1、   青島農(nóng)業(yè)大學(xué)海都學(xué)院 本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）題 目： 數(shù)字電路的故障診斷研究 姓 名： 張麗麗 系 別： 工程系 專 業(yè)： 電子信息科學(xué)與技術(shù) 班 級(jí)： 09級(jí)1班 學(xué) 號(hào)： 200901117 指導(dǎo)教師： 初文科 2013 年 6 月 18 日29摘    要    數(shù)字電路是當(dāng)前常用的一種電路形式，數(shù)字電路的誕生和發(fā)展極大地推動(dòng)了電路技術(shù)的進(jìn)步，同時(shí)也提高了器械的制造和使用質(zhì)量。數(shù)字電路由于其制作精細(xì)，一旦發(fā)生故障將會(huì)對(duì)整個(gè)器械的使用帶來(lái)消極的影響。論文主要闡述了目前數(shù)字電路開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)電路的故障診

2、斷效率低下的問(wèn)題，開(kāi)發(fā)了故障診斷定位軟件，能有效地對(duì)數(shù)字電路中的固定故障和橋接故障進(jìn)行診斷定位，應(yīng)用該軟件能有效地縮短查找數(shù)字電路中故障的時(shí)間，對(duì)提高數(shù)字電路的開(kāi)發(fā)速度具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。    關(guān)鍵詞: 數(shù)字電路；固定故障；橋接故障；故障診斷 Abstract   Digital circuit is a usual circuit. Not only does the birth and develop

3、ment of it have a strong impetus to the circuit technology but also improve the quality of equipments the manufactures. Because of digital circuits finely producing, the&

4、#160;whole device may cause a negative impact for its fault.This paper expatiate on Low efficiency is a major obstacle in fault diagnosis of digital circuits in the 

5、course of design or fabrication.So a fault diagnosis and location software is proposed,which can diagnose and locate the siuck-at faults and bridging faults in digital circuit

6、s effectively.Using this software can shoen the time of finding faults in digital circuits,and improve the efficiency of digital circuits manufacturing    Key Word:  digi

7、tal circuits；stuckat fault；bridging fault；fault diagnosis目錄第一章 緒 論 5第二章 數(shù)字電路的故障特點(diǎn)及其分析 62.1 數(shù)字電路的故障由來(lái) 62.1.1 數(shù)字電路的組成62.1.2 數(shù)字電路的故障由來(lái) 62.2產(chǎn)生故障的主要原因72.2.1 產(chǎn)生故障的主要原因72.3 常見(jiàn)邏輯故障72.3.1 永久故障82.3.2 暫態(tài)故障82.4 數(shù)字電路的故障特點(diǎn) 92.4.1 競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn) 92.4.2 電平的情況 102.5

8、數(shù)字電路的故障分析 112.5.1 競(jìng)爭(zhēng)與冒險(xiǎn)112.5.2 扇出系數(shù)分析 152.5.3 電磁干擾的解決15第三章 數(shù)字電路故障診斷的基本方法163.1 常規(guī)檢測(cè)法163.2 邏輯檢查法17第四章 基本數(shù)字電路的故障解決辦法 174.1 邏輯測(cè)試儀的引入 174.1.1 邏輯分析儀的分類 174.1.2 邏輯分析儀的特點(diǎn)  184.2 集成數(shù)字電路的解決辦法 194.2.1 基于自動(dòng)測(cè)試設(shè)備和測(cè)試程序集的電路板自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)194.2.2 基于LASAR仿真的數(shù)字電路測(cè)試生成 194.2.3 基于仿真和A

9、TE的數(shù)字電路板自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng) 23第五章 數(shù)字電路應(yīng)用中故障總結(jié) 235.1 電路建模 245.2 故障列表的提取和壓縮 245.3 測(cè)試向量生成 255.4 故障診斷定位 25第六章 總 結(jié) 27參考文獻(xiàn) 28第一章 緒 論 在當(dāng)今世界上，很少有一種技術(shù)能像電子技術(shù)那樣滲透到人類社會(huì)生活的一切領(lǐng)域，并且在許多方面改變著我們的生活。無(wú)論是當(dāng)前信息技術(shù)的蓬勃發(fā)展及計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，還是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程和生產(chǎn)設(shè)備的自動(dòng)監(jiān)測(cè)和控制，都離不開(kāi)電子技術(shù)。我們?nèi)粘Ｉ钪惺褂玫母鞣N電器-電視機(jī)、收音機(jī)、攝像

10、機(jī)、DVD播放機(jī)、移動(dòng)電話、數(shù)碼照相機(jī)、計(jì)算機(jī)、電子表等，也無(wú)一不是利用電子技術(shù)生產(chǎn)出來(lái)的產(chǎn)品1。數(shù)字化已成為當(dāng)今電子技術(shù)的發(fā)展潮流,而數(shù)字電路是數(shù)字電子技術(shù)的核心，是計(jì)算機(jī)硬件電路、通信電路、信息與自動(dòng)化技術(shù)的基礎(chǔ),也是集成電路設(shè)計(jì)的基礎(chǔ).用數(shù)字信號(hào)完成對(duì)數(shù)字量進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算的電路稱為數(shù)字電路，或數(shù)字系統(tǒng)。由于它具有邏輯運(yùn)算和邏輯處理功能，所以又稱數(shù)字邏輯電路。 電子技術(shù)日益廣泛的應(yīng)用是和電子器件的不斷發(fā)展緊密相連的。20世紀(jì)初期首先得到推廣應(yīng)用的電子器件是真空電子管。他是在抽成真空的玻璃或金屬外殼內(nèi)安置特制的陽(yáng)極、陰極、柵極和加熱用的燈絲而構(gòu)成的。電子管的發(fā)明引發(fā)了通信技術(shù)的革命，

11、產(chǎn)生了無(wú)線電通信和早期的無(wú)線電廣播和電視。這就是電子技術(shù)的“電子管時(shí)代”。數(shù)字電路與數(shù)字電子技術(shù)廣泛的應(yīng)用于電視、雷達(dá)、通信、電子計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制、航天等科學(xué)技術(shù)各個(gè)領(lǐng)域。數(shù)字電路包括數(shù)字脈沖電路和數(shù)字邏輯電路。前者研究脈沖的產(chǎn)生、變換和測(cè)量；后者對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算。由于電子管在工作的時(shí)候必須用燈絲將陰極加熱到數(shù)千度的高溫以后，陰極才能發(fā)射出電子流，所以這種電子器件不僅體積大、笨重，而且耗電量大，壽命短，可靠性差。因此，各國(guó)的科學(xué)家致力于尋找性能更為優(yōu)越的電子器件。高集成度、高性能、低價(jià)格的大規(guī)模集成電路批量成產(chǎn)并投放市場(chǎng)，極大地拓展了電子技術(shù)的應(yīng)用空間。它不僅促成了信息產(chǎn)業(yè)的大

12、發(fā)展，而且成為改造所有傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的強(qiáng)有力的手段。然而集成電路的提高不可能是無(wú)限的1。 當(dāng)電子電路在工作中，由于某些不可測(cè)的原因會(huì)使電路出現(xiàn)不同的問(wèn)題，最后導(dǎo)致電路工作不能正常，影響了器械工作。鑒于這種情況，這就要求電子設(shè)計(jì)人員對(duì)工作電路時(shí)刻檢查，及時(shí)排除故障。電子電路的故障檢測(cè)指的是檢查那些電路的功能是否能夠正常使用，如果不是檢測(cè)那些功能的正常使用，而是檢測(cè)電路發(fā)生了什么情況則是電子電路的故障診斷。數(shù)字電路是有很多電路或功能模塊的集合體。第二章 數(shù)字電路的故障特點(diǎn)及其分析  數(shù)字電路故障診斷的主要任務(wù)是診斷數(shù)字集成電路的故障、搜尋故障芯片，并進(jìn)行更換。一般來(lái)說(shuō)，集成芯片內(nèi)部的故障診斷比

