数字电路的故障测试方法

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【摘 要】本文主要结合数字电路常见的几种故障,找出产生故障的原因,并在此基础上对数字电路故障测试进行简要探讨,希望对电子产品的研发具有一定的促进意义.

【关 键 词】数字电路；故障；测试

1.常见的故障

1.1永久故障

1.1.1固体电平故障

如果电路某处逻辑电平始终保持不变,则该故障就是固体电平故障,例如,接地故障就是典型的固体电平故障,其故障点的电平始终保持为0.

1.1.2固定开路故障

该故障常常发生在CMOS电子线路中,当CMOS电子线路中的输入管没有连通其它路而引起悬空或者栅极引线而发生断开现象,此时CMOS门电路的输出端的电阻是非常大的,即会发生短路,这样的故障就是开路故障.因为在CMOS门电路中输入电阻和输出电阻都是相当大的,所以,输出电平在某段时间内是不会发生变化的,这是由于门电路输出与下级门电路之间的分布电容有存储电荷的作用.

1.1.3桥接故障

由两根或者两根以上的信号互相短路而引起的故障就叫做桥接故障,引发该类故障的原因有：印制电路的焊接不小心、裸线部分太长等等,一般而言,桥接故障分为如下几种类型：（1）由于输入信号线间的桥接引起的输入端桥接现象；（2）输入端和输出端相互连接引起的反馈桥接.桥接故障会使电子线路的逻辑功能发生很大的变化.

1.2间歇故障

间歇故障的发生具有偶然性,在故障发生的时候很容易引起电路相关功能的出错,但是故障一旦消失,功能就马上恢复了.时有时无是间歇故障的表现形式.如果是虚焊、引线松动等因素造成的间歇故障,则应该要通过人工修理来消除故障,如果是电磁干扰因素造成的间歇故障,则只要对其屏蔽就可以了.

2.出现故障的主要原因

2.1没有正确安装布线

若在集成电路芯片安置以及布线安置的时候不合理,那么就会带来较大的干扰.尤其是电子元件安装错误、漏断线以及安装时出现桥接、没有适当地处理闲置输入端、没有加入或者错误地加入使能端信号等,都是引发故障的重要因素.

2.2接触不良

接触不良在数字电路中普遍存在也是最容易发生的故障.例如接插件松动、接点氧化、虚焊等等,信号的时有时无是该故障的主要表现,故障的发生也带有一定的偶然性.选取质量较好的接插件,从工艺上确保焊接的质量能有效地减少这种故障的发生.

2.3在设计的过程中没有对电子线路的参数以及工作条件进行分析

2.3.1电子线路没有良好的负载能力

一般而言,一个与非门在输出低电平的情况下最多可以带10个同类型的门电路,如果所带门电路数超过10,则很容易导致输出低电平快速增大,最终会造成电子线路功能的丧失,系统也将无法照常运转.同样,输出高电平如果外接负载也不能有此情况的发生.可以加强电子线路的负载能力.

2.3.2电子线路没有较高的工作速度

当对电子线路输入一组信号的时候,在电路内部的延时作用下在获得稳定的输出以后,才可以将第二组信号输入进去.若电子线路工作速度过低的话,会引起延时的加长,在输入很高的脉冲频率情况下,则会很容易出现输出不稳定的现象,这种故障是很难查出来的,所以,在设计电路时,要考虑到其工作速度.

2.3.3半导体器件没有良好的热稳定性

半导体元件的性质与温度有关,主要体现在如下两种情况：（1）在开机的时候设备的工作是正常的,由于温度在不断升高,会出现问题,关机冷却后再开机又可以正常地工作；（2）温度很低的情况下,出现问题,由于温度不断地升高,又可以正常地工作.因此,在进行设计的过程中可以选择具有良好热稳定性的电子元件来解决该问题.

3.数字电路故障测试方法

数字电路的故障测试基本分为以下三步：一是对故障进行测试和隔离；二是对故障进行定位；三是对故障进行诊断和排除.

