脈沖存儲(chǔ)器上顯示出來(lái)?？梢?jiàn)，通過(guò)查找數(shù)字電路之間的脈沖信號(hào)，可以把故障進(jìn)一步縮小在一定的范圍內(nèi)，進(jìn)而測(cè)試出電路的故障所在。

（2）故障的定位：當(dāng)把故障隔離到單元電路中，就可以用邏輯探頭、邏輯脈沖發(fā)生器和電流跟蹤器等來(lái)觀察電路故障對(duì)工作的影響，并找到故障源。我們可以運(yùn)用邏輯探頭來(lái)檢查數(shù)字電路上的脈沖活動(dòng)情況，進(jìn)而測(cè)試和觀察電路的輸出、輸入信號(hào)的活動(dòng)情況。以這些活動(dòng)情況和信息為出發(fā)點(diǎn)，可以判斷數(shù)字電路運(yùn)行是否正常。

（3）數(shù)字電路的故障診斷和排除：實(shí)際上，相對(duì)于數(shù)字電路故障的測(cè)試而言，其診斷比較簡(jiǎn)單。這是因?yàn)槌巳龖B(tài)電路以外，其輸入、輸出狀態(tài)僅有高、低電平兩種。在對(duì)數(shù)字電路故障進(jìn)行診斷時(shí)，首先我們可以進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)試，逐步縮小故障的范圍。然后，再進(jìn)行靜態(tài)測(cè)試，進(jìn)一步查找故障的具體方位。這就要求我們?cè)跍y(cè)試和診斷電路故障時(shí)，要有適當(dāng)?shù)男盘?hào)源以及示波儀器，而且示波儀器的頻帶一般應(yīng)當(dāng)大于10MHZ，同時(shí)要仔細(xì)觀察數(shù)字電路輸入、輸出的具體情況。

具體的測(cè)試方法通常有一下幾種：

（1）直觀檢查：線路連接檢查和集成器件的連接檢查是直觀檢查兩種常見(jiàn)的類型，線路接錯(cuò)引起的故障是很普遍的，甚至還可能導(dǎo)致元器件的損壞。因此，要正確的畫(huà)出安裝接線圖，一旦出現(xiàn)故障，就可以對(duì)照接線圖檢查實(shí)際電路，看有沒(méi)有漏線、斷線、錯(cuò)線的現(xiàn)象，尤其要注意電源線和地線的接線有沒(méi)有錯(cuò)誤 ，在檢查集成器件的連接情況時(shí)，首先要檢查外引線和其它路的連接以及集成器件插的方向有沒(méi)有錯(cuò)誤，存不存在不允許懸空的輸入端沒(méi)有接入電路的現(xiàn)象。

（2）測(cè)量電容、電阻等分立元件：先將電源關(guān)閉，通過(guò)萬(wàn)用表“歐姆*10”檔對(duì)電源線與地線端間的電阻值進(jìn)行測(cè)量，以把電源輸出端與地線端間可能存在開(kāi)路或者短路的情況排除掉。接下來(lái)就要檢查元件，在對(duì)電解電容器進(jìn)行檢查時(shí)，要先把電解電容對(duì)地短路，使電容器中的電荷全部釋放出來(lái)，然后看電容有沒(méi)有被擊穿以及是否存在漏電嚴(yán)重現(xiàn)象，這樣可以避免萬(wàn)用表的損壞。

（3）靜態(tài)測(cè)試：靜態(tài)測(cè)試一般是對(duì)電路以及電源電壓進(jìn)行測(cè)試。在測(cè)試電路時(shí)，首先要保證電路處于某一輸入狀態(tài)，對(duì)照真值表，對(duì)電路的功能進(jìn)行分析。一旦發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，就要再次測(cè)量，接著調(diào)節(jié)電路使之處于某一故障狀態(tài)，用萬(wàn)用表對(duì)各器件的輸入電壓和輸出電壓的邏輯關(guān)系進(jìn)行測(cè)量，看符不符合要求，最終確定發(fā)生故障的點(diǎn)。測(cè)試電源電壓時(shí)，要用萬(wàn)用表對(duì)電源的輸出電壓進(jìn)行測(cè)量，看有沒(méi)有錯(cuò)誤，除此之外，還要對(duì)電路外引線的地線端和電源端的電壓進(jìn)行測(cè)量，看符不符合要求。

4.結(jié)束語(yǔ)

數(shù)字電路的廣泛應(yīng)用，提高了電器的使用和質(zhì)量，（下轉(zhuǎn)第168頁(yè)）（上接第54頁(yè)）促進(jìn)了電器產(chǎn)品性能的進(jìn)一步提高。但是，我們應(yīng)該清醒地認(rèn)識(shí)到，數(shù)字電路運(yùn)行過(guò)程中存在這樣那樣的故障及問(wèn)題。因此，我們必須高度重視故障的測(cè)試，積極探索行之有效的策略措施，全面提高數(shù)字電路的應(yīng)用水平和運(yùn)行質(zhì)量，不斷拓寬其使用范圍。通過(guò)本文，對(duì)數(shù)字電路故障的測(cè)試方法有了比較詳盡的了解。在實(shí)際的測(cè)試過(guò)程中，應(yīng)根據(jù)電路故障的具體情況，選擇恰當(dāng)?shù)臏y(cè)試方法。

【參考文獻(xiàn)】

[1]嚴(yán)之琦.數(shù)字電路故障測(cè)試與診斷的策略探討[J].赤峰學(xué)院學(xué)報(bào)（科學(xué)教育版），2011（03）.