關于數(shù)字電路故障診斷的探討

摘 要：現(xiàn)如今開發(fā)了一種可以進行故障診斷定位的軟件，是為了解決當前數(shù)字電路的生產(chǎn)環(huán)節(jié)中一些電路故障診斷效率過低的問題，它能夠對數(shù)字電路中的橋接故障和固定故障進行有效的診斷定位，該軟件的應用能夠把查找數(shù)字電路中故障的時間有效的縮短，它對數(shù)字電路開發(fā)速度的高速提高有著重要的意義。

關鍵詞：數(shù)字電路；故障診斷；診斷定位；固定故障；橋接故障

中圖分類號：TN79

因為一些電路或者電路的元件以及電路的內部、外部的原因，在數(shù)字電路工作的過程中，經(jīng)常會出現(xiàn)各種各樣的故障與問題，這樣必然會使數(shù)字電路沒有辦法正常的工作。所以說電子工程技術人員要時時刻刻對工作中的數(shù)字電路進行檢測來對數(shù)字電路的故障進行監(jiān)測與診斷。在一般條件下，我們進行數(shù)字電路的檢測，本質上是為了檢驗數(shù)字電路的功能是否能夠實現(xiàn)的問題，換句話說就是要是看數(shù)字電路發(fā)揮的功能作用是否和預期的效果完全一致?？墒俏覀円残枰宄刂溃覀冞M行檢測的最終目的不單單是為了檢測數(shù)字電路是不是存在著故障，而是在檢測之后，必須要對受到檢測的數(shù)字電路發(fā)生了什么故障、如何才能修復數(shù)字電路等再進行測試，這種測試我們通常稱之為數(shù)字電路的故障診斷。事實上，數(shù)字電路的故障檢測與診斷對于生產(chǎn)和電路設計這些過程是有非常重要的意義的。這是由于，我們對數(shù)字電路進行了檢測與診斷，它不單單能夠幫助我們發(fā)現(xiàn)并且修復數(shù)字電路上出現(xiàn)的各類問題和數(shù)字電路的不足之處，讓我們及時地重新配置數(shù)字電路系統(tǒng)，而且它有利于數(shù)字電路在生產(chǎn)工藝方面的優(yōu)化和改進，而且還可以計算出數(shù)字電路故障檢測與診斷產(chǎn)生的一些效果，這樣的話可以進而繼續(xù)提高數(shù)字電路系統(tǒng)的可靠性，效率和質量。本篇文章對數(shù)字電路和它的特征、如何查找數(shù)字電路故障等內容進行了分析和研究，并且還對數(shù)字電路故障給出了詳細的分類。

1 對數(shù)字電路的認識與分析

數(shù)字信號是指在時間和數(shù)值兩方面顯示為離散的一種信號。而我們所研究的數(shù)字電路就是能夠把這些離散的信號進行處理和改變的一類電路。我們通常使用那些擁有兩種狀態(tài)的元器件來完成我們在數(shù)字電路中所要表達的信息。這樣一來，數(shù)字電路中的電路單元相對來說就十分簡單了。并且這里面各個元器件的參數(shù)值相對來說也比較的分散。

我們可以根據(jù)邏輯功能把數(shù)字電路分為兩大類，它們分別是時序邏輯電路和組合邏輯電路。其中，時序邏輯電路的主要構成元素是擁有存貯功能的觸發(fā)器電路，它的狀態(tài)表達及記憶的方式是利用該電路來完成實現(xiàn)的。和時序邏輯電路不同的是，怎么查找數(shù)字電路里面的故障，邏輯電路的主要組成是各種類別的門電路，它在電路的輸入和輸出端口沒有用于反饋的連線。這是因為它在某一個時間點上的輸出僅僅是和該時間點上的輸入信號存在著關聯(lián)，但是它和電路原本輸出的狀態(tài)是不存在著聯(lián)系的，從這里我們可以看出該電路是缺少記憶功能的。

