基于數字電路在線故障檢測技術分析

丁勝平 彭森

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

關鍵詞：數字電路；故障；檢測；技術

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

一、數字電路工作原理、故障特點概述

1.1 數字電路工作原理

絕大多數數字信號在時間和信號是離散的，數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不同的電路原件對離散信號進行表示。

1.2 數字電路發生故障的特點

數字電路雖然原理并不復雜，但是由于需要處理大量的數據，所以結構都很復雜，這種復雜的結構導致了數字結構發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，所以輸入和輸出數據是會存在一些偏差，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，造成無法找到數字電路發生故障的原因。

二、數字電路產生故障的原因

2.1 數字電路老化

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

2.2 數字電路接觸不良

有很多種原因都會造成數字電路的故障，但發生次數最多的，還是數字電路接觸不良。當使用數字電路時，總是會不可避免地發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，容易發生進水等情況，導致線路內部的元件被氧化，從而讓電路板出現故障在進行安裝時，也可能因為操作失誤，導致斷線、漏線、元件插錯，使得電路發生故障。

2.3 工作環境對電路的影響

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

2.4 數字電路的使用超過了使用壽命

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

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，這個數字已經超出了10個。這種不符合要求的設計，會讓數字電路的輸出電壓迅速升高，數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生破壞，最終都會讓電路無法正常運行。

三、數字電路在線檢測技術

精密的技術在數字電路中越來越多的使用，提高了數字線路的性能，但是，數字電路也因此失去了穩定性，外部的干擾讓數字電路發生故障的概率提升。通過對數字線路在線檢測技術的使用，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。數字電路在線檢測對正常運行的數字電路進行非并發測試和并發測試。非并發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，這種測試方法不能檢測出電路的間歇性故障。并發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 在線內建自測技術

在線內建自測技術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，通過在數字線路工作間隙，對電路進行非并發測試，從而在電路正常運轉時，檢測電路是否存在故障。這一點不同于傳統的檢測方法。但是，只有在電路正常運行的情況下，才能對數字電路進行測試。

3.2 全自檢在線檢測技術

這種技術分為兩個部分，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，能夠檢測出電路發生的單向故障。單向故障的發生幾率很高，當這種故障發生時，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，則數字線路并沒有發生故障，雙尾碼中若出現{1，1}、{0，0}，則說明電路中出現了故障。

3.3 掃描設計在線檢測技術

掃描設計在線檢測技術分為全掃描和部分掃描兩種，掃描設計在線監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測試，能夠在數字電路進行工作前，先對掃描單元進行自檢測。

四、結束語

科學技術的高速發展，數字電路在人們的生活中已經變得越來越普遍，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，對數字電路進行故障檢測要求變得更高，傳統的數字線路監測已經無法滿足升高了的要求，在線故障監測中內建自測技術、全自檢在線測試技術、掃描設計在線測試技術等其他新型測試和維修技術，能夠讓發生的故障得到及時解決，提高數字電路的穩定性和維修效率。在線檢測技術仍然在不斷完善，因為必須要符合社會發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專業學生