关于数字电路的故障测试方法研究

雷振雄

【摘 要】本文主要在对数字电路故障概念及其产生的原因的基础上，简要探讨下数字电路故障步骤及测试方法，希望对现代化数字电路设备的故障检测维修起到一定的帮助。

【关键词】数字电路；故障；测试

0.引言

传统数字电路的故障诊断常常用常规仪表及传统的人工进行分析的， 所以在诊断定位上就会难度增加、周期变长，导致设计和生产数字电路的速度严重降低。所以， 设计数字电路故障诊断系统，可以有效地提升当下数字电路故障诊断的效率。

1.数字电路的故障概述及其产生原因

1.1数字电路的故障

数字电路故障就是在设计和生产过程中出现接触不良、电器元件损坏等原因，造成导线短路、假焊、虚焊等现象，就会出现电路逻辑功能的错误，发生电路故障。逻辑故障包括永久故障和暂态故障。其中的永久故障就是故障出现之后，只有人为修复可以清除故障，除此之外故障会长久存在。包括很多的静态故障。例如固定电平故障、桥路故障、固定开路故障。而暂态故障也能叫做软故障，这种故障的发生是因为元器件自身或者是电路自身存在的容限非常小而导致电路不稳定。以组合逻辑电路而言，必须按照真值表的要求来进行工作，否则就是电路出现了故障；而就时序逻辑电路来说，必须按照时序的状态转换图就行工作，否则就是电路出现了故障。

1.2故障主要原因的产生

（1）元器件参数的改变。由于电子元器件随着不断地使用，就会导致老化和参数性能下降，有的是在温度变化时改变了参数性能。

（2）信号线故障。在电路板电路受到外界影响时，信号线就会损坏出现短路和断路。

（3）电路元器件出现不良接触。这种问题是最常见的，在工作中如果发生虚焊或者焊点被氧化，就会导致电路板故障的发生。

（4）不健全的工作环境。一旦工作环境达不到设备所要求时，如湿度、温度及电磁环境等，无法实现设备的正常工作。

（5）超出使用期。就是在使用过程中超出期限，导致元器件的老化，降低了性能指标，所以就会增加设备的故障率。

2.正确的故障检测步骤

（1）用直接观察法排除明显故障。先静态观察，再通电测试。若通电后有冒烟等异常现象，则应马上切断电源；若无，再加人测试信号，记录故障现象。

（2）检查电源。用万用表DCV挡直接测量每块集成电路电源端和地线两引脚之间电压，对于TTL电路，应为4.75V-5.5V；CMOS电路，一般为4V-15V。这样可以检查出因底板、集成电路引脚或连线等原因造成的故障。

（3）根据电路结构、功能分割电路，断开各部分之间的连接线，再分别通电测试，初步确定故障范围。

（4）灵活选择故障检测方法，查找故障点。对于组合逻辑电路，常采用静态法测量，即固定故障时输人不变，用逻辑笔或万用表测量各级输人输出电平，并与正确值比较，通过寻找不正常的信号确定故障点。对于时序逻辑电路，常采用波形观察法。用示波器检查时钟信号是否正常，在时钟作用下，各级输出是否正确。若怀疑导线或底板的接触问题，可切断电源，用电阻测试法，测量连接两点之间电阻是否为零。若怀疑器件本身有问题，对于551或简单的MSI集成器件，可通过测试其逻辑功能加以判断。对于复杂的MSI或LSl，可用专用的数字集成电路测试仪测试。或者，采用替代法也可迅速的判断器件故障。

