基于数字电路在线故障检测技术分析

丁胜平 彭森

摘 要：本文对数字电路的工作原理和故障特点先进行了简要概括，分析数字电路的故障原因，列举了三个常用的在线检测方法。

关键词：数字电路；故障；检测；技术

在数字电路的设计、安装、维护中，会埋下一定的故障隐患，为了保证数字线路的正常运行，就需要使用先进的检测方法。传统的数字电路监测方法效率很低，无法对电路的问题进行排查，使用在线故障监测可以高效地监测故障。

一、数字电路工作原理、故障特点概述

1.1 数字电路工作原理

绝大多数数字信号在时间和信号是离散的，数字电路的主要工作就是处理这些离散信号，其工作原理是使用两个状态不同的电路原件对离散信号进行表示。

1.2 数字电路发生故障的特点

数字电路虽然原理并不复杂，但是由于需要处理大量的数据，所以结构都很复杂，这种复杂的结构导致了数字结构发生故障时也非常的复杂。在对线路进故障检查时，需要按照规定好的顺序进行测试，才能对电路进行全面的诊断，从而检查出电路的异样。测试时需要对测试大量对象，所以输入和输出数据是会存在一些偏差，因此对电路进行逐个检查是必须的。集成电路元件和记忆元件都是密封安装在芯片里，再加上数字电路本身就具有一定的缺陷，最终导致检测时无法直接通过肉眼对输出的波形进行观察，造成无法找到数字电路发生故障的原因。

二、数字电路产生故障的原因

2.1 数字电路老化

在数字电路被使用时，如果发生碰撞或者摩擦，都会对数字电路的元器件产生损坏。多数数字电路的制造材料都是金属，经过反复长期的使用，一些元器件的性能参数会降低或老化。温度、恶劣的天气也会对电路元器件的性能产生影响，减低元器件的寿命。

2.2 数字电路接触不良

有很多种原因都会造成数字电路的故障，但发生次数最多的，还是数字电路接触不良。当使用数字电路时，总是会不可避免地发生使用不当或者保管不善，这些行为都会使得电路的外部被破坏，当电子元件直接暴露在空气当中，容易发生进水等情况，导致线路内部的元件被氧化，从而让电路板出现故障在进行安装时，也可能因为操作失误，导致断线、漏线、元件插错，使得电路发生故障。

2.3 工作环境对电路的影响

良好的工作环境才能保证电路的正常运行，但在实际的使用中，由于使用方没有足够的人力和财力，导致电路运行环境很差，无法达到使用要求。当温度、湿度、磁场出现变化，就会让电路出现故障，影响其他设备的工作。

2.4 数字电路的使用超过了使用寿命

所有的数字线路元件都有使用寿命，在使用寿命之内才能正常运行。超出使用寿命仍然强行使用，一些器件无法符合电路运转，元器件的性能指标降低、参数发生改变，从而提高了故障发生的可能性。

2.5 存在缺陷的元件设计

严格的标准要求下，普通与非门输出的低电压可以带的类门电路不能超过10个，然而很多元器件中，这个数字已经超出了10个。这种不符合要求的设计，会让数字电路的输出电压迅速升高，数字电路性能因此被破坏；过高的输出电平，也会对原有的电路性能产生破坏，最终都会让电路无法正常运行。

三、数字电路在线检测技术

精密的技术在数字电路中越来越多的使用，提高了数字线路的性能，但是，数字电路也因此失去了稳定性，外部的干扰让数字电路发生故障的概率提升。通过对数字线路在线检测技术的使用，可以迅速检测电路中存在的故障，从而让电路的可靠性提升。数字电路在线检测对正常运行的数字电路进行非并发测试和并发测试。非并发测试是对整个电路正常运行，测试一个没有正常运行的子系统，这种测试方法不能检测出电路的间歇性故障。并发测试在被测部位和整个电路都在正常工作的情况下对电路进行故障检测。

3.1 在线内建自测技术

在线内建自测技术具有对昂贵的外部设备依赖度低、故障检测覆盖率高的特点，通过在数字线路工作间隙，对电路进行非并发测试，从而在电路正常运转时，检测电路是否存在故障。这一点不同于传统的检测方法。但是，只有在电路正常运行的情况下，才能对数字电路进行测试。

3.2 全自检在线检测技术

这种技术分为两个部分，分别是：全自检功能模块、全自检检验器。全自检功能模块指的是被测电路，能够检测出电路发生的单向故障。单向故障的发生几率很高，当这种故障发生时，线路的个别输出从零变成一，或者一變成零，但这两种故障只发生了其中一个。在电路正常运行时，全自检功能模块会响应上一级电路的输出，并对这些输出进行编码，在此同时，模块也会响应电路进行自身输出。

全自检检验器通过检测全自检功能模块输出的编码，通过对照全自检检验器输出的编码和数字电路所使用的编码，来对整个线路进行检测。这种检测通常是对功能模块输出中可能出现的双尾码进行检测，当全自检功能功能模块输出的双尾码只有{1，0}或{0，1}时，则数字线路并没有发生故障，双尾码中若出现{1，1}、{0，0}，则说明电路中出现了故障。

3.3 扫描设计在线检测技术

扫描设计在线检测技术分为全扫描和部分扫描两种，扫描设计在线监测可以分为全扫描和部分扫描，这两种方法都是把寄存器连成寄存器链，全扫描将整个电路所有的寄存器相连，部分扫描连接电路中一部分寄存器。扫描设计可以很好的对电路进行非并发测试，能够在数字电路进行工作前，先对扫描单元进行自检测。

四、结束语

科学技术的高速发展，数字电路在人们的生活中已经变得越来越普遍，在维持人们正常生活上，扮演的角色越来越重要。为了正常的生活，对数字电路进行故障检测要求变得更高，传统的数字线路监测已经无法满足升高了的要求，在线故障监测中内建自测技术、全自检在线测试技术、扫描设计在线测试技术等其他新型测试和维修技术，能够让发生的故障得到及时解决，提高数字电路的稳定性和维修效率。在线检测技术仍然在不断完善，因为必须要符合社会发展和人们生活的需要。

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作者简介

丁胜平，邵阳学院国际学院电子科学与技术专业学生