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摘要：现在最常用的电路形式莫过于数字电路了，电路技术的进步也得益于数字电路的发展。数字电路需要制作精细，如果发生故障将会对整个器械造成影响。本文就根据数字电路的故障特点，讲解了数字电子电路的故障检测方法和技术。
关键词：数字电路；常见故障；诊断方法
Abstract: The circuit now most common form than the digital circuit, the development of circuit technology has also benefited from the digital circuit. Digital circuit requires the production of fine, if a fault occurs on the instrument will impact. In this paper, according to the fault characteristics of digital circuit, explained the fault detection method and technology of digital electronic circuit.
Key words: digital circuit; fault; diagnosis method
中图分类号：TN914
一、数字电路及其故障特点
数字信号是指其信息是用若干个明确定义的离散值表示的时间离散信号。数字电路就是用来处理这些离散的信号的电路。数字电路是用一个元器件可以显示两种不同的状态表示信息。每个数字电路的单元都很简单。在数字电路中的输出不是高电平就是低电平，当然除了三态门外。所以一般说数字电子电路能够区别两种状态就高电平，低电平。
时序逻辑和组合逻辑电路是数字电路中的两大分类。在输出和输入之间没有反馈连线，只有简单的电路构成的是组合逻辑电路。对组合逻辑电路来说每个时刻的输出，只取决于该时刻的输入信号，和以前的电路输出没有任何关系，对此没有一点记忆能力。反而时序逻辑电路是靠触发器的存贮功能组成的电路记忆和表达的。存贮电路的输入端必须收到输出端的反馈信息，和输入端共同决定电路的输出。
检测数字电路的对象是一个很复杂的过程。复杂主要体现在：等待检测的数字电路的输入输出众多，可达上百个之多，在路的响应是有时序的而不是简单的组合。很多的电路门和记忆元件是封装在一个芯片内，它们在物理上的缺陷样式可能很多，很不可能去测量这些元器件的逻辑电平，和观察它们的输入和输出的。这就要求我们去找寻一种简单的，而且准确的检测方法，检测数字电路或者其芯片的故障。
二、产生故障的主要原因
2.1设计电路时未考虑集成电路的参数和工作条件。（1）集成的数字电路负载能力有限，比如一个普通的与非门的输出低电压最多可以带10个同类门电路，但是事实上所带的同类门的个数远远超出这个数值。这样就会造成电路输出的低电压急速升高破坏电路的原有功能，致使系统不能正常的工作。同样输出高电平时也会面临这样的问题。按理这些在电路中是禁止的，此时我们就只能选择那些负载能力强的集成电路。（2）集成电路的工作速度慢。当一组信号输入一个集成的电路时，通过电路内部的延时到输出端只能稳定后才能输入第二组信号。由于内部延时的原因，导致了电路工作速度较慢。挡在输入脉冲较高时，则会在输出端产生不稳定故障。这些故障在查找时是很困难的，随意的。在逻辑设计时，应该选用那些工作速度高的集成电路。
2.2安装布线不当，接触不良。如布线和集成电路芯片安置不合理时容易引起干扰。在安装中断线、桥接、漏线、插错电子元器件、闲置输入端处理不当、使能端信号加错或未加等都会造成故障。
2.3工作环境恶劣。许多数字设备对工作环境都有一定的要求，如温度过高或过低.湿度过大等因素都难以保证设备正常工作。使用环境的电磁千扰超过设备的允许范围也会使设备不能正常工作。
三、数字电路常见故障分析
数字电路常见故障为逻辑故障和非逻辑故障两类。逻辑故障是指数字电路中某处的逻辑值因故障而变得与规定的逻辑值相反的现象。除逻辑故障以外的数字电路故障统称为非逻辑故障。在数字电路中常见的逻辑故障有以下几种。
