基于數(shù)字電路在線故障檢測技術(shù)分析

丁勝平 彭森

摘 要：本文對數(shù)字電路的工作原理和故障特點先進行了簡要概括，分析數(shù)字電路的故障原因，列舉了三個常用的在線檢測方法。

關鍵詞：數(shù)字電路；故障；檢測；技術(shù)

在數(shù)字電路的設計、安裝、維護中，會埋下一定的故障隱患，為了保證數(shù)字線路的正常運行，就需要使用先進的檢測方法。傳統(tǒng)的數(shù)字電路監(jiān)測方法效率很低，無法對電路的問題進行排查，使用在線故障監(jiān)測可以高效地監(jiān)測故障。

一、數(shù)字電路工作原理、故障特點概述

1.1 數(shù)字電路工作原理

絕大多數(shù)數(shù)字信號在時間和信號是離散的，數(shù)字電路的主要工作就是處理這些離散信號，其工作原理是使用兩個狀態(tài)不同的電路原件對離散信號進行表示。

1.2 數(shù)字電路發(fā)生故障的特點

數(shù)字電路雖然原理并不復雜，但是由于需要處理大量的數(shù)據(jù)，所以結(jié)構(gòu)都很復雜，這種復雜的結(jié)構(gòu)導致了數(shù)字結(jié)構(gòu)發(fā)生故障時也非常的復雜。在對線路進故障檢查時，需要按照規(guī)定好的順序進行測試，才能對電路進行全面的診斷，從而檢查出電路的異樣。測試時需要對測試大量對象，所以輸入和輸出數(shù)據(jù)是會存在一些偏差，因此對電路進行逐個檢查是必須的。集成電路元件和記憶元件都是密封安裝在芯片里，再加上數(shù)字電路本身就具有一定的缺陷，最終導致檢測時無法直接通過肉眼對輸出的波形進行觀察，造成無法找到數(shù)字電路發(fā)生故障的原因。

二、數(shù)字電路產(chǎn)生故障的原因

2.1 數(shù)字電路老化

在數(shù)字電路被使用時，如果發(fā)生碰撞或者摩擦，都會對數(shù)字電路的元器件產(chǎn)生損壞。多數(shù)數(shù)字電路的制造材料都是金屬，經(jīng)過反復長期的使用，一些元器件的性能參數(shù)會降低或老化。溫度、惡劣的天氣也會對電路元器件的性能產(chǎn)生影響，減低元器件的壽命。

2.2 數(shù)字電路接觸不良

有很多種原因都會造成數(shù)字電路的故障，但發(fā)生次數(shù)最多的，還是數(shù)字電路接觸不良。當使用數(shù)字電路時，總是會不可避免地發(fā)生使用不當或者保管不善，這些行為都會使得電路的外部被破壞，當電子元件直接暴露在空氣當中，容易發(fā)生進水等情況，導致線路內(nèi)部的元件被氧化，從而讓電路板出現(xiàn)故障在進行安裝時，也可能因為操作失誤，導致斷線、漏線、元件插錯，使得電路發(fā)生故障。

2.3 工作環(huán)境對電路的影響

良好的工作環(huán)境才能保證電路的正常運行，但在實際的使用中，由于使用方?jīng)]有足夠的人力和財力，導致電路運行環(huán)境很差，無法達到使用要求。當溫度、濕度、磁場出現(xiàn)變化，就會讓電路出現(xiàn)故障，影響其他設備的工作。

2.4 數(shù)字電路的使用超過了使用壽命

所有的數(shù)字線路元件都有使用壽命，在使用壽命之內(nèi)才能正常運行。超出使用壽命仍然強行使用，一些器件無法符合電路運轉(zhuǎn)，元器件的性能指標降低、參數(shù)發(fā)生改變，從而提高了故障發(fā)生的可能性。

2.5 存在缺陷的元件設計

嚴格的標準要求下，普通與非門輸出的低電壓可以帶的類門電路不能超過10個，然而很多元器件中，這個數(shù)字已經(jīng)超出了10個。這種不符合要求的設計，會讓數(shù)字電路的輸出電壓迅速升高，數(shù)字電路性能因此被破壞；過高的輸出電平，也會對原有的電路性能產(chǎn)生破壞，最終都會讓電路無法正常運行。