（1）故障的测试和隔离：对任何电路进行故障诊断,首先应通过考察故障特征以尽可能地缩小故障范围,即进行故障隔离.在通常情况下,当电路的信号消失以后,我们可以借助测试探头在电路信号相互连接的路径上进行测试与诊断,这样一般就比较容易找到了电路消失的信号.而且一些测试探头上,都具有逻辑存储装置的.这样,我们就可以运用这一功能来测试和诊断数字电路上脉冲信号活动的具体情况.当信号出现时,就可以把信号存储起来,并在脉冲存储器上显示出来.可见,通过查找数字电路之间的脉冲信号,可以把故障进一步缩小在一定的范围内,进而测试出电路的故障所在.

（2）故障的定位：当把故障隔离到单元电路中,就可以用逻辑探头、逻辑脉冲发生器和电流等来观察电路故障对工作的影响,并找到故障源.我们可以运用逻辑探头来检查数字电路上的脉冲活动情况,进而测试和观察电路的输出、输入信号的活动情况.以这些活动情况和信息为出发点,可以判断数字电路运行是否正常.

（3）数字电路的故障诊断和排除：实际上,相对于数字电路故障的测试而言,其诊断比较简单.这是因为除了三态电路以外,其输入、输出状态仅有高、低电平两种.在对数字电路故障进行诊断时,首先我们可以进行动态测试,逐步缩小故障的范围.然后,再进行静态测试,进一步查找故障的具体方位.这就要求我们在测试和诊断电路故障时,要有适当的信号源以及示波仪器,而且示波仪器的频带一般应当大于10MHZ,同时要仔细观察数字电路输入、输出的具体情况.

具体的测试方法通常有一下几种：

（1）直观检查：线路连接检查和集成器件的连接检查是直观检查两种常见的类型,线路接错引起的故障是很普遍的,甚至还可能导致元器件的损坏.因此,要正确的画出安装接线图,一旦出现故障,就可以对照接线图检查实际电路,看有没有漏线、断线、错线的现象,尤其要注意电源线和地线的接线有没有错误,在检查集成器件的连接情况时,首先要检查外引线和其它路的连接以及集成器件插的方向有没有错误,存不存在不允许悬空的输入端没有接入电路的现象.

（2）测量电容、电阻等分立元件：先将电源关闭,通过万用表“欧姆*10”档对电源线与地线端间的电阻值进行测量,以把电源输出端与地线端间可能存在开路或者短路的情况排除掉.接下来就要检查元件,在对电解电容器进行检查时,要先把电解电容对地短路,使电容器中的电荷全部释放出来,然后看电容有没有被击穿以及是否存在漏电严重现象,这样可以避免万用表的损坏.

（3）静态测试：静态测试一般是对电路以及电源电压进行测试.在测试电路时,首先要保证电路处于某一输入状态,对照真值表,对电路的功能进行分析.一旦发现问题,就要再次测量,接着调节电路使之处于某一故障状态,用万用表对各器件的输入电压和输出电压的逻辑关系进行测量,看符不符合要求,最终确定发生故障的点.测试电源电压时,要用万用表对电源的输出电压进行测量,看有没有错误,除此之外,还要对电路外引线的地线端和电源端的电压进行测量,看符不符合要求.

4.结束语

数字电路的广泛应用,提高了电器的使用和质量,（下转第168页）（上接第54页）促进了电器产品性能的进一步提高.但是,我们应该清醒地认识到,数字电路运行过程中存在这样那样的故障及问题.因此,我们必须高度重视故障的测试,积极探索行之有效的策略措施,全面提高数字电路的应用水平和运行质量,不断拓宽其使用范围.通过本文,对数字电路故障的测试方法有了比较详尽的了解.在实际的测试过程中,应根据电路故障的具体情况,选择恰当的测试方法.

【参考文献】

[1]严之琦.数字电路故障测试与诊断的策略探讨[J].赤峰学院学报（科学教育版）,2011（03）.