3.1 永久故障分析。永久故障是指故障一产生，除非人为的修复，否则故障的影响将永远存在。绝大多数静态故障属于这一类。（1）固定电平故障。由于故障而使某一处的逻辑电平值保持为固定值时的故障称为固定电平故障。当只考虑固定电平故障，且同一时间只考虑一个固定电平故障时，称其为单固定电平故障。出现在数字电路内部的部分故障，均可归结到其输入端与输出端的固定电平故障上，依次也可推广到一般数字电路。如果一个数字电路中有两个或两个以上的固定电平故障，则称之为多固定电平故障，其故障测试技术至今没有理想的检测方法，所以现在仍以单故障为基础进行故障测试。（2）桥路故障。桥路故障是由两条或多条信号线，接插件短路以及集成电路工艺不完善、因裸线过长或松动等原因而连接到一起所造成的故障。主要有两种类型：一种为输入信号线之间桥接造成的故障，异或门电路两条输入信号线桥接会造成失去异或功能；另一种为反馈桥接造成的故障，如输入信号与输出信号之间的桥接、两个独立电路的输入信号线桥接或两个独立电路的输出信号线桥接等造成的故障。（3）固定开路故障。固定开路故障发生在MOS电路中的特殊故障。比如COMOS电路或非门，当无故障时，电路应完成或非门的功能。当NMOS管V 1的栅极开路，出现AB=1或0 时，输出呈既不接地也不接电源的开路高阻状态。当故障使CMOS输出端成高阻状态时称固定开路故障，例如当故障1发生时，其输出不久与当前输入有关，而且还与电路过去输入有关。
3.2 暂态故障分析。暂态故障又称软故障，此类故障多是由于电子元器件本身或电路某一方面的容限太小而引起的一种电路不稳定现象。如元器件老化、性能减退所形成的不规则暂态故障，大部分此类故障都有间隙和随机偶发的特征，如电源干扰、传输延时所引起的竞争和冒险等现象所造成的逻辑故障。多数软故障最终会发展成为固定性故障，暂态故障由于它的随机性和偶发性，分析和诊断都比固定型故障困难。
四、数字电路故障诊断的基本方法
数字电路的故障常用诊断方法有常规检测法和逻辑法两种。
4.1 常规检测法。（1）直观检测法。该法主要是利用“问”、“看”、“闻”、“摸”、“测”等方法来判别故障的大致部位。“问”主要是对用户进行询问，了解有哪些异常现象， 这样可使维修人员少走弯路，减少麻烦。“看”就是观察设备有无被腐蚀、破损、电源熔丝是否烧断、导线有无短路或短路、电子元器件有无色变或渗液及脱落、插件有无松动，同时电路通电后仔细观察电子元器件有无冒烟等，从而进行故障定位。“闻”当电子元器件通过大电流时，一般会产生异味，因此可利用人的嗅觉来判断故障范围。“摸”就是可用接触元器件，如果IC芯片、三极管等的外壳发热过度，也会造成电路产生故障。“测”就是用专用的检测设备对诊断电路进行测试， 确定有无故障及故障定位。常用的检测设备有万用表、示波器、信号发生器、逻辑笔、数字集成电路测试仪、逻辑分析仪等。（2）顺序检测法。一是由输入级向输出级逐级检查，采用该方法通常需要在输入端加相应信号，然后沿着信号的流向逐级向输出级進行测量，直到发现故障为止。二是由输出级逐级向输入级检查，当发现信号不正常时，这时可以从故障级开始逐级进行检测，直到检测出有正常信号的一级为止。（3）比较法。这也是查找故障的常用方法，为了尽快找到故障，常将故障电路主要关键点测试参数与正常工作的同类型电路对应测试点测试值相比较，从而查出故障。
4.2 逻辑检查法。逻辑检查法是针对数字电路逻辑故障而形成的检测方法，主要是利用逻辑电路输入变量的所有可能的取值作为测试码集合，然后输入逻辑电路并观察电路输出是否符合逻辑功能，常用的方法有群举测试法和伪群举测试法。（1）群举测试法。群举测试法是指在被测试电路的输入端输入所有可能存在的输入信号，作为测试码，然后观察被测电路输出是否符合电路逻辑功能的故障检测方法。群举测试法的步骤是先找到用于检测电路中可能存在的故障的测试码集合，把他们加入待测电路，同时检测出电路的响应，即可实现故障检测。（2）伪群举测试法。为了克服群举测试法中测试码过多、测试时间长的缺陷，在实际测试时，往往先把电路进行合理分块，且每一个被划分的电路都进行群举测试法，从而使操作简单。
五、结束语
综上所述,加强数字电路故障的特点及诊断的研究有助于提升数字电路的应用水平，提升数字电路的应用质量，拓展其应用范围。另外，数字电路故障的检测方法很多,在实际的检测过程中,应根据电路故障的具体情况,选择合适的检测方法,从而排除故障,使电路能够正常的工作。
关键词：数字电路；常见故障；诊断方法
Abstract: The circuit now most common form than the digital circuit, the development of circuit technology has also benefited from the digital circuit. Digital circuit requires the production of fine, if a fault occurs on the instrument will impact. In this paper, according to the fault characteristics of digital circuit, explained the fault detection method and technology of digital electronic circuit.