13、較困難，這不但要求從事這方面工作的技術(shù)人員有較好的電子電路理論知識(shí)，對(duì)故障有較強(qiáng)的分析能力， 而且還要求掌握檢測(cè)故障的基本方法，才能迅速找出故障。這就需要技術(shù)人員不斷學(xué)習(xí)技術(shù)知識(shí)，努力提高維修工作動(dòng)手能力。2.1 數(shù)字電路的故障由來(lái) 2.1.1 數(shù)字電路的組成 要知道什么是數(shù)字電路的故障，就要知道門電路，門電路是數(shù)字電路的基本組成單元，定義：用以實(shí)現(xiàn)基本邏輯運(yùn)算和復(fù)合邏輯運(yùn)算的單元電路為門電路，簡(jiǎn)單而言，門電路就是一個(gè)開(kāi)關(guān)電路，常見(jiàn)的門電路有與門、或門、非門、與非門、或非門、與或非門、異或和同或門等幾種，這些門電路主要都是由半導(dǎo)體二極管、半導(dǎo)體三極管、CMOS等具有開(kāi)關(guān)特性的元件及電

14、阻、二極管構(gòu)成，這里說(shuō)的開(kāi)關(guān)特性是在不同條件下，元器件會(huì)跳轉(zhuǎn)于不同狀態(tài)，如二極管的正向?qū)ǚ聪蚪刂?，三極管、CMOS的導(dǎo)通、截止、飽和三狀態(tài)。2.1.2 數(shù)字電路的故障由來(lái)  隨著電子技術(shù)的迅速發(fā)展,數(shù)字電路已深入生產(chǎn)、生活的各領(lǐng)域。但是,數(shù)字電路板品種多、數(shù)量大、功能復(fù)雜,這就為維修工作帶來(lái)了新的難題。目前,解決這一問(wèn)題的有效方法就是利用測(cè)試設(shè)備將故障隔離到電路板級(jí),然后再利用自動(dòng)測(cè)試設(shè)備去維修替換下來(lái)的有故障的電路板。因此,研制先進(jìn)的電路板自動(dòng)測(cè)試設(shè)備已成為建立可維修性的一種重要手段。數(shù)字電路板功能測(cè)試的自動(dòng)測(cè)試設(shè)備是通過(guò)被測(cè)電路板的插頭座與其連接在一起,而加到被測(cè)試板上的2。激

15、勵(lì)信號(hào)是該板的功能測(cè)試向量,將實(shí)際響應(yīng)與預(yù)期響應(yīng)比較就可以知道被測(cè)板是否有故障,如圖2-1所示。但對(duì)某塊電路板進(jìn)行診斷之前必須預(yù)先輸入該板的有關(guān)信息,這項(xiàng)工作被稱為建立診斷數(shù)據(jù)庫(kù)。    圖2-1 電路板故障檢測(cè)框圖2.2產(chǎn)生故障的主要原因數(shù)字電路故障是指一個(gè)或多個(gè)電子元器件的損壞、接觸不良、導(dǎo)線短路、假焊、虛焊等原因造成的電路邏輯功能錯(cuò)誤的現(xiàn)象。對(duì)于組合邏輯電路，如不能按真值表的要求工作，則可以認(rèn)為電路有故障；對(duì)于時(shí)序邏輯電路，如不能按狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖工作，則可認(rèn)為存在故障。 2.2.1 產(chǎn)生故障的主要原因 （1）電子元器件參數(shù)變化。電子元器件在使用過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)老化、

16、參數(shù)性能下降，也有隨著溫度的變化出現(xiàn)參數(shù)性能變化的現(xiàn)象。 （2）信號(hào)線故障。電路板電路受大電流、潮濕等的影響，信號(hào)線容易出現(xiàn)燒蝕、短路、斷路等現(xiàn)象。 （3）元器件接觸不良。這是常見(jiàn)的一種故障，如插件松動(dòng)、虛焊、焊點(diǎn)氧化等情況，都能夠造成電路板故障，布線和集成電路芯片安置不合理時(shí)容易引起干擾。在安裝中斷線、橋接、漏線、插錯(cuò)電子元器件、閑置輸入端處理不當(dāng)、使能端信號(hào)加錯(cuò)或未加等都會(huì)造成故障。 （4）工作環(huán)境惡劣。許多數(shù)字設(shè)備對(duì)工作環(huán)境都有一定的要求，如溫度過(guò)高或過(guò)低.濕度過(guò)大等因素都難以保證設(shè)備正常工作。使用環(huán)境的電磁千擾超過(guò)設(shè)備的允許范圍也會(huì)使設(shè)備不能正常工作。 （5）超期使用。超過(guò)了使用期，元

17、器件會(huì)出現(xiàn)老化的情況，性能指標(biāo)下降，設(shè)備故障率必然升高。2.3 常見(jiàn)邏輯故障數(shù)字電路常見(jiàn)故障為邏輯故障和非邏輯故障兩類。邏輯故障是指數(shù)字電路中某處的邏輯值因故障而變得與規(guī)定的邏輯值相反的現(xiàn)象。除邏輯故障以外的數(shù)字電路故障統(tǒng)稱為非邏輯故障。在數(shù)字電路中常見(jiàn)的邏輯故障有以下幾種。 2.3.1 永久故障永久故障是指故障一產(chǎn)生，除非人為的修復(fù)，否則故障的影響將永遠(yuǎn)存在。絕大多數(shù)靜態(tài)故障屬于這一類。 （1）固定電平故障。由于故障而使某一處的邏輯電平值保持為固定值時(shí)的故障稱為固定電平故障。當(dāng)只考慮固定電平故障，且同一時(shí)間只考慮一個(gè)固定電平故障時(shí)，稱其為單固定電平故障。出現(xiàn)在數(shù)字電路內(nèi)部的部分故障，均可歸結(jié)

18、到其輸入端與輸出端的固定電平故障上，依次也可推廣到一般數(shù)字電路。如果一個(gè)數(shù)字電路中有兩個(gè)或兩個(gè)以上的固定電平故障，則稱之為多固定電平故障，其故障測(cè)試技術(shù)至今沒(méi)有理想的檢測(cè)方法，所以現(xiàn)在仍以單故障為基礎(chǔ)進(jìn)行故障測(cè)試。 （2）橋路故障。橋路故障是由兩條或多條信號(hào)線，接插件短路以及集成電路工藝不完善、因裸線過(guò)長(zhǎng)或松動(dòng)等原因而連接到一起所造成的故障。主要有兩種類型：一種為輸入信號(hào)線之間橋接造成的故障，異或門電路兩條輸入信號(hào)線橋接會(huì)造成失去異或功能；另一種為反饋橋接造成的故障，如輸入信號(hào)與輸出信號(hào)之間的橋接、兩個(gè)獨(dú)立電路的輸入信號(hào)線橋接或兩個(gè)獨(dú)立電路的輸出信號(hào)線橋接等造成的故障。 （3）固定開(kāi)路故障。固