在一般的情況下，我們開始的時候需要要有合適的信號源及示波器這類器材才能對數(shù)字電路的故障進行查找。按常理說，我們選擇的示波器的頻帶最好是要大于10M HZ，而且我們最好要使用雙蹤示波器在同一時刻對數(shù)字電路的輸入、輸出波形以及它們的相位關系進行觀察。對數(shù)字電路的故障進行查找時，我們必須按照正確的順序方式進行查找，并且要把電路的輸出結果和我們預期狀態(tài)的數(shù)值進行比較，然后我們要進行動態(tài)測試和檢查等保險措施，這樣才能把數(shù)字電路出現(xiàn)故障的范圍一點點縮小。如果猜測我們檢查的數(shù)字電路信號是屬于那種非周期性的，那么我們應該依靠邏輯分析儀或者其他的用于輔助的設備對它進行測量和觀察，從而我們就可以分析出數(shù)字電路運行的狀態(tài)。其實，真正操作起來的時候，數(shù)字電路故障需要查找的對象相對來說都是非常復雜的。按常理來講，數(shù)字電路的故障主要會體現(xiàn)出以下幾個特征：大多數(shù)情況下，數(shù)字電路輸入、輸出的變量大多數(shù)都是高達數(shù)十個甚至上百個的。一般情況而言，數(shù)字電路不單單是組合的有時也同樣是時序的。那些用于構成數(shù)字電路的元（器）件全都需要封裝在數(shù)字電路的內部。相對比而言，數(shù)字電路物理方面的缺陷就呈現(xiàn)出了多樣的特征，大多數(shù)我們不可能直接地測量和觀察它們的輸入輸出狀態(tài)、邏輯電平以及波形等。就像使用模擬電路一樣，大多數(shù)情況下是沒有辦法進入到電路的內部進行檢測的，只能在外部進行檢測。從中可以得出，對數(shù)字電路的故障進行檢測仍舊需要尋找那些可以幫助我們簡單準確的檢測的方法。

2 數(shù)字電路常見邏輯故障的分析

邏輯故障和非邏輯故障是數(shù)字電路常見的兩大類故障。當數(shù)字電路中某處的邏輯值因為一些原因出現(xiàn)故障而改變，并且變得和規(guī)定的邏輯值相反的這種現(xiàn)象就是邏輯故障。除了邏輯故障之外的數(shù)字電路故障便統(tǒng)稱之為非邏輯故障。我們在在數(shù)字電路中比較常見的邏輯故障有以下這幾種。

2.1 數(shù)字電路中的永久故障分析

電路中的一些故障只要產(chǎn)生，除非人為的對其進行修復，不然這個故障對電路的影響將會永遠的存在，這種故障被稱為永久故障。絕大多數(shù)的靜態(tài)故障就屬于永久故障。

第一，如果有兩條或者是多條信號線，因為裸線長度過限或者松動、接插件短路和集成電路的工藝不夠完善等這類原因而連接在了一起所能造成的故障就是橋接故障。橋接故障主要是有兩大種：一種是由于輸入信號線之間發(fā)生橋接現(xiàn)象所造成的故障，或者是由于門電路的兩條輸入信號的線發(fā)生橋接會造成它失去異或功能；另一種是由于發(fā)生了反饋橋接所造成的一類故障，比如輸入、輸出信號之發(fā)生橋接、兩個獨立的電路輸出信號線發(fā)生橋接或者兩個獨立的電路輸入信號線發(fā)生橋接等情況造成的故障。

第二，固定電平故障是因為故障而使電路中某一處的邏輯電平值保持在固定值時的故障。如果在同一時間我們只考慮其中一個固定電平的故障，并且只考慮固定電平故障時，我們稱它為單固定電平故障。那些在數(shù)字電路內部出現(xiàn)的一部分故障，都可以算入到它輸入、輸出端的固定電平的故障上，依次也可推廣到一般數(shù)字電路。如果一個數(shù)字電路中有兩個或兩個以上的固定電平故障，我們則稱它是多固定電平故障，它的故障測試技術到現(xiàn)在為止都沒有合適的的檢測方法，因此到現(xiàn)在為止我們仍然用單故障當作基礎來進行故障測試。

2.2 數(shù)字電路中的暫態(tài)故障分析

除了永久故障之外，還有一類叫做暫態(tài)故障，又稱作軟故障。這一類故障大多是因為電子元器件它本身或者是數(shù)字電路的某些方面容限過小從而引起的一種發(fā)生電路不穩(wěn)定的現(xiàn)象。像元器件的老化導致的性能減退所產(chǎn)生的不規(guī)則的暫態(tài)故障。絕大多數(shù)這一類的故障都有隨機偶發(fā)和間隙發(fā)生的特征，例如傳輸延時、電源干擾等所引發(fā)的冒險和競爭等現(xiàn)象所會造成的一類邏輯故障。絕大多數(shù)的軟故障最終將要發(fā)展成為固定性故障，因此說，暫態(tài)故障因為它的偶發(fā)性和隨機性，所以診斷和分析起來都比固定型故障困難。

3 結束語

數(shù)字電路的設計和生產(chǎn)過程中做好對它的檢測的意義非常重大，它對有效的修復芯片模板上所存在的一些缺陷，和進行重置故障冗余系統(tǒng)、生產(chǎn)工藝的改進，科學的分析故障檢測方法最后所能夠取得的效果等方面大都具有重要的實際意義。

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作者單位：湖南警察學院，長沙 410000