數字電路的故障及其診斷

摘 要：數字電路當前在機電產品中得到了廣泛的應用，數字電路的應用極大地提高了電器的使用和制造質量，促進了產品性能的提升。加強數字電路故障的特點及檢測與診斷的研究有助于提升數字電路的應用水平，提升數字電路的應用質量，拓展其應用范圍。

關鍵詞：數字電路 故障檢測 診斷

中圖分類號：TP277 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）06（a）-0095-01

電子電路在工作過程中，某些內部或外部的原因往往會使電路出現各種各樣的問題，導致電路不能正常工作。所以電子工程設計人員的一項重要任務就是要時刻對工作電路進行檢修、檢測以及故障的診斷和排除。實際上，數字電路的故障檢測與診斷在電路設計、生產等過程中具有極為重要的現實意義。這是因為，對于數字電路進行檢測與診斷，不僅有助于發現、修復數字電路上的各種問題與不足，重新配置數字電路系統，而且有助于數字電路生產工藝的優化與改進、分析數字電路故障檢測與診斷的效果等，進而不斷提高數字電路的質量、效率和可靠性。

1 數字電路及其故障特點

數字信號在數值和時間上都具有離散性質。數字電路能夠實現對數字信號的處理任務。數字電路對信息的闡述可以用兩個狀態元器件完成，數字電路本身的結構非常簡單，并且元器件存在較大的分散性參數。檢測的事物相對復雜，主要體現在，待測電路存在大量的輸出和輸入變量，可能大于一百個變量；對電路響應來說多數是時序的，有的是組合型；集成電路的元器件和門都被安裝在芯片里面。從物理角度來看，其存在很多弊端，不可以對邏輯電平、輸入輸出波形進行直接測量。類似模擬集成電路，僅僅可以在芯片的外部對其測試，而不能對數字IC內部電路進行測試。所以，必須及時尋找出一種能夠簡單的完成對芯片內部進行檢測的方法。

2 產生故障的主要原因

（1）對集成數字電路來說，負載能力范圍是一定的。下面將詳細介紹，一個常規與非門的輸出低電壓可以帶同類門的最大限度是10個，但是實際生活中這個輸出電壓所帶的門遠大于理論值。從而導致電路輸出的低電壓快速上升，破壞了電路，不能穩定運行。輸出高電平亦是如此。這種情況不應該發生，為了避免這種情況發生，只使用高負載的集成電路。

（2）集成電路的運行效率低。只有當第一組信號通過集成電路，并在電路內部的延時作用下穩定地輸出到輸出端時，第二組信號才可以進入。造成電路運行效率低的原因在于電路內部存在延時。如果輸入脈沖很高時也會導致輸出端不穩定。檢測這一問題的過程相對復雜。因此，在設計邏輯電路時要采用運行效率高的集成電路。

3 數字電路故障檢測與診斷的策略

（1）故障檢測與診斷的隔離。檢測數字電路問題，第一步應當根據故障基本特點，最大程度地減少問題出現區域，也就是故障診斷與檢測的隔離。這一環節對數字電路故障的檢測十分重要。在檢測過程中，檢測電路故障的關鍵之處是邏輯診斷與檢測。一般而言，如果電路信號消失了，那么可以使用檢測探頭完成電路信號連接的線路實施診斷與檢測工作，從而快速找到消失的電路信號，并且檢測探頭上都安裝了邏輯存儲裝置。這樣以來，就能對數字電路上具體的脈沖信號活動情況進行診斷與檢測。如果出現了電路信號，就會被探測器上的邏輯儲存裝置記錄下來，并通過顯示器顯示出來。這說明數字電路上的脈沖信號可以檢測與診斷，縮小電路故障范圍，來找到電路故障位置。另外一種能夠有效的診斷和檢測數字故障方法是邏輯分析。借助邏輯分析儀對數字電路中的設備進一步檢測，仔細分析電路運行時所產生的數據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程，當然也可以快速移到你覺得有故障的位置對其進行分析檢測。根據邏輯分析儀顯示的結果，可以將數字電路故障范圍縮小到電路元件或電路塊上。

（2）故障檢測與診斷的定位。數字電路故障診斷與檢測時關鍵是進行合理的定位。通常情況下，當電路故障范圍被縮小到某一電路元件時，就能使用邏輯探頭、脈沖檢測儀等來對數字電路故障所產生的影響進行分析，借助這些儀器來確定故障的具體位置。通過邏輯探頭對數字電路上的脈沖信號進行檢測，分析電路輸入、輸出信號情況。根據獲取的信息判定數字電路的運行情況。以上研究表明：數字電路在工作時，線路的每一個部分都存在著低電壓和高電壓，二者能夠進行轉換。在使用邏輯探頭等儀器對電路進行檢測時，如果有信號，那么這個工作電路是正常的。一般情況下，數字電路偶爾會發生故障，所以，電路信號的時序不需要經常檢測，因為對電路上有無脈沖的檢測就說明出數字電路的工作情況。

（3）電路故障的診斷技術。實際上，相對于數字電路故障的檢測而言，其診斷比較簡單。這是因為除了三態電路以外，其輸入、輸出狀態僅有高、低電平兩種。在對數字電路故障進行診斷時，首先我們可以進行動態測試，逐步縮小故障的范圍。然后，再進行靜態測試，進一步查找故障的具體方位。這就要求我們在檢測和診斷電路故障時，要有適當的信號源以及示波儀器，而且示波儀器的頻帶一般應當大于10 MHz，同時要仔細觀察數字電路輸入、輸出的具體情況。另外，能夠采取順序方式來檢測和診斷數字電路，并對照預期結果進行比較分析。在數字電路動態檢測時，要不斷縮小電路故障范圍。當遇到非周期信號時，要通過邏輯分析儀器等對電路工作狀態進行檢測分析。通常來說，數字電路中的各個輸入端口是由若干個邏輯門組成的，輸出端口也具有幾個邏輯門。雖然電路故障相同，但可以是多種的原因導致。數字電路的故障檢測中，如果元件的靜態電位正常，動態波形異常，則可以認為是元器件出現故障，需要換一個新的元件。但在實際生活中，并不一定是這一原因引起的。所以在遇到這一情況時，先別急著換成新的元件，要對提供輸入信號元件以及計數器本身的負載能力進一步檢測。在斷開計數器輸出負載時，看它是否正常運行，如果正常運行則說明是計數器壞了，需要換一個計數器。但是如果在其斷開后仍不能穩定運行，就應當對輸入計數器的波形和信號進行檢測，檢測其是否出現問題。

4 結語

總之，數字電路得到了極為廣泛的運用，極大地提高了電器的使用和質量，也促進了電器產品性能的進一步提高。但是，我們必須清醒地認識到，數字電路運行過程中依然存在這樣那樣的故障及問題。因此，我們必須高度重視故障的檢測與診斷，積極探索行之有效的策略措施，全面提高數字電路的應用水平和和運行質量，不斷拓寬其使用范圍。

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