19、定開(kāi)路故障發(fā)生在MOS電路中的特殊故障。比如COMOS電路或非門，當(dāng)無(wú)故障時(shí)，電路應(yīng)完成或非門的功能。當(dāng)C M O S管V 1的柵極開(kāi)路，出現(xiàn)AB=1或0時(shí)，輸出呈既不接地也不接電源的開(kāi)路高阻狀態(tài)。當(dāng)故障使CMOS輸出端成高阻狀態(tài)時(shí)稱固定開(kāi)路故障，例如當(dāng)故障1發(fā)生時(shí)，其輸出不久與當(dāng)前輸入有關(guān)，而且還與電路過(guò)去輸入有關(guān)。2.3.2 暫態(tài)故障暫態(tài)故障又稱軟故障， 此類故障多是由于電子元器件本身或電路某一方面的容限太小而引起的一種電路不穩(wěn)定現(xiàn)象。如元器件老化、性能減退所形成的不規(guī)則暫態(tài)故障，大部分此類故障都有間隙和隨機(jī)偶發(fā)的特征，如電源干擾、傳輸延時(shí)所引起的競(jìng)爭(zhēng)和冒險(xiǎn)等現(xiàn)象所造成的邏輯故障。多數(shù)軟故

20、障最終會(huì)發(fā)展成為固定性故障，暫態(tài)故障由于它的隨機(jī)性和偶發(fā)性，分析和診斷都比固定型故障困難。2.4 數(shù)字電路的故障特點(diǎn) 2.4.1 競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn) 當(dāng)一個(gè)門的輸入有兩個(gè)或兩個(gè)以上的變量發(fā)生改變時(shí)，由于這些變量是經(jīng)過(guò)不同路徑產(chǎn)生的，使得它們狀態(tài)改變的時(shí)刻有先有后，這種時(shí)差引起的現(xiàn)象稱為競(jìng)爭(zhēng)（Race）。競(jìng)爭(zhēng)的結(jié)果若導(dǎo)致冒險(xiǎn)或險(xiǎn)象（Hazard）發(fā)生，并造成錯(cuò)誤的后果，那么就稱這種競(jìng)爭(zhēng)為臨界競(jìng)爭(zhēng)。若競(jìng)爭(zhēng)的結(jié)果沒(méi)有導(dǎo)致冒險(xiǎn)發(fā)生，或雖有冒險(xiǎn)發(fā)生，但不影響系統(tǒng)的工作，那么就稱這種競(jìng)爭(zhēng)為非臨界競(jìng)爭(zhēng)。 組合邏輯電路的險(xiǎn)象僅在信號(hào)狀態(tài)改變的時(shí)刻出現(xiàn)毛刺，這種冒險(xiǎn)是過(guò)渡性的，它不會(huì)使穩(wěn)態(tài)值

21、偏離正常值，但在時(shí)序電路中，冒險(xiǎn)是本質(zhì)的，可導(dǎo)致電路的輸出值永遠(yuǎn)偏離正常值或者發(fā)生振蕩。組合邏輯電路的冒險(xiǎn)是過(guò)渡性冒險(xiǎn)，從冒險(xiǎn)的波形上，可分為靜態(tài)冒險(xiǎn)和動(dòng)態(tài)冒險(xiǎn)3。 輸入信號(hào)變化前后，輸出的穩(wěn)態(tài)值是一樣的，但在輸入信號(hào)變化時(shí)，輸出信號(hào)產(chǎn)生了毛刺，這種冒險(xiǎn)是靜態(tài)冒險(xiǎn)。若輸出的穩(wěn)態(tài)值為0，出現(xiàn)了正的尖脈沖毛刺，稱為靜態(tài)0險(xiǎn)象。若輸出穩(wěn)態(tài)值為1，出現(xiàn)了負(fù)的尖脈沖毛刺，則稱為靜態(tài)1冒險(xiǎn)。 輸入信號(hào)變化前后，輸出的穩(wěn)態(tài)值不同，并在邊沿處出現(xiàn)了毛刺，稱為動(dòng)態(tài)險(xiǎn)象（冒險(xiǎn)）。 從引起冒險(xiǎn)的具體原因上，冒險(xiǎn)可以分為函數(shù)冒險(xiǎn)和邏輯冒險(xiǎn)。函數(shù)冒險(xiǎn)是邏輯函數(shù)本身固有的，當(dāng)多個(gè)輸入變量發(fā)生

22、變化時(shí)，常常會(huì)發(fā)生邏輯冒險(xiǎn)。避免函數(shù)冒險(xiǎn)的最簡(jiǎn)單的方法是同一時(shí)刻只允許單個(gè)輸入變量發(fā)生變化，或者采用取樣的辦法。單個(gè)輸入變量改變時(shí)，不會(huì)發(fā)生函數(shù)冒險(xiǎn)，但電路設(shè)計(jì)不合適時(shí)，仍會(huì)出現(xiàn)邏輯冒險(xiǎn)。通過(guò)精心設(shè)計(jì)，修改電路的結(jié)構(gòu)，可以消除邏輯冒險(xiǎn)。 競(jìng)爭(zhēng)：在組合電路中，信號(hào)經(jīng)由不同的途徑達(dá)到某一會(huì)合點(diǎn)的時(shí)間有先有后，這種現(xiàn)象稱為競(jìng)爭(zhēng)。 冒險(xiǎn)：由于競(jìng)爭(zhēng)而引起電路輸出發(fā)生瞬間錯(cuò)誤現(xiàn)象稱為冒險(xiǎn)。表現(xiàn)為輸出端出現(xiàn)了原設(shè)計(jì)中沒(méi)有的窄脈沖，常稱其為毛刺。 例如，圖2-2（a）所示電路，其輸出函數(shù) 。當(dāng)A=B=1時(shí)，應(yīng)有F=C+=1，即不管C如何取值，F(xiàn)=1不變，而實(shí)現(xiàn)上由于門有

23、延遲時(shí)間，當(dāng)C由高變低時(shí)，輸出波形上出現(xiàn)了一個(gè)負(fù)向?qū)挾葹榈恼}沖，如圖2-2（b）所示。這就是有競(jìng)爭(zhēng)引起的錯(cuò)誤輸出。 （a）  邏輯圖                               （b）  波形圖  圖2-2  具

24、有“冒險(xiǎn)”的“與或”電路 競(jìng)爭(zhēng)與冒險(xiǎn)的關(guān)系：有競(jìng)爭(zhēng)不一定會(huì)產(chǎn)生冒險(xiǎn)，但有冒險(xiǎn)就一定有競(jìng)爭(zhēng)。 2.4.2 電平的情況  (1)數(shù)字信號(hào)常用隨時(shí)間變化的電壓或電流來(lái)表示，對(duì)矩形波電壓表示的數(shù)字信號(hào)用電位的高低代表信號(hào)：兩個(gè)幅值，分別稱為高電平和低電平。高電平的規(guī)定：脈沖信號(hào)的高低電平在不同情況下有不同的規(guī)定?？梢砸?guī)定高電平為3V，低電平為0V，也可以規(guī)定高電平為12V，低電平為4V等。因受各種因素的影響，通常規(guī)定高低電平的變化范圍。如歸高電平的下限值VH為標(biāo)準(zhǔn)高電平，測(cè)在標(biāo)準(zhǔn)低電平VH以上一個(gè)范圍的電位都是高電平；規(guī)定VL為標(biāo)準(zhǔn)低電平，在標(biāo)準(zhǔn)低電平VL以下一個(gè)范圍的電

25、位，都是低電平，產(chǎn)品不同，其規(guī)定值也不同。在主板上一般高于2.5V可以為高電平，低于0.8V認(rèn)為是低電平。   （2）為什么會(huì)出現(xiàn)介于0和1之間的值 邏輯門是構(gòu)成所有數(shù)字電路的基本單元電路，目前在數(shù)字集成電路中用得最多的是CMOS電路和TTL電路兩種類型。在數(shù)字集成電路中電路往往會(huì)受到干擾，使原來(lái)應(yīng)該出現(xiàn)“1”的驅(qū)動(dòng)電路結(jié)果出現(xiàn)“0”，而原來(lái)應(yīng)該出現(xiàn)“0”的驅(qū)動(dòng)電路結(jié)果出現(xiàn)寫“1”的情況，即0.8V<V<2.5V之間，而驅(qū)動(dòng)電路會(huì)出現(xiàn)混亂的狀態(tài)，無(wú)法判斷。分析原因有兩個(gè)。 扇出系數(shù)不夠: 扇出系數(shù)No：扇出系數(shù)No是指與非