Key words: digital circuit; fault; diagnosis method
中图分类号：TN914
一、数字电路及其故障特点
数字信号是指其信息是用若干个明确定义的离散值表示的时间离散信号。数字电路就是用来处理这些离散的信号的电路。数字电路是用一个元器件可以显示两种不同的状态表示信息。每个数字电路的单元都很简单。在数字电路中的输出不是高电平就是低电平，当然除了三态门外。所以一般说数字电子电路能够区别两种状态就高电平，低电平。
时序逻辑和组合逻辑电路是数字电路中的两大分类。在输出和输入之间没有反馈连线，只有简单的电路构成的是组合逻辑电路。对组合逻辑电路来说每个时刻的输出，只取决于该时刻的输入信号，和以前的电路输出没有任何关系，对此没有一点记忆能力。反而时序逻辑电路是靠触发器的存贮功能组成的电路记忆和表达的。存贮电路的输入端必须收到输出端的反馈信息，和输入端共同决定电路的输出。
检测数字电路的对象是一个很复杂的过程。复杂主要体现在：等待检测的数字电路的输入输出众多，可达上百个之多，在路的响应是有时序的而不是简单的组合。很多的电路门和记忆元件是封装在一个芯片内，它们在物理上的缺陷样式可能很多，很不可能去测量这些元器件的逻辑电平，和观察它们的输入和输出的。这就要求我们去找寻一种简单的，而且准确的检测方法，检测数字电路或者其芯片的故障。
二、产生故障的主要原因
2.1设计电路时未考虑集成电路的参数和工作条件。（1）集成的数字电路负载能力有限，比如一个普通的与非门的输出低电压最多可以带10个同类门电路，但是事实上所带的同类门的个数远远超出这个数值。这样就会造成电路输出的低电压急速升高破坏电路的原有功能，致使系统不能正常的工作。同样输出高电平时也会面临这样的问题。按理这些在电路中是禁止的，此时我们就只能选择那些负载能力强的集成电路。（2）集成电路的工作速度慢。当一组信号输入一个集成的电路时，通过电路内部的延时到输出端只能稳定后才能输入第二组信号。由于内部延时的原因，导致了电路工作速度较慢。挡在输入脉冲较高时，则会在输出端产生不稳定故障。这些故障在查找时是很困难的，随意的。在逻辑设计时，应该选用那些工作速度高的集成电路。
2.2安装布线不当，接触不良。如布线和集成电路芯片安置不合理时容易引起干扰。在安装中断线、桥接、漏线、插错电子元器件、闲置输入端处理不当、使能端信号加错或未加等都会造成故障。
2.3工作环境恶劣。许多数字设备对工作环境都有一定的要求，如温度过高或过低.湿度过大等因素都难以保证设备正常工作。使用环境的电磁千扰超过设备的允许范围也会使设备不能正常工作。
三、数字电路常见故障分析
数字电路常见故障为逻辑故障和非逻辑故障两类。逻辑故障是指数字电路中某处的逻辑值因故障而变得与规定的逻辑值相反的现象。除逻辑故障以外的数字电路故障统称为非逻辑故障。在数字电路中常见的逻辑故障有以下几种。
3.1 永久故障分析。永久故障是指故障一产生，除非人为的修复，否则故障的影响将永远存在。绝大多数静态故障属于这一类。（1）固定电平故障。由于故障而使某一处的逻辑电平值保持为固定值时的故障称为固定电平故障。当只考虑固定电平故障，且同一时间只考虑一个固定电平故障时，称其为单固定电平故障。出现在数字电路内部的部分故障，均可归结到其输入端与输出端的固定电平故障上，依次也可推广到一般数字电路。如果一个数字电路中有两个或两个以上的固定电平故障，则称之为多固定电平故障，其故障测试技术至今没有理想的检测方法，所以现在仍以单故障为基础进行故障测试。（2）桥路故障。桥路故障是由两条或多条信号线，接插件短路以及集成电路工艺不完善、因裸线过长或松动等原因而连接到一起所造成的故障。