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(jìn)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(guān)鍵詞：數(shù)字電路；故障；檢測；技術(shù)

在數(shù)字電路的設(shè)計、安裝、維護(hù)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(fù)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(fù)雜，這種復(fù)雜的結(jié)構(gòu)導(dǎo)致了數(shù)字結(jié)構(gòu)發(fā)生故障時也非常的復(fù)雜。在對線路進(jìn)故障檢查時，需要按照規(guī)定好的順序進(jìn)行測試，才能對電路進(jìn)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(jìn)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(dǎo)致檢測時無法直接通過肉眼對輸出的波形進(jìn)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(fù)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(dāng)使用數(shù)字電路時，總是會不可避免地發(fā)生使用不當(dāng)或者保管不善，這些行為都會使得電路的外部被破壞，當(dāng)電子元件直接暴露在空氣當(dāng)中，容易發(fā)生進(jìn)水等情況，導(dǎo)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(jìn)行安裝時，也可能因為操作失誤，導(dǎo)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(dǎo)致電路運行環(huán)境很差，無法達(dá)到使用要求。當(dāng)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(shè)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(biāo)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(shè)計

嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)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(shè)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(jìn)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(jìn)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(shè)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(jìn)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(jìn)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(dāng)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(yīng)上一級電路的輸出，并對這些輸出進(jìn)行編碼，在此同時，模塊也會響應(yīng)電路進(jìn)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(jìn)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(jìn)行檢測，當(dāng)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(shè)計在線檢測技術(shù)

掃描設(shè)計在線檢測技術(shù)分為全掃描和部分掃描兩種，掃描設(shè)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(shè)計可以很好的對電路進(jìn)行非并發(fā)測試，能夠在數(shù)字電路進(jìn)行工作前，先對掃描單元進(jìn)行自檢測。

四、結(jié)束語

科學(xué)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(jìn)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(shè)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(xué)院國際學(xué)院電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)學(xué)生