26、門輸出端連接同類門的最多個(gè)數(shù)。它反映了與非門的帶負(fù)載能力 。其中IOLmax為最大允許灌電流，,IIL是一個(gè)負(fù)載門灌入本級(jí)的電流（1.4mA）。No越大，說(shuō)明門的負(fù)載能力越強(qiáng)。一般產(chǎn)品規(guī)定要求No8。  TTL門輸出為高電位時(shí)，可帶動(dòng)的門的個(gè)數(shù)為：輸出為高電位時(shí)的輸出電流IOH與輸入為高電位時(shí)的流入電流IIH之比,即NOH=IOH/IIH；TTL們輸出為低電位是，可帶動(dòng)的門的個(gè)數(shù)為：輸出為低電位灌入電流IIL與輸入為低電位時(shí)的流出電流IOL之比,即NOL=IOL/IILTTL帶拉電流負(fù)載時(shí)的扇出系數(shù)可以進(jìn)行估算，但由于IOHmax5mA，而IIH很小，故此時(shí)的扇出

27、較大，一般可以不計(jì)算.也可以把CMOS電路轉(zhuǎn)換為TTL電路，TTL集成電路使用TTL管，也就是PN結(jié)。功耗較大，驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，一般工作電壓+5VCMOS集成電路使用MOS管，功耗小，工作電壓范圍很大，一般速度也低，但是技術(shù)在改進(jìn)，這已經(jīng)不是問(wèn)題4。就TTL與CMOS電平來(lái)講，前者屬于雙極型數(shù)字集成電路，其輸入端與輸出端均為三極管，因此它的閥值電壓是<0.2V為輸出低電平；>3.4V為輸出高電平。而CMOS電平就不同了，他的閾值電壓比TTL電平大很多。而串口的傳輸電壓都是以COMS電壓傳輸?shù)摹?#160;TTL電平：輸出高電平>2.4V,輸出低電平<0.4V。在室溫下，一般

28、輸出高電平是3.5V，輸出低電平是0.2V。最小輸入高電平和低電平：輸入高電平>=2.0V，輸入低電平<=0.8V，噪聲容限是0.4V。 CMOS電平：1邏輯電平電壓接近于電源電壓，0邏輯電平接近于0V。而且具有很寬的噪聲容限。 電平轉(zhuǎn)換電路：因?yàn)門TL和COMS的高低電平值不一樣（ttl5v<>cmos3.3v），所以互相連接時(shí)需 要電平的轉(zhuǎn)換：就是用兩個(gè)電阻對(duì)電平分壓。     電磁干擾: 在高速集成電路及系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，高頻信號(hào)線、集成電路的引腳、各類接插件等都可能成為具有天線特

29、性的輻射干擾源，能發(fā)射電磁波并影響其他系統(tǒng)或本系統(tǒng)內(nèi)其他子系統(tǒng)的正常工作。 2.5  數(shù)字電路的故障分析 2.5.1 競(jìng)爭(zhēng)與冒險(xiǎn)1)代數(shù)法 (1)靜態(tài)功能冒險(xiǎn)的判斷：如果在組合邏輯電路中有 個(gè)輸入變量，當(dāng)P(1< P< )個(gè)變量發(fā)生變化時(shí)，在變化前后穩(wěn)定時(shí)，F(xiàn)(a，a，a，外1，)一F(al，a2，ap，“pl，)。假設(shè)在卡諾圖中，由不變的(1'l)個(gè)輸入變量組成的成積項(xiàng)所包含的最小項(xiàng)方格中，既有1又有0，則P個(gè)變量發(fā)生變化時(shí)，就有發(fā)生功能冒險(xiǎn)的可能。如果這些最小項(xiàng)方格中全部為1或者全部為0，則

30、P個(gè)變量發(fā)生變化時(shí)，不會(huì)發(fā)生功能冒險(xiǎn)。也可以從邏輯函數(shù)表達(dá)式中進(jìn)行判斷。如果由不變的(1'l)個(gè)輸入變量組成的成積項(xiàng)不是邏輯函數(shù)表達(dá)式中的成積項(xiàng)或多余項(xiàng)，則P個(gè)變量發(fā)生變化時(shí)，就有功能冒險(xiǎn)的可能。例如，輸入變量由0100變化到1101時(shí)，穩(wěn)定時(shí)F(0，1，0，0一F(1，1，0，1)，不發(fā)生變化的變量組成的成積項(xiàng)，包含最小項(xiàng)，由于其中為0，其余均為1，所以在a，d發(fā)生變化時(shí)，有功能冒險(xiǎn)可能。從函數(shù)表達(dá)式可見(jiàn)不是邏輯函數(shù)的成積項(xiàng)，也不是多余項(xiàng)，所以在a，d發(fā)生變化時(shí)，有功能冒險(xiǎn)的可能。 (2)邏輯冒險(xiǎn)的判斷：當(dāng)P個(gè)輸入變量發(fā)生變化時(shí)，如果判斷出不會(huì)發(fā)生功能冒險(xiǎn)，但在邏輯函數(shù)表達(dá)

31、式中沒(méi)有包含由(一戶)個(gè)不變變量組成的成積項(xiàng)，則有邏輯冒險(xiǎn)的可能。如中，輸入變量abcd由0111變化到1110時(shí)，已判斷出不會(huì)發(fā)生功能冒險(xiǎn)，由不變變量組成成積項(xiàng)bc在函數(shù)表達(dá)式中不包含，所以有邏輯冒險(xiǎn)的可能。 2)卡諾圖法 只要在卡諾圖中存在2個(gè)相切但不相交的圈(“0”冒險(xiǎn)是1構(gòu)成的圈，“1”冒險(xiǎn)是0構(gòu)成的圈)，就會(huì)產(chǎn)生冒險(xiǎn)。判斷圖所示卡諾圖的冒險(xiǎn)情況如圖2-3所示。    圖2-3  卡諾圖 卡諾圖圖中2個(gè)卡諾圖圈相切，將產(chǎn)生冒險(xiǎn)，相切處A一0，c一1，13變量變化時(shí)產(chǎn)生冒險(xiǎn)；圖中卡諾圈相交，無(wú)冒險(xiǎn)。3)加選通脈沖信號(hào)&

32、#160; 這里分析圖2-4所示的組合電路：    圖2-4 修改邏輯設(shè)計(jì)  由該電路邏可直接寫出輸出函數(shù)：F=AB+BC           當(dāng)B由1變?yōu)?時(shí)，由于信號(hào)傳輸路徑不同，F(xiàn)1先由0變?yōu)?，F(xiàn)e后由1變?yōu)?，使F和出現(xiàn)同時(shí)為1的時(shí)刻，故輸出產(chǎn)生負(fù)向過(guò)渡干擾脈沖。如圖卡諾圖（a）所示，該選通脈沖通常是P一0，使電路處于封鎖狀態(tài)，只有在接收了輸入信號(hào)并且電路達(dá)到了新的穩(wěn)態(tài)之后，才有脈沖P=1，允許電路輸出。這就避免了競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)的影響。引人選通脈沖的組合電路，輸