三、數(shù)字電路在線檢測技術(shù)

精密的技術(shù)在數(shù)字電路中越來越多的使用，提高了數(shù)字線路的性能，但是，數(shù)字電路也因此失去了穩(wěn)定性，外部的干擾讓數(shù)字電路發(fā)生故障的概率提升。通過對數(shù)字線路在線檢測技術(shù)的使用，可以迅速檢測電路中存在的故障，從而讓電路的可靠性提升。數(shù)字電路在線檢測對正常運行的數(shù)字電路進行非并發(fā)測試和并發(fā)測試。非并發(fā)測試是對整個電路正常運行，測試一個沒有正常運行的子系統(tǒng)，這種測試方法不能檢測出電路的間歇性故障。并發(fā)測試在被測部位和整個電路都在正常工作的情況下對電路進行故障檢測。

3.1 在線內(nèi)建自測技術(shù)

在線內(nèi)建自測技術(shù)具有對昂貴的外部設備依賴度低、故障檢測覆蓋率高的特點，通過在數(shù)字線路工作間隙，對電路進行非并發(fā)測試，從而在電路正常運轉(zhuǎn)時，檢測電路是否存在故障。這一點不同于傳統(tǒng)的檢測方法。但是，只有在電路正常運行的情況下，才能對數(shù)字電路進行測試。

3.2 全自檢在線檢測技術(shù)

這種技術(shù)分為兩個部分，分別是：全自檢功能模塊、全自檢檢驗器。全自檢功能模塊指的是被測電路，能夠檢測出電路發(fā)生的單向故障。單向故障的發(fā)生幾率很高，當這種故障發(fā)生時，線路的個別輸出從零變成一，或者一變成零，但這兩種故障只發(fā)生了其中一個。在電路正常運行時，全自檢功能模塊會響應上一級電路的輸出，并對這些輸出進行編碼，在此同時，模塊也會響應電路進行自身輸出。

全自檢檢驗器通過檢測全自檢功能模塊輸出的編碼，通過對照全自檢檢驗器輸出的編碼和數(shù)字電路所使用的編碼，來對整個線路進行檢測。這種檢測通常是對功能模塊輸出中可能出現(xiàn)的雙尾碼進行檢測，當全自檢功能功能模塊輸出的雙尾碼只有{1，0}或{0，1}時，則數(shù)字線路并沒有發(fā)生故障，雙尾碼中若出現(xiàn){1，1}、{0，0}，則說明電路中出現(xiàn)了故障。

3.3 掃描設計在線檢測技術(shù)

掃描設計在線檢測技術(shù)分為全掃描和部分掃描兩種，掃描設計在線監(jiān)測可以分為全掃描和部分掃描，這兩種方法都是把寄存器連成寄存器鏈，全掃描將整個電路所有的寄存器相連，部分掃描連接電路中一部分寄存器。掃描設計可以很好的對電路進行非并發(fā)測試，能夠在數(shù)字電路進行工作前，先對掃描單元進行自檢測。

四、結(jié)束語

科學技術(shù)的高速發(fā)展，數(shù)字電路在人們的生活中已經(jīng)變得越來越普遍，在維持人們正常生活上，扮演的角色越來越重要。為了正常的生活，對數(shù)字電路進行故障檢測要求變得更高，傳統(tǒng)的數(shù)字線路監(jiān)測已經(jīng)無法滿足升高了的要求，在線故障監(jiān)測中內(nèi)建自測技術(shù)、全自檢在線測試技術(shù)、掃描設計在線測試技術(shù)等其他新型測試和維修技術(shù)，能夠讓發(fā)生的故障得到及時解決，提高數(shù)字電路的穩(wěn)定性和維修效率。在線檢測技術(shù)仍然在不斷完善，因為必須要符合社會發(fā)展和人們生活的需要。

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作者簡介

丁勝平，邵陽學院國際學院電子科學與技術(shù)專業(yè)學生