数字电路的故障及其诊断

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摘 要：数字电路当前在机电产品中得到了广泛的应用，数字电路的应用极大地提高了电器的使用和制造质量，促进了产品性能的提升。加强数字电路故障的特点及检测与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。

关键词：数字电路 故障检测 诊断

中图分类号：TP277 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）06（a）-0095-01

电子电路在工作过程中，某些内部或外部的原因往往会使电路出现各种各样的问题，导致电路不能正常工作。所以电子工程设计人员的一项重要任务就是要时刻对工作电路进行检修、检测以及故障的诊断和排除。实际上，数字电路的故障检测与诊断在电路设计、生产等过程中具有极为重要的现实意义。这是因为，对于数字电路进行检测与诊断，不仅有助于发现、修复数字电路上的各种问题与不足，重新配置数字电路系统，而且有助于数字电路生产工艺的优化与改进、分析数字电路故障检测与诊断的效果等，进而不断提高数字电路的质量、效率和可靠性。

1 数字电路及其故障特点

数字信号在数值和时间上都具有离散性质。数字电路能够实现对数字信号的处理任务。数字电路对信息的阐述可以用两个状态元器件完成，数字电路本身的结构非常简单，并且元器件存在较大的分散性参数。检测的事物相对复杂，主要体现在，待测电路存在大量的输出和输入变量，可能大于一百个变量；对电路响应来说多数是时序的，有的是组合型；集成电路的元器件和门都被安装在芯片里面。从物理角度来看，其存在很多弊端，不可以对逻辑电平、输入输出波形进行直接测量。类似模拟集成电路，仅仅可以在芯片的外部对其测试，而不能对数字IC内部电路进行测试。所以，必须及时寻找出一种能够简单的完成对芯片内部进行检测的方法。

2 产生故障的主要原因

（1）对集成数字电路来说，负载能力范围是一定的。下面将详细介绍，一个常规与非门的输出低电压可以带同类门的最大限度是10个，但是实际生活中这个输出电压所带的门远大于理论值。从而导致电路输出的低电压快速上升，破坏了电路，不能稳定运行。输出高电平亦是如此。这种情况不应该发生，为了避免这种情况发生，只使用高负载的集成电路。

（2）集成电路的运行效率低。只有当第一组信号通过集成电路，并在电路内部的延时作用下稳定地输出到输出端时，第二组信号才可以进入。造成电路运行效率低的原因在于电路内部存在延时。如果输入脉冲很高时也会导致输出端不稳定。检测这一问题的过程相对复杂。因此，在设计逻辑电路时要采用运行效率高的集成电路。

3 数字电路故障检测与诊断的策略

（1）故障检测与诊断的隔离。检测数字电路问题，第一步应当根据故障基本特点，最大程度地减少问题出现区域，也就是故障诊断与检测的隔离。这一环节对数字电路故障的检测十分重要。在检测过程中，检测电路故障的关键之处是逻辑诊断与检测。一般而言，如果电路信号消失了，那么可以使用检测探头完成电路信号连接的线路实施诊断与检测工作，从而快速找到消失的电路信号，并且检测探头上都安装了逻辑存储装置。这样以来，就能对数字电路上具体的脉冲信号活动情况进行诊断与检测。如果出现了电路信号，就会被探测器上的逻辑储存装置记录下来，并通过显示器显示出来。这说明数字电路上的脉冲信号可以检测与诊断，缩小电路故障范围，来找到电路故障位置。另外一种能够有效的诊断和检测数字故障方法是逻辑分析。借助逻辑分析仪对数字电路中的设备进一步检测，仔细分析电路运行时所产生的数据和它的输入输出情况。通常情况下，需要提供多次逻辑分析过程，当然也可以快速移到你觉得有故障的位置对其进行分析检测。根据逻辑分析仪显示的结果，可以将数字电路故障范围缩小到电路元件或电路块上。

（2）故障检测与诊断的定位。数字电路故障诊断与检测时关键是进行合理的定位。通常情况下，当电路故障范围被缩小到某一电路元件时，就能使用逻辑探头、脉冲检测仪等来对数字电路故障所产生的影响进行分析，借助这些仪器来确定故障的具置。通过逻辑探头对数字电路上的脉冲信号进行检测，分析电路输入、输出信号情况。根据获取的信息判定数字电路的运行情况。以上研究表明：数字电路在工作时，线路的每一个部分都存在着低电压和高电压，二者能够进行转换。在使用逻辑探头等仪器对电路进行检测时，如果有信号，那么这个工作电路是正常的。一般情况下，数字电路偶尔会发生故障，所以，电路信号的时序不需要经常检测，因为对电路上有无脉冲的检测就说明出数字电路的工作情况。

（3）电路故障的诊断技术。实际上，相对于数字电路故障的检测而言，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。这就要求我们在检测和诊断电路故障时，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10 MHz，同时要仔细观察数字电路输入、输出的具体情况。另外，能够采取顺序方式来检测和诊断数字电路，并对照预期结果进行比较分析。在数字电路动态检测时，要不断缩小电路故障范围。当遇到非周期信号时，要通过逻辑分析仪器等对电路工作状态进行检测分析。通常来说，数字电路中的各个输入端口是由若干个逻辑门组成的，输出端口也具有几个逻辑门。虽然电路故障相同，但可以是多种的原因导致。数字电路的故障检测中，如果元件的静态电位正常，动态波形异常，则可以认为是元器件出现故障，需要换一个新的元件。但在实际生活中，并不一定是这一原因引起的。所以在遇到这一情况时，先别急着换成新的元件，要对提供输入信号元件以及计数器本身的负载能力进一步检测。在断开计数器输出负载时，看它是否正常运行，如果正常运行则说明是计数器坏了，需要换一个计数器。但是如果在其断开后仍不能稳定运行，就应当对输入计数器的波形和信号进行检测，检测其是否出现问题。

4 结语

总之，数字电路得到了极为广泛的运用，极大地提高了电器的使用和质量，也促进了电器产品性能的进一步提高。但是，我们必须清醒地认识到，数字电路运行过程中依然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检测与诊断，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和运行质量，不断拓宽其使用范围。

参考文献

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