33、出信號(hào)只有在選通脈沖P一1其間才有效，波形圖卡諾圖(b)所示。這就是選通法。 4)加修改邏輯設(shè)計(jì)  適當(dāng)修改邏輯電路，可以消除某些競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)現(xiàn)象。例如，上面分析的電路中，當(dāng)A=C=1時(shí)，由于F=B+B出現(xiàn)了競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)現(xiàn)象。為此，可把表達(dá)式變換一下，根據(jù)常用布爾公式可知：F=AB+BC=AB+BC+AC，在增加了AC項(xiàng)以后，函數(shù)關(guān)系不變，但當(dāng)A=C=1時(shí)，輸出F恒為1，不再產(chǎn)生干擾脈沖。所以，把電路按上式修改，即可消除競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)現(xiàn)象。修改后的電路如圖2-5所示。    圖2-5增加多余項(xiàng)的電路  用增加多余項(xiàng)的方法修改邏輯設(shè)計(jì)，可以消除一些競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)現(xiàn)象

34、，但是，這種方法的適用范圍是有限的。不過(guò)，只有通過(guò)邏輯設(shè)計(jì)使得在轉(zhuǎn)換信號(hào)時(shí)電路中各個(gè)門的輸入端只有一個(gè)變量改變狀態(tài)，輸出就不會(huì)出現(xiàn)過(guò)渡脈沖干擾，從而消除了競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)現(xiàn)象。 5)輸出端并聯(lián)電容器(電容濾出法)  邏輯電路在較慢速度下工作時(shí)，為了消去競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)，可以在輸出端接一個(gè)幾百微法的電容，將其濾出掉。如圖2-6所示，由于電路中存在輸出電阻R。，致使輸出波形上升沿和下降沿的變化變得比較緩慢，對(duì)于很窄的負(fù)跳變脈沖起到平滑的作用，這時(shí)在輸出端便不會(huì)出現(xiàn)邏輯錯(cuò)誤。    圖2-6  電容濾出法 6)卡諾圖法  在卡諾圖中靜態(tài)

35、邏輯冒險(xiǎn)表現(xiàn)在卡諾圖2個(gè)圈的相切處。如表達(dá)式D+ABD+AC用卡諾圖法判斷有無(wú)靜態(tài)邏輯冒險(xiǎn)。首先用卡諾圖(見(jiàn)下圖)表示該邏輯函數(shù)。有2處發(fā)生靜態(tài)邏輯冒險(xiǎn)冒險(xiǎn)：一處是當(dāng)A=B=1，C=0時(shí)，表達(dá)式F=D+D，當(dāng)D由1到0，D由0到1信號(hào)變化的過(guò)程中發(fā)生靜態(tài)邏輯冒險(xiǎn)。另一處是當(dāng)B=C=D=1時(shí)，表達(dá)式F=A+A，當(dāng)A由0到1，A由1到0信號(hào)變化的過(guò)程中發(fā)生靜態(tài)邏輯冒險(xiǎn)。通過(guò)增加冗余項(xiàng)的方法，從根本上消除靜態(tài)邏輯冒險(xiǎn)。    圖2-7  增加冗余項(xiàng)消除靜態(tài)邏輯冒險(xiǎn)  如圖2-7，卡諾圖的相切處用圈鏈起來(lái)，表達(dá)式為F=ACD+ABD+AC+ABC+BCD，這是無(wú)

36、靜態(tài)邏輯冒險(xiǎn)的最簡(jiǎn)式。根據(jù)電路圖，電路的邏輯表達(dá)式為F=ACD+ABD+AC：該電路的輸出級(jí)接收3路信號(hào)，依次分析任意2路信號(hào)可能產(chǎn)生的冒險(xiǎn)。分析結(jié)果，在A=C=1和D=0時(shí)邏輯表達(dá)式為：F=B+B此時(shí)信號(hào)B由0到1時(shí)，發(fā)生靜態(tài)邏輯冒險(xiǎn)。 2.5.2 扇出系數(shù)分析    No為與非門在輸出為低電平UOL時(shí)，能夠驅(qū)動(dòng)同類門的最大數(shù)目。測(cè)試時(shí)，No可由下式計(jì)算：NoIOL/IIS式中IIS指一個(gè)輸入端接地。其余輸入端懸空，輸出端空載時(shí)從接地輸入端流出的電流。一般IIS1.6mA，IOL輸出端為低電平時(shí)能夠灌入的最大電流，一般IIS16mA。一般No8。

37、60;   CMOS電路具有極高的輸入阻抗。要求的驅(qū)動(dòng)電流IIS極小，一般IIS0.1uA.電路的輸出電流IOL也比TTL電路的小得多，在十5v電源電壓下，一般IOL500uA。但是如果以這個(gè)電流來(lái)驅(qū)動(dòng)同類門電路。其扇出系數(shù)將非常大。因此在工作頻率較低時(shí)，可以不需要考慮扇出系數(shù)是否會(huì)受限制。但在高頻工作時(shí)，由于后級(jí)門的輸入電容成為主要負(fù)載，將使扇出系數(shù)受到限制一般N。1020。  TTL、CMOS與集成運(yùn)放之間的接口電路。運(yùn)算放大器的輸出為模擬量，要實(shí)現(xiàn)運(yùn)算放大器對(duì)TTL、CMOS電路的驅(qū)動(dòng)，可采用圖2-8電路：  (a) 運(yùn)算放大器分開(kāi)供電的

38、接口電路    (b) 單電源供電  圖2-8 驅(qū)動(dòng)電路  電路中(a)為運(yùn)算放大器分開(kāi)供電的接口電路，二極管起鉗位作用，可以使TTL或CMOS電路的輸入電平處在UDD和USS(地)之間。R2為限流電阻，可取15k左右。圖(b)為單電源供電方式，利用電阻R2、R3分壓使運(yùn)放的輸出直流電平為UDD2。故可與CMOS直接連接。 2.5.3 電磁干擾的解決     將中心放大電路屏蔽，首先要保證印刷板內(nèi)表面的絕緣，必要時(shí)應(yīng)采取板內(nèi)屏蔽措施，即將高輸入阻抗部分用印刷線在正反面包圍起來(lái)，然后將屏

39、蔽層接入電路中等電位的低阻抗部分，如電壓跟隨器的同、反相端用印刷線包圍后應(yīng)接至輸出端。而反相放大器同、反相端隔離則應(yīng)同系統(tǒng)中地相連，因?yàn)榉聪喾糯笾型?、反相端幾乎為零電平。由于該電路具有高增益特性，任何輸入端微小的噪音都可能造成輸出端很大的干擾，而其同、反相輸入端又極易引入干擾，故在設(shè)計(jì)時(shí)要避免其同任何易產(chǎn)生噪音的元器件相連，如可調(diào)電位器的滑動(dòng)端等。同時(shí)，由于過(guò)長(zhǎng)的引線容易引入噪音干擾，同、反相端的引線也不宜過(guò)長(zhǎng)。   微小電壓放大除了注意高增益時(shí)的注意事項(xiàng)之外，還應(yīng)對(duì)高頻輻射加以足夠的注意。一般應(yīng)將微小放大電路如感應(yīng)同步器的前放、陀螺伺服的前放完全封閉在一個(gè)電磁屏蔽效果好的

