[转发]数字电路检修方法和特点

张腊喜

解放军第422中心医院器械科

微处理器(MPU)、智能仪器、脉冲电路、大规模集成电路在医疗仪器设备中应用日益广泛，数字电路的维修已成为医学工程技术人员所必须掌握的基本技能。但由于数字脉冲电路的复杂性及其维修方法的特殊性，许多维修技术人员尤其是中小医院的工程技术人员有所畏难，不知如何着手。笔者结合自己多年来的维修经验，简单地谈谈数字电路的一般检修方法，以供同行参考。

一 数字检测设备

原来适用于一般医疗设备维修的电子仪器，大部分已不适应数字电路的维修。因此，在维修数字电路前，应首先具备维修数字电路所必须的专用电子检测仪器，一般有：数字多用表，逻辑探针，逻辑脉冲源，脉冲示波器，电流跟踪仪，逻辑分析仪及其它专用检测设备。

二 组合逻辑电路的特点

组合逻辑电路其任一时刻的输出取决于该时刻的输入，而与以前各时刻的输入无关。常见的组合逻辑电路有编码器、译码器、半加器、全加器，结构相对简单，维修可按照电路的逻辑功能，通过逻辑脉冲源产生激励信号作为输入，利用多用表或逻辑探针测试电路的输出状态(“高电平”、“低电平”、或“高阻”)，以确定具体单元电路的好坏。

常见故障原因有：

1. 输入或输出开路。

当TTL电路输入悬空相当于输入处于“高电平”状态，对于输入来说可能阻塞前级过来的输入信号，对于输出来说，将使受该输出激励的所有下级电路的输入为高电平，可能导致逻辑功能的改变。

2. 输入或输出对地短路。

当对地短路时，输入或输出将始终保持“低电平”，同样将导致逻辑功能的改变，发生故障。

3. 输入或输出对电源短路。

输入或输出对电源(VCC，+5V)短路将始终保持“高电平”，影响信号的输入或输出，使逻辑功能混乱，发生故障。

4. 集成电路故障

集成电路故障将导致整个与其相关的电路逻辑功能发生改变，影响该电路的正常运行。对怀疑损坏的IC可进行功能测试或替代法来确定。

三 含有时序逻辑电路的数字电路特点

时序逻辑电路其任一时刻的输出不仅取决于该时刻的输入，而且还与过去各时刻的输入有关。常见的时序逻辑电路有触发器、计数器、寄存器等。由于时序逻辑电路具有存储或记忆的功能，检修起来就比较复杂。

带有时序逻辑电路的数字电路主要故障分析：

1. 时钟

时钟是整个系统的同步信号，当时钟出现故障时会带来整体的功能故障。时钟脉冲丢失会导致系统数据总线、地址总线或控制总线没有动作。时钟脉冲的速率、振幅、宽度、形状及相位发生变化均可能引发故障。

2. 复位

含有微处理器(MPU)的设备，即使是最小系统，一般都具有复位功能。复位脉冲在系统上电时加载到MPU上，或在特定情况下使程序回到最初状态(例如，看门狗Watchdog程序)。当复位脉冲不能发生、信号过窄、信号幅度不对、转换中有干扰或转换太慢时，程序就可能在错误的地址启动，导致程序混乱。

3. 总线

总线传递指令系列和控制事件，一般有地址总线、数据总线和控制总线。当总线即使只有一位发生错误时，也会严重影响系统功能，出现错误寻址、错误数据或错误操作等。总线错误可能发生在总线驱动器中，也可能发生在接收数据位的其它元件中。

4. 中断

带微处理器(MPU)的系统一般都能够响应中断信号或设备请求，产生控制逻辑，以暂时中断程序执行，转到特殊程序，为中断设备服务，然后自动回到主程序。中断错误主要是中断线路粘附(此时系统操作非常缓慢)或受到干扰(系统错误响应中断请求)。

