數(shù)字電路的故障及其診斷

摘 要：數(shù)字電路當(dāng)前在機(jī)電產(chǎn)品中得到了廣泛的應(yīng)用，數(shù)字電路的應(yīng)用極大地提高了電器的使用和制造質(zhì)量，促進(jìn)了產(chǎn)品性能的提升。加強(qiáng)數(shù)字電路故障的特點(diǎn)及檢測(cè)與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。

關(guān)鍵詞：數(shù)字電路 故障檢測(cè) 診斷

中圖分類(lèi)號(hào)：TP277 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2013）06（a）-0095-01

電子電路在工作過(guò)程中，某些內(nèi)部或外部的原因往往會(huì)使電路出現(xiàn)各種各樣的問(wèn)題，導(dǎo)致電路不能正常工作。所以電子工程設(shè)計(jì)人員的一項(xiàng)重要任務(wù)就是要時(shí)刻對(duì)工作電路進(jìn)行檢修、檢測(cè)以及故障的診斷和排除。實(shí)際上，數(shù)字電路的故障檢測(cè)與診斷在電路設(shè)計(jì)、生產(chǎn)等過(guò)程中具有極為重要的現(xiàn)實(shí)意義。這是因?yàn)椋瑢?duì)于數(shù)字電路進(jìn)行檢測(cè)與診斷，不僅有助于發(fā)現(xiàn)、修復(fù)數(shù)字電路上的各種問(wèn)題與不足，重新配置數(shù)字電路系統(tǒng)，而且有助于數(shù)字電路生產(chǎn)工藝的優(yōu)化與改進(jìn)、分析數(shù)字電路故障檢測(cè)與診斷的效果等，進(jìn)而不斷提高數(shù)字電路的質(zhì)量、效率和可靠性。

1 數(shù)字電路及其故障特點(diǎn)

數(shù)字信號(hào)在數(shù)值和時(shí)間上都具有離散性質(zhì)。數(shù)字電路能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)數(shù)字信號(hào)的處理任務(wù)。數(shù)字電路對(duì)信息的闡述可以用兩個(gè)狀態(tài)元器件完成，數(shù)字電路本身的結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，并且元器件存在較大的分散性參數(shù)。檢測(cè)的事物相對(duì)復(fù)雜，主要體現(xiàn)在，待測(cè)電路存在大量的輸出和輸入變量，可能大于一百個(gè)變量；對(duì)電路響應(yīng)來(lái)說(shuō)多數(shù)是時(shí)序的，有的是組合型；集成電路的元器件和門(mén)都被安裝在芯片里面。從物理角度來(lái)看，其存在很多弊端，不可以對(duì)邏輯電平、輸入輸出波形進(jìn)行直接測(cè)量。類(lèi)似模擬集成電路，僅僅可以在芯片的外部對(duì)其測(cè)試，而不能對(duì)數(shù)字IC內(nèi)部電路進(jìn)行測(cè)試。所以，必須及時(shí)尋找出一種能夠簡(jiǎn)單的完成對(duì)芯片內(nèi)部進(jìn)行檢測(cè)的方法。

2 產(chǎn)生故障的主要原因

（1）對(duì)集成數(shù)字電路來(lái)說(shuō)，負(fù)載能力范圍是一定的。下面將詳細(xì)介紹，一個(gè)常規(guī)與非門(mén)的輸出低電壓可以帶同類(lèi)門(mén)的最大限度是10個(gè)，但是實(shí)際生活中這個(gè)輸出電壓所帶的門(mén)遠(yuǎn)大于理論值。從而導(dǎo)致電路輸出的低電壓快速上升，破壞了電路，不能穩(wěn)定運(yùn)行。輸出高電平亦是如此。這種情況不應(yīng)該發(fā)生，為了避免這種情況發(fā)生，只使用高負(fù)載的集成電路。

（2）集成電路的運(yùn)行效率低。只有當(dāng)?shù)谝唤M信號(hào)通過(guò)集成電路，并在電路內(nèi)部的延時(shí)作用下穩(wěn)定地輸出到輸出端時(shí)，第二組信號(hào)才可以進(jìn)入。造成電路運(yùn)行效率低的原因在于電路內(nèi)部存在延時(shí)。如果輸入脈沖很高時(shí)也會(huì)導(dǎo)致輸出端不穩(wěn)定。檢測(cè)這一問(wèn)題的過(guò)程相對(duì)復(fù)雜。因此，在設(shè)計(jì)邏輯電路時(shí)要采用運(yùn)行效率高的集成電路。