40、金屬盒中，其引入、引出線也要嚴(yán)格屏蔽，在引線界面處也不應(yīng)外露。   采用了嚴(yán)格的屏蔽后，有時(shí)可能還難以消除高頻輻射造成的傳導(dǎo)耦合。因此應(yīng)在運(yùn)放同外界連接點(diǎn)包括+Vs、-Vs、同、反相端和輸出端都應(yīng)接入一個(gè)高頻特性都十分好的濾波電容，而且其布線不應(yīng)過(guò)長(zhǎng)。 第三章 數(shù)字電路故障診斷的基本方法 數(shù)字電路的故障常用診斷方法有常規(guī)檢測(cè)法和邏輯法兩種。3.1 常規(guī)檢測(cè)法 （1）直觀檢測(cè)法。該法主要是利用“問(wèn)”、“看”、“聞”、“摸”、“測(cè)”等方法來(lái)判別故障的大致部位?！皢?wèn)”主要是對(duì)用戶進(jìn)行詢問(wèn)，了解有哪些異?，F(xiàn)象，這樣可使維修人員少走彎路，減少麻煩?！翱础本褪怯^察設(shè)

41、備有無(wú)被腐蝕、破損、電源熔絲是否燒斷、導(dǎo)線有無(wú)短路或短路、電子元器件有無(wú)色變或滲液及脫落、插件有無(wú)松動(dòng)，同時(shí)電路通電后仔細(xì)觀察電子元器件有無(wú)冒煙等，從而進(jìn)行故障定位?！奥劇碑?dāng)電子元器件通過(guò)大電流時(shí)，一般會(huì)產(chǎn)生異味，因此可利用人的嗅覺(jué)來(lái)判斷故障范圍?！懊本褪强捎媒佑|元器件，如果IC芯片、三極管等的外殼發(fā)熱過(guò)度，也會(huì)造成電路產(chǎn)生故障。“測(cè)”就是用專用的檢測(cè)設(shè)備對(duì)診斷電路進(jìn)行測(cè)試，確定有無(wú)故障及故障定位。常用的檢測(cè)設(shè)備有萬(wàn)用表、示波器、信號(hào)發(fā)生器、邏輯筆、數(shù)字集成電路測(cè)試儀、邏輯分析儀等。 （2）順序檢測(cè)法。一是由輸入級(jí)向輸出級(jí)逐級(jí)檢查，采用該方法通常需要在輸入端加相應(yīng)信號(hào)，然后沿著信號(hào)的流向逐級(jí)

42、向輸出級(jí)進(jìn)行測(cè)量，直到發(fā)現(xiàn)故障為止。二是由輸出級(jí)逐級(jí)向輸入級(jí)檢查，當(dāng)發(fā)現(xiàn)信號(hào)不正常時(shí)，這時(shí)可以從故障級(jí)開(kāi)始逐級(jí)進(jìn)行檢測(cè)，直到檢測(cè)出有正常信號(hào)的一級(jí)為止。 （3）比較法。這也是查找故障的常用方法，為了盡快找到故障，常將故障電路主要關(guān)鍵點(diǎn)測(cè)試參數(shù)與正常工作的同類型電路對(duì)應(yīng)測(cè)試點(diǎn)測(cè)試值相比較，從而查出故障。3.2 邏輯檢查法 邏輯檢查法是針對(duì)數(shù)字電路邏輯故障而形成的檢測(cè)方法，主要是利用邏輯電路輸入變量的所有可能的取值作為測(cè)試碼集合，然后輸入邏輯電路并觀察電路輸出是否符合邏輯功能，常用的方法有群舉測(cè)試法和偽群舉測(cè)試法。（1）群舉測(cè)試法。群舉測(cè)試法是指在被測(cè)試電路的輸入端輸入所有可能存在的輸入信號(hào)，作為

43、測(cè)試碼，然后觀察被測(cè)電路輸出是否符合電路邏輯功能的故障檢測(cè)方法。群舉測(cè)試法的步驟是先找到用于檢測(cè)電路中可能存在的故障的測(cè)試碼集合，把他們加入待測(cè)電路，同時(shí)檢測(cè)出電路的響應(yīng)，即可實(shí)現(xiàn)故障檢測(cè)。 （2）偽群舉測(cè)試法。為了克服群舉測(cè)試法中測(cè)試碼過(guò)多、測(cè)試時(shí)間長(zhǎng)的缺陷，在實(shí)際測(cè)試時(shí)，往往先把電路進(jìn)行合理分塊，且每一個(gè)被劃分的電路都進(jìn)行群舉測(cè)試法，從而使操作簡(jiǎn)單。第四章 基本數(shù)字電路的故障解決辦法 4.1 邏輯測(cè)試儀的引入  邏輯分析儀（LA，Logic Analyzer）是以單通道或多通道實(shí)時(shí)獲取與觸發(fā)事件相關(guān)的邏輯信號(hào)、并顯示觸發(fā)事件前后所獲取的信號(hào)、供軟件及硬件分析的

44、一種儀器。它能夠用表格、波形或圖形等形式顯示具有多個(gè)變量的數(shù)字系統(tǒng)的狀態(tài)，也能用匯編形式顯示數(shù)字系統(tǒng)軟件，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)字系統(tǒng)硬件和軟件的測(cè)試。隨著微處理器技術(shù)在邏輯分析儀中的普遍應(yīng)用，使邏輯分析儀能夠更加方便地用于微處理器系統(tǒng)的調(diào)整與維護(hù)5。 4.1.1 邏輯分析儀的分類  邏輯分析儀包括邏輯狀態(tài)分析儀和邏輯定時(shí)分析儀。邏輯狀態(tài)分析儀（LSA，Logic State Analyzer）以二進(jìn)制、十六進(jìn)制或ASC碼等的狀態(tài)顯示被測(cè)邏輯狀態(tài)，由被測(cè)系統(tǒng)提供采集數(shù)據(jù)的時(shí)鐘脈沖，側(cè)重于軟件分析。邏輯定時(shí)分析儀（LTA，Logic Timer Analy

45、zer）以時(shí)域波形的形式顯示被測(cè)信號(hào)，由邏輯分析儀自身提供采集數(shù)據(jù)的時(shí)鐘脈沖，主要用于硬件分析。   目前，邏輯分析儀一般都具有邏輯狀態(tài)分析儀和邏輯定時(shí)分析儀所具備的功能，已被廣泛應(yīng)用于數(shù)字集成電路、印制板系統(tǒng)、微處理器系統(tǒng)等數(shù)字系統(tǒng)的測(cè)試中。  4.1.2  邏輯分析儀的特點(diǎn)   與示波器相比較，邏輯分析儀具有以下特點(diǎn)：  （1）檢測(cè)方法和范圍   邏輯分析儀利用時(shí)鐘脈沖進(jìn)行采樣，可以顯示觸發(fā)前后的邏輯狀態(tài)，顯示范圍等于時(shí)鐘脈沖周期乘以存儲(chǔ)容量。而示波器只能顯示觸發(fā)后掃描時(shí)間設(shè)定范圍

46、內(nèi)的波形。  （2）輸入通道   邏輯分析儀是以單通道或多通道實(shí)時(shí)獲取與觸發(fā)事件相關(guān)的邏輯信號(hào)，并顯示觸發(fā)時(shí)間前后所獲得的信號(hào)，給予信號(hào)分析的一種儀器。它可以提供表格、波形或圖形形式來(lái)顯示變量的數(shù)字系統(tǒng)狀態(tài)。對(duì)比于示波器，邏輯分析儀利用時(shí)鐘脈沖進(jìn)行采樣，可以顯示觸發(fā)前后的邏輯狀態(tài)，宣誓范圍廣，而示波器只能掃描觸發(fā)后設(shè)定的時(shí)間范圍。在輸入通道上，邏輯分析儀容易實(shí)現(xiàn)多通道輸入，例如8通道、16通道，甚至更多。 （3）觸發(fā)方式   邏輯分析儀采用數(shù)字方式觸發(fā)；能夠根據(jù)多通道邏輯組合進(jìn)行觸發(fā)，故可以實(shí)現(xiàn)與系統(tǒng)動(dòng)作同步觸發(fā)；可以用隨機(jī)

