数字电路故障诊断及维修

　数字电路故障诊断的主要任务是诊断数字集成电路的故障、搜寻故障芯片，并进行更换。一般来说，集成芯片内部的故障诊断比较困难， 这不但要求从事这方面工作的技术人员有较好的电子电路理论知识，对故障有较强的分析能力， 而且还要求掌握检测故障的基本方法， 才能迅速找出故障。这就需要技术人员不断学习技术知识，努力提高维修工作动手能力。

　　1 产生故障的主要原因分析

　　1.1 数字电路的故障

　　数字电路故障是指一个或多个电子元器件的损坏、接触不良、导线短路、假焊、虚焊等原因造成的电路逻辑功能错误的现象。对于组合逻辑电路，如不能按真值表的要求工作，则可以认为电路有故障；对于时序逻辑电路，如不能按状态转换图工作，则可认为存在故障。

　　1 . 2 产生故障的主要原因

　　（1）电子元器件参数变化。电子元器件在使用过程中会出现老化、参数性能下降，也有随着温度的变化出现参数性能变化的现象。

　　（2）信号线故障。电路板电路受大电流、潮湿等的影响， 信号线容易出现烧蚀、短路、断路等现象。

　　（3）元器件接触不良。这是常见的一种故障，如插件松动、虚焊、焊点氧化等情况，都能够造成电路板故障。

　　（4）工作环境恶劣。当设备不符合要求的温度、湿度、电磁环境、工作时间等要求时，很难保证设备的正常工作。

　　（5）超期使用。超过了使用期，元器件会出现老化的情况，性能指标下降，设备故障率必然升高。

　　2 常见逻辑故障分析

　　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。

　　2.1 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N M O S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。

　　2.2 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。

　　3 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。

　　3.1 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进行测量，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。

　　3.2 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。