3 數(shù)字電路故障檢測(cè)與診斷的策略

（1）故障檢測(cè)與診斷的隔離。檢測(cè)數(shù)字電路問(wèn)題，第一步應(yīng)當(dāng)根據(jù)故障基本特點(diǎn)，最大程度地減少問(wèn)題出現(xiàn)區(qū)域，也就是故障診斷與檢測(cè)的隔離。這一環(huán)節(jié)對(duì)數(shù)字電路故障的檢測(cè)十分重要。在檢測(cè)過(guò)程中，檢測(cè)電路故障的關(guān)鍵之處是邏輯診斷與檢測(cè)。一般而言，如果電路信號(hào)消失了，那么可以使用檢測(cè)探頭完成電路信號(hào)連接的線路實(shí)施診斷與檢測(cè)工作，從而快速找到消失的電路信號(hào)，并且檢測(cè)探頭上都安裝了邏輯存儲(chǔ)裝置。這樣以來(lái)，就能對(duì)數(shù)字電路上具體的脈沖信號(hào)活動(dòng)情況進(jìn)行診斷與檢測(cè)。如果出現(xiàn)了電路信號(hào)，就會(huì)被探測(cè)器上的邏輯儲(chǔ)存裝置記錄下來(lái)，并通過(guò)顯示器顯示出來(lái)。這說(shuō)明數(shù)字電路上的脈沖信號(hào)可以檢測(cè)與診斷，縮小電路故障范圍，來(lái)找到電路故障位置。另外一種能夠有效的診斷和檢測(cè)數(shù)字故障方法是邏輯分析。借助邏輯分析儀對(duì)數(shù)字電路中的設(shè)備進(jìn)一步檢測(cè)，仔細(xì)分析電路運(yùn)行時(shí)所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)和它的輸入輸出情況。通常情況下，需要提供多次邏輯分析過(guò)程，當(dāng)然也可以快速移到你覺(jué)得有故障的位置對(duì)其進(jìn)行分析檢測(cè)。根據(jù)邏輯分析儀顯示的結(jié)果，可以將數(shù)字電路故障范圍縮小到電路元件或電路塊上。

（2）故障檢測(cè)與診斷的定位。數(shù)字電路故障診斷與檢測(cè)時(shí)關(guān)鍵是進(jìn)行合理的定位。通常情況下，當(dāng)電路故障范圍被縮小到某一電路元件時(shí)，就能使用邏輯探頭、脈沖檢測(cè)儀等來(lái)對(duì)數(shù)字電路故障所產(chǎn)生的影響進(jìn)行分析，借助這些儀器來(lái)確定故障的具體位置。通過(guò)邏輯探頭對(duì)數(shù)字電路上的脈沖信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，分析電路輸入、輸出信號(hào)情況。根據(jù)獲取的信息判定數(shù)字電路的運(yùn)行情況。以上研究表明：數(shù)字電路在工作時(shí)，線路的每一個(gè)部分都存在著低電壓和高電壓，二者能夠進(jìn)行轉(zhuǎn)換。在使用邏輯探頭等儀器對(duì)電路進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，如果有信號(hào)，那么這個(gè)工作電路是正常的。一般情況下，數(shù)字電路偶爾會(huì)發(fā)生故障，所以，電路信號(hào)的時(shí)序不需要經(jīng)常檢測(cè)，因?yàn)閷?duì)電路上有無(wú)脈沖的檢測(cè)就說(shuō)明出數(shù)字電路的工作情況。

（3）電路故障的診斷技術(shù)。實(shí)際上，相對(duì)于數(shù)字電路故障的檢測(cè)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)跈z測(cè)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10 MHz，同時(shí)要仔細(xì)觀察數(shù)字電路輸入、輸出的具體情況。另外，能夠采取順序方式來(lái)檢測(cè)和診斷數(shù)字電路，并對(duì)照預(yù)期結(jié)果進(jìn)行比較分析。在數(shù)字電路動(dòng)態(tài)檢測(cè)時(shí)，要不斷縮小電路故障范圍。當(dāng)遇到非周期信號(hào)時(shí)，要通過(guò)邏輯分析儀器等對(duì)電路工作狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)分析。通常來(lái)說(shuō)，數(shù)字電路中的各個(gè)輸入端口是由若干個(gè)邏輯門(mén)組成的，輸出端口也具有幾個(gè)邏輯門(mén)。雖然電路故障相同，但可以是多種的原因?qū)е隆?shù)字電路的故障檢測(cè)中，如果元件的靜態(tài)電位正常，動(dòng)態(tài)波形異常，則可以認(rèn)為是元器件出現(xiàn)故障，需要換一個(gè)新的元件。但在實(shí)際生活中，并不一定是這一原因引起的。所以在遇到這一情況時(shí)，先別急著換成新的元件，要對(duì)提供輸入信號(hào)元件以及計(jì)數(shù)器本身的負(fù)載能力進(jìn)一步檢測(cè)。在斷開(kāi)計(jì)數(shù)器輸出負(fù)載時(shí)，看它是否正常運(yùn)行，如果正常運(yùn)行則說(shuō)明是計(jì)數(shù)器壞了，需要換一個(gè)計(jì)數(shù)器。但是如果在其斷開(kāi)后仍不能穩(wěn)定運(yùn)行，就應(yīng)當(dāng)對(duì)輸入計(jì)數(shù)器的波形和信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)其是否出現(xiàn)問(wèn)題。

4 結(jié)語(yǔ)

總之，數(shù)字電路得到了極為廣泛的運(yùn)用，極大地提高了電器的使用和質(zhì)量，也促進(jìn)了電器產(chǎn)品性能的進(jìn)一步提高。但是，我們必須清醒地認(rèn)識(shí)到，數(shù)字電路運(yùn)行過(guò)程中依然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檢測(cè)與診斷，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)用水平和和運(yùn)行質(zhì)量，不斷拓寬其使用范圍。

參考文獻(xiàn)

[1]姬昌.數(shù)字電路的故障檢測(cè)與診斷初探[J].科海故事博覽，2009（2）.

[2]蔡萬(wàn)清.關(guān)于數(shù)字電路的故障檢測(cè)技術(shù)研究[J].中國(guó)科技縱橫，2010（4）.

[3]李方明.數(shù)字電路的故障檢測(cè)與診斷。百度文庫(kù)，工程科技，2013.

[4]張萬(wàn)里，楊燁.數(shù)字電路常見(jiàn)故障類(lèi)型與檢測(cè)方法及技巧分析[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2012（6）.

[5]李長(zhǎng)青，胡啟楠.數(shù)字電路故障檢測(cè)[J].科技創(chuàng)業(yè)家，2012（12）.