主要有两种类型：一种为输入信号线之间桥接造成的故障，异或门电路两条输入信号线桥接会造成失去异或功能；另一种为反馈桥接造成的故障，如输入信号与输出信号之间的桥接、两个独立电路的输入信号线桥接或两个独立电路的输出信号线桥接等造成的故障。（3）固定开路故障。固定开路故障发生在MOS电路中的特殊故障。比如COMOS电路或非门，当无故障时，电路应完成或非门的功能。当NMOS管V 1的栅极开路，出现AB=1或0 时，输出呈既不接地也不接电源的开路高阻状态。当故障使CMOS输出端成高阻状态时称固定开路故障，例如当故障1发生时，其输出不久与当前输入有关，而且还与电路过去输入有关。
3.2 暂态故障分析。暂态故障又称软故障，此类故障多是由于电子元器件本身或电路某一方面的容限太小而引起的一种电路不稳定现象。如元器件老化、性能减退所形成的不规则暂态故障，大部分此类故障都有间隙和随机偶发的特征，如电源干扰、传输延时所引起的竞争和冒险等现象所造成的逻辑故障。多数软故障最终会发展成为固定性故障，暂态故障由于它的随机性和偶发性，分析和诊断都比固定型故障困难。
四、数字电路故障诊断的基本方法
数字电路的故障常用诊断方法有常规检测法和逻辑法两种。
4.1 常规检测法。（1）直观检测法。该法主要是利用“问”、“看”、“闻”、“摸”、“测”等方法来判别故障的大致部位。“问”主要是对用户进行询问，了解有哪些异常现象， 这样可使维修人员少走弯路，减少麻烦。“看”就是观察设备有无被腐蚀、破损、电源熔丝是否烧断、导线有无短路或短路、电子元器件有无色变或渗液及脱落、插件有无松动，同时电路通电后仔细观察电子元器件有无冒烟等，从而进行故障定位。“闻”当电子元器件通过大电流时，一般会产生异味，因此可利用人的嗅觉来判断故障范围。“摸”就是可用接触元器件，如果IC芯片、三极管等的外壳发热过度，也会造成电路产生故障。“测”就是用专用的检测设备对诊断电路进行测试， 确定有无故障及故障定位。常用的检测设备有万用表、示波器、信号发生器、逻辑笔、数字集成电路测试仪、逻辑分析仪等。（2）顺序检测法。一是由输入级向输出级逐级检查，采用该方法通常需要在输入端加相应信号，然后沿着信号的流向逐级向输出级進行测量，直到发现故障为止。二是由输出级逐级向输入级检查，当发现信号不正常时，这时可以从故障级开始逐级进行检测，直到检测出有正常信号的一级为止。（3）比较法。这也是查找故障的常用方法，为了尽快找到故障，常将故障电路主要关键点测试参数与正常工作的同类型电路对应测试点测试值相比较，从而查出故障。
4.2 逻辑检查法。逻辑检查法是针对数字电路逻辑故障而形成的检测方法，主要是利用逻辑电路输入变量的所有可能的取值作为测试码集合，然后输入逻辑电路并观察电路输出是否符合逻辑功能，常用的方法有群举测试法和伪群举测试法。（1）群举测试法。群举测试法是指在被测试电路的输入端输入所有可能存在的输入信号，作为测试码，然后观察被测电路输出是否符合电路逻辑功能的故障检测方法。群举测试法的步骤是先找到用于检测电路中可能存在的故障的测试码集合，把他们加入待测电路，同时检测出电路的响应，即可实现故障检测。（2）伪群举测试法。为了克服群举测试法中测试码过多、测试时间长的缺陷，在实际测试时，往往先把电路进行合理分块，且每一个被划分的电路都进行群举测试法，从而使操作简单。
五、结束语
综上所述,加强数字电路故障的特点及诊断的研究有助于提升数字电路的应用水平，提升数字电路的应用质量，拓展其应用范围。另外，数字电路故障的检测方法很多,在实际的检测过程中,应根据电路故障的具体情况,选择合适的检测方法,从而排除故障,使电路能够正常的工作。