47、窄脈沖進(jìn)行觸發(fā)；并能夠進(jìn)行多級(jí)按順序觸發(fā)。從而提高測(cè)試效率，擴(kuò)展邏輯分析儀的應(yīng)用。  （4）顯示方式   邏輯分析儀能夠低速讀出存入存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)，然后采用多種方式顯示，而且可以采用與被測(cè)系統(tǒng)同樣的方法處理、顯示數(shù)據(jù)，更加符合被測(cè)系統(tǒng)的實(shí)際工作情況，測(cè)量結(jié)果真實(shí)可靠。  （5）比較功能   邏輯分析儀一般有參考存儲(chǔ)器和跟蹤存儲(chǔ)器兩套存儲(chǔ)器。參考存儲(chǔ)器用于存放系統(tǒng)正常工作的數(shù)據(jù)。跟蹤存儲(chǔ)器用于存放系統(tǒng)實(shí)際工作時(shí)跟蹤測(cè)試所得的數(shù)據(jù)。在測(cè)試過(guò)程中，兩套存儲(chǔ)器的內(nèi)容可以根據(jù)設(shè)置條件進(jìn)行比較，能夠方便地找出系統(tǒng)故障的原因與位置

48、。  4.2 集成數(shù)字電路的解決辦法 隨著微電子技術(shù)、通信技術(shù)及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展和大規(guī)模集成電路的廣泛應(yīng)用，電子設(shè)備數(shù)字電路板級(jí)故障維修越來(lái)越復(fù)雜，測(cè)試難度越來(lái)越大，測(cè)試費(fèi)用越來(lái)越高6。據(jù)專家估計(jì)，當(dāng)前設(shè)備的測(cè)試成本已占到總成本的1/3，在這種形勢(shì)下，依賴人工分析和常規(guī)測(cè)試工具的電路板故障診斷和維修逐漸暴露其弱點(diǎn)，變得不現(xiàn)實(shí)也不經(jīng)濟(jì)，而基于自動(dòng)測(cè)試設(shè)備和測(cè)試程序集的電路板自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)逐漸受到工業(yè)界的青睞。4.2.1 基于自動(dòng)測(cè)試設(shè)備和測(cè)試程序集的電路板自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)采用自動(dòng)測(cè)試技術(shù)和自動(dòng)測(cè)試設(shè)備（ATE）實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的智能化檢測(cè)和故障診斷已經(jīng)在發(fā)達(dá)國(guó)家（如美國(guó)、德

49、國(guó)等）日漸發(fā)展成熟起來(lái)，并成為從整體解決電子設(shè)備維修保障問(wèn)題最經(jīng)濟(jì)有效的手段。目前，自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)（ATS）由三個(gè)主要部分組成7：自動(dòng)測(cè)試設(shè)備（ATE）、測(cè)試程序集（TPS）和測(cè)試運(yùn)行環(huán)境（TE），如圖4-1。其中ATE由測(cè)試/測(cè)量?jī)x器、控制測(cè)試/測(cè)量設(shè)備和TPS運(yùn)行的主控計(jì)算機(jī)、轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、通信總線，接收器和系統(tǒng)軟件組成。TPS由被測(cè)電路板UUT診斷程序、連接ATE和UUT的測(cè)試夾具、引導(dǎo)測(cè)試操作和TPS執(zhí)行文檔組成；測(cè)試環(huán)境則包括ATS結(jié)構(gòu)說(shuō)明、測(cè)試編程語(yǔ)言、開(kāi)發(fā)工具、UUT設(shè)計(jì)需求的標(biāo)準(zhǔn)描述格式和測(cè)試方案信息組成。  圖4-1 自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)組成圖4.2.2 基于LASAR

50、仿真的數(shù)字電路測(cè)試生成  自動(dòng)測(cè)試設(shè)備（ATE）主要用于提供一個(gè)實(shí)現(xiàn)電子裝備電路板維修測(cè)試與故障診斷的自動(dòng)化平臺(tái)，其作用的發(fā)揮，是通過(guò)針對(duì)被測(cè)對(duì)象（UUT）編寫專門的測(cè)試程序和測(cè)試運(yùn)行環(huán)境來(lái)完成的。所以，高效的電路板測(cè)試程序集TPS開(kāi)發(fā)是電路板故障維修的關(guān)鍵8。而原始電路板測(cè)試程序集開(kāi)發(fā)完全依賴于開(kāi)發(fā)人員的電路分析能力和維修經(jīng)驗(yàn)，開(kāi)發(fā)的測(cè)試程序集數(shù)據(jù)與程序不能分離，開(kāi)發(fā)的效率也不高，所以尋找有效的測(cè)試程序集輔助開(kāi)發(fā)工具是關(guān)鍵。    圖4-2  LASAR仿真軟件圖形用戶界面  數(shù)字電路板仿真軟件LASAR（Logic Automat

51、ic Stimulus and Response邏輯自動(dòng)激勵(lì)與響應(yīng)）是一個(gè)用于數(shù)字電路測(cè)試程序開(kāi)發(fā)和邏輯分析的仿真軟件系統(tǒng)，由于它在數(shù)字電路測(cè)試程序開(kāi)發(fā)領(lǐng)域有著突出的作用，人們習(xí)慣上將它稱為數(shù)字電路故障仿真軟件，其圖形用戶界面如圖4-2，通過(guò)LASAR仿真軟件系統(tǒng)，電路板測(cè)試工程師在初步理解被測(cè)試電路原理與設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，就可以根據(jù)功能測(cè)試需要寫出與電路。  邏輯功能相對(duì)應(yīng)的測(cè)試激勵(lì)，通過(guò)LASAR軟件的好板電路仿真，得到電路對(duì)這些測(cè)試激勵(lì)的實(shí)際響應(yīng)，即電路的好板仿真；另外，LASAR仿真軟件還提供電路板的故障仿真功能，測(cè)試工程師可以根據(jù)實(shí)際維修和診斷需要，人為或自動(dòng)在電路模型中插入故

52、障點(diǎn)，再借助LASAR故障仿真得到電路板的故障響應(yīng)和故障特征，最終得到故障覆蓋率和隔離率指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)試激勵(lì)做量化評(píng)估和電路的故障仿真?；贚ASAR數(shù)字仿真的電路板測(cè)試生成流程如圖4-3，整個(gè)流程分被測(cè)單元模型化、好板仿真、故障仿真和后處理四個(gè)大部分，下面對(duì)每一步輸入/輸出數(shù)據(jù)及內(nèi)部過(guò)程作介紹。    圖4-3  基于LASAR數(shù)字仿真的電路板測(cè)試生成流程圖 （1）電路仿真模型的建立  建立仿真模型是仿真工作的第一步，包括器件模型和電路模型的建立。LASAR的電路模型就是被測(cè)電路中所用器件之間的連接關(guān)系，其輸入方式有CAD系統(tǒng)轉(zhuǎn)換、

53、原理圖提取、反向原理圖提取和手工輸入四種。LASAR器件模型提供電路板上器件的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)和輸入/輸出時(shí)序（延遲時(shí)間、建立時(shí)間和保持時(shí)間等），每一器件模型都由.las、.tfu、.fva和.fam四個(gè)文件組成。LASAR軟件包含4268個(gè)中小規(guī)模集成電路模型、593個(gè)大規(guī)模超大規(guī)模集成電路，429個(gè)可編程邏輯器件和185個(gè)ASIC/FPGA設(shè)計(jì)用宏單元，器件庫(kù)基本涵蓋了八十年代中期的通用器件和常用器件，如74系列和54系列、80286和Z80系列以前的CPU，現(xiàn)有國(guó)產(chǎn)電子裝備電路板器件模型基本上可以在LASAR庫(kù)中精確找到或找到替換器件模型9。而對(duì)于復(fù)雜器件，如CPU、專用ASIC和VLSI,