5. 信号衰减和畸变

长的并行总线和控制线可能会发生交互串扰和传输线故障，表现为相邻的信号线出现尖峰脉冲(交互串扰)，或驱动线上形成减幅振荡(相当于逻辑电平的多次转换)，从而可能加入错误数据或控制信号。发生信号衰减的可能原因比较多，常见的有高湿度环境、长的传输线、高速率转换等。而大的电子干扰源会产生电磁干扰(EMI)，导致信号畸变，引起电路的功能紊乱。

四 数字电路的检修程序和方法

在检修数字电路之前应尽可能熟悉系统的结构原理和电路，然后是分析故障的表征特性，尽可能地缩小故障产生的范围。较高档的医疗设备一般带有自诊断程序，可充分利用它查找故障，将故障定位到较小范围。

1．检查电源

数字电路较常采用±5V、±15V、±12V电源。当电源对地短路或电源稳定性差都可能导致系统故障，表现为系统无反应、系统程序紊乱等。一般来说，电源对地短路是因为电容(去耦电容)短路产生的，找到故障电容最好的办法是采用电流跟踪仪跟踪短路电流，没有电流跟踪仪的就只好将电路分单元查找替换。

2. 检查时钟

时钟电路一般由石英晶体电路组成(也有采用RC振荡电路的)。根据经验，石英晶体较易损坏。可用示波器测试时钟信号的频率、振幅、相位，或简单地用逻辑探针检测时钟脉冲的有无。对各个单元电路的时钟均应检测，以防断线、松脱、干扰等引起时钟脉冲的不正确。

3. 检查总线

用逻辑探针检查总线上是否有脉冲活动。若总线上没有脉冲活动，可继续检查总线驱动器输入端有无脉冲信号、驱动器是否在允许状态、驱动器是否响应激励等，来确定故障是否是由于总线驱动器引起的，然后轮流检查每一个总线接收者。另外，可以关掉电源，用多用表检查总线各线的对地电阻，如果所有线的阻值一样，那么总线估计正常；如果一条或多条线的阻值与其余的不同，那么该线值得怀疑；如果有两根线的阻值相同，而又高于或低于其它的线，那么这两条线可能相互短路了。

4. 检查关键的脉冲信号

用逻辑探针、示波器或逻辑分析仪观察复位、使能、选通、读写、中断、读内存等控制信号，可以较好地判断集成电路(IC)是否正常工作。当复位信号有效时，IC输出应被清零或置位，程序应回到初始状态运行；当使能信号有效而时钟脉冲正常时，IC数据线上应有脉冲活动；当逻辑探针连到读内存线上，而指示灯没有闪烁显示(即读内存线上没有脉冲活动)，说明微处理器可能在程序的某处卡住了，因为每一条指令读地址处存储器时，读内存线上通常是应有脉冲信号的；对于中断信号，可用逻辑探针来观察是否发生中断线路粘附，也可通过外加直流电压或低电平来控制(允许或禁止)被测试的中断。

5. 检查接口

接口卡、印刷板与插座插接时可能松脱或偏离中心导致接触不良而引发故障，实际上很多故障的确是由此产生的，对此可用无水酒精擦拭清洁接口后再重新插接固定。另外数字系统还常常通过外部通信线路(RS232、MODEM、IEEE-488等)与其它系统连接，而连接线通常很长，还可能暴露于电子干扰源下，例如继电器、电机、变压器、大型X线机、阴雨天闪电等，连接口接触不良和电子干扰源的电磁干扰(EMI)均可能会产生错误的数据传送，甚至损坏相关的元件。对电磁干扰最好找出干扰源后排除它，其次可改善工作环境(如湿度和温度等)，加强屏蔽，或改用屏蔽性能好的连接线。

数字电路的检修有许多方法技巧，必须通过长期实际工作摸索总结经验，才能更好地诊断、发现、排除故障，提高数字电路的维修技术水平。