（5）排除故障，恢复电路，再通电检测，直到电路完全恢复正常。

3.数字电路故障测试的基本方法

3.1常规故障的检测

（1）直观检测法。这种方法就是通过直观的观察来推断出故障出现的大体部位。我们在进行检测时可以咨询用户，就会知道出现了什么样的现象，这样就可以快速的进行检测省去了很多不必要的麻烦。我们可以在检测时直接观察设备是否出现元器件的破损，导线是否断开或者短接，或者其它设备出现什么状况，来检测出故障在什么地方。一旦电路电流或者电压过大时，在电路中的一些器件就会出现异味，我们通过嗅觉就会感知到在什么地方出现了故障。当一些电子元器件的外壳热度过高时，我们通过触摸就会找到这类损坏的元器件，从而发现电路产生的故障。最后我们可以直接的用专业的检测设备测试诊断电路，来检测出是否存在故障，如果存在给其进行定位。

（2）顺序检测法。这种方法分为两种，其一就是由输入级开始逐渐向输出级进行检查，这就需要我们在输入端加入检测信号，开始以该信号为主逐渐向输出端进行检测，最终来找出电路所存在的故障。其二就是由输出级开始逐渐向输入级进行检查，一旦出现信号不对的情况，就开始由故障级向一级检测，最终到发现正常信号截止。

（3）比较法。在检查故障时，这也是一种常用的方法。想要快速的发现所存在的故障，通常的方法就是把故障电路重要的关键点测试参数和同类型电路在正常工作时所得到的检测值进行对比，最终检测出故障所在。

（4）替代法。如果说有的时候我们在数字电路中很难找到出现的故障，这个时候我们就应该想到应用替代法测出数字电路中的故障。替代法简单地说，替代法就是我们将数字电路中的电子元器件替代掉，应用一些同等型号，但是在品质上却高于原有电路中出现的器件，之后换上这些高品质器件之后，来检查电路是否可以进行正常的工作。前提是我们在采用替代法进行实验来检测故障时，一定要在电路断电的时候换上各种元器件，用以保证安全。上述四种方法就是在检测数字电路故障时常用到的常规方法。

（5）电阻测试法。当电路通电后有明显异常现象，如器件冒烟发烫有糊味等。对此情况，为避免故障进一步扩散，必须尽快切断电源，采用电阻测试法检查器件输出端与电源是否有短路现象。此法还可用来检查电路连线、底板内部是否有断路、接触不良等故障。

3.2逻辑故障的检测

在数字电路中产生的逻辑故障中，我们可以建立起故障的模型，之后通过该模型研究算法，产生测试向量，完成故障的检测。这里我们就以在逻辑故障中出现的单固定故障为例。由于逻辑故障中存在着单固定故障，而这种故障模型是数字电路测试中使用最多的一种门级故障模型。这种故障可以含盖数字CMOS电路一半以上的制造故障。在测试这种故障时，首先我们应该建立故障模型，之后根据这种故障模型生成测试向量。在组合逻辑电路中，以早期提出的经典算法D算法为主，完成测试向量的自动生成。而在时序逻辑电路中，我们将以较为了解的门级时序电路的ATPG系统完成测试向量的覆盖率。之后我们通过不断地分析测试向量对故障的覆盖情况，从而来进一步的提高故障的覆盖率。最终实现单固定故障模型的完整建立，解决故障的检测工作。之后再以此种模型来对多固定故障进行测试。最终实现逻辑故障的检测。

3.3波形检测法

在脉冲电路当中，我们还可以用波形检测的方法对电路进行检测。首先在检测时选择一个良好的示波器，之后开始对电路各级在输出端所输出的波形进行检测，最后在示波器上面观察并记录出现的波形是否正常，最终来完成电路故障的测试。

4.结束语

本文主要简单的介绍了数字电路出现的故障及故障检测方法。在电子电路发展的今天数字电路得到了飞速的发展。为了更好的使数字电路应用到现代电路中。对于可能出现的故障应及时（下转第164页）（上接第35页）的做出检测。更好的完善数字电路，使数字电路进一步发展，适应现代科技要求。

【参考文献】

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[2]吴翠娟.现代大型设备故障智能诊断技术的现状与展望.电子技术用，2009.

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