54、可以通過(guò)LASAR支持的兩類器件模型：硬件模型（如TERADYNE公司的D300和SYNOPSYS公司的ModelSource）和軟件模型（如SYNOPSYS公司的SMARTMODEL），通過(guò)LMACCESS和SWIFT接口來(lái)實(shí)現(xiàn)LASAR電路的嵌入式仿真。 （2）數(shù)字電路的邏輯仿真  電路的邏輯分析包括功能分析和時(shí)序分析，而LASAR將兩者有機(jī)結(jié)合起來(lái)考慮，通過(guò)對(duì)電路板上每個(gè)器件進(jìn)行最壞定時(shí)分析、相關(guān)性分析和信號(hào)強(qiáng)度分析，確定UUT電路中是否存在時(shí)序冒險(xiǎn)或邏輯沖突錯(cuò)誤和電路設(shè)計(jì)是否符合預(yù)期的功能和性能的要求、確定仿真建立的模型、給定的激勵(lì)信號(hào)是否正確，最終經(jīng)過(guò)修改并刪除信

55、號(hào)傳輸過(guò)程中引入的公共模糊區(qū)而獲得無(wú)故障（好板）電路的正確行為、時(shí)序及仿真響應(yīng)。在模擬過(guò)程中，SIMUL把被測(cè)板的每個(gè)結(jié)點(diǎn)對(duì)每條向量響應(yīng)都記錄下來(lái)，可以利用PERUSE以波形的方式來(lái)顯示各個(gè)結(jié)點(diǎn)對(duì)每條向量的響應(yīng)（即實(shí)現(xiàn)軟探筆的功能）。 （3）數(shù)字電路的故障仿真  故障仿真用于評(píng)價(jià)測(cè)試激勵(lì)的故障檢測(cè)能力。LASAR每次在被測(cè)試模型中插入故障類型，然后將測(cè)試激勵(lì)順序施加給被測(cè)試板模型，并將其響應(yīng)與好板相應(yīng)的響應(yīng)周期性地做比較，如果不匹配，LASAR認(rèn)為檢測(cè)出了這個(gè)故障，否則沒(méi)有。并在此基礎(chǔ)上得出故障覆蓋率和故障隔離率指標(biāo)。LASAR支持固定為0、固定為1、固定為Z、固定為X，開(kāi)

56、路為0、開(kāi)路為1、開(kāi)路為Z、開(kāi)路為X，MOS開(kāi)路、MOS短路和短路共11種故障。LASAR故障仿真給出的測(cè)試激勵(lì)對(duì)各種節(jié)點(diǎn)級(jí)故障的故障覆蓋率和總的故障指標(biāo)具體如下：  評(píng)價(jià)每條測(cè)試向量的故障檢測(cè)能力（按向量順序給出）：    4       6.1 +  0.0% *  5       6.9 +  0.0% 

57、;*   6       19.3 +  0.0% *   7       21.1 +  0.0% *   8       25.6 +  0.0% * 報(bào)告對(duì)各種故障（如固定0和固定1）的覆蓋率及

58、總的故障覆蓋率：(如表4-1) 表4-1 各種故障的覆蓋率及總的故障覆蓋率  FAULT  DETECTION  SUMMARY   Fault    Category  Faults AnalyzedFaultsNot Detected Possible Detection Definite Detection TOTAL COVERAGE Stuck-at-0    3262   0.6%0 

59、  0.0%324  99.4%99.38% Stuck-at-1   341  4   1.2%  0   0.0%337  98.8% 98.82%  TOTAL 667 6   0.9% 0   0.0%661  99.1%99.10%報(bào)告激勵(lì)可能探測(cè)的故障：   

60、; * <D23>19/1  <D23>51  <D23>15/1  <D7>2<D7>3 報(bào)告激勵(lì)不能探測(cè)的故障：   <D36>1/1   <D28>1/1   <D28>3/1（4）國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字測(cè)試可交換格式DTIF（IEEE1445）數(shù)據(jù)  LASAR后處理LSRTAP生成的TAP文件數(shù)據(jù)包括電路板功能

61、測(cè)試、故障字典檢測(cè)和探筆引導(dǎo)診斷三種可獨(dú)立或混合的測(cè)試數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)格式已被IEEE制定為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字測(cè)試交換格式10（DTIFDigital Test Interchange Format），數(shù)據(jù)獨(dú)立于數(shù)字自動(dòng)測(cè)試程序生成器（DATPGDigital Automatic Test Program Generators）和測(cè)試系統(tǒng)，為基于數(shù)字仿真的TPS的開(kāi)發(fā)和交付提供了一種標(biāo)準(zhǔn)的信息內(nèi)容和數(shù)據(jù)格式，保證了LASAR開(kāi)發(fā)的測(cè)試程序能100%滿足于后續(xù)不同自動(dòng)測(cè)試設(shè)備的使用。 4.2.3  基于仿真和ATE的數(shù)字電路板自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)  圖4-4是基于VXI總線為主體的S

62、pectrum-9023型（VXI、GPIB和MX總線混合）自動(dòng)測(cè)試設(shè)備的電路板自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)和測(cè)試診斷平臺(tái)，Spectrum-9023型ATE   圖4-4 基于Specdtrum-9023型自動(dòng)測(cè)試設(shè)備的電路板自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)  完全支持LASAR生成的后處理文件。其過(guò)程是：首先應(yīng)用LASAR數(shù)字仿真軟件按照上述提到的測(cè)試數(shù)據(jù)開(kāi)發(fā)程序，實(shí)現(xiàn)電路板的測(cè)試數(shù)據(jù)生成，再通過(guò)ATE（數(shù)字通道采用Teradyne M920、模擬采用Agilent儀器儀表）攜帶的Lsrimport工具把LASAR生成的標(biāo)準(zhǔn)DTIF文件TAP文件轉(zhuǎn)換成ATE測(cè)試本身

63、支持的DTB（數(shù)字測(cè)試二進(jìn)制）文件進(jìn)行測(cè)試和診斷，測(cè)試程序運(yùn)行環(huán)境采用基于WEB頁(yè)的Teststudio軟件，整個(gè)測(cè)試過(guò)程不需要其它的人工干預(yù)，真正實(shí)現(xiàn)程序和測(cè)試的分離，有效地提高了電路板測(cè)試的自動(dòng)化程度和診斷效率。 第五章 數(shù)字電路應(yīng)用中故障總結(jié) 數(shù)字電路故障診斷系統(tǒng)研制的最終目的是要開(kāi)發(fā)出針對(duì)數(shù)字電路故障診斷的軟件包，使得在數(shù)字電路發(fā)生故障的時(shí)候，只需要利用該軟件對(duì)故障電路和電路的網(wǎng)表文件進(jìn)行分析就能確定故障點(diǎn)的范圍，然后再使用物理手段如電子束探測(cè)等方法最終確定故障點(diǎn)及故障類型，從而大大的縮短查找故障所發(fā)費(fèi)的時(shí)間?，F(xiàn)在我們使用的數(shù)字電路，根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)，我們已經(jīng)在設(shè)計(jì)的時(shí)候就開(kāi)始考慮數(shù)字電路故障的解決方法，通過(guò)對(duì)電路的改進(jìn)，使之具有可測(cè)試性，從而簡(jiǎn)化對(duì)系統(tǒng)的檢測(cè)操作，基于以上目的，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的“數(shù)字電路故障診斷系統(tǒng)”由電路建模、故障列表的提取和壓縮、測(cè)試向量生成和故障診斷定位4部分組成。 5