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數字電路的設計方法范文1
Abstract： The introduction of the new course is an art of teaching， the successful introduction of new course can quickly attract the attention of students， and it is a successful half of the class. According to the characteristics of the course of "digital circuit and logic design"， which is rich in content， theoretical abstraction， large span and strong practicality， this paper puts forward several specific new course introduction methods and applies them to the teaching process. Practice had proved that dull knowledge became lively and cheerful with these methods，and students took part in all discuss in classroom actively to improve the teaching and then successfully fulfill it.
Key words： the introduction of the new course；digital circuit and logic design；the teaching
中圖分類號：G642.3 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）11-0181-02
0 引言
《數字電路與邏輯設計》課程是測控技術與儀器、電子信息工程、電氣工程及自動化、計算機等專業的一門專業基礎課程。該課程詳細介紹了數字邏輯的基礎內容、邏輯門電路、組合邏輯電路、鎖存器和觸發器、時序邏輯電路、脈沖波形的變換與產生、數模與模數轉換、存儲器和可編程邏輯器件[1]。該課程結合集成芯片，進行系統而廣泛的描述，旨在培養學生了解和掌握典型數字集成電路的基本知識、使用方法和設計要點的基本技能。
該課程是許多專業的學生接觸的第一門與實際電子、電器緊密相關的一門課程，更是學生學習今后專業課的基礎。如何引導學生盡快入門，并且學好該課程，是教師需要認真考慮的一個重要問題。本文重點從新課導入方法來闡明如何學好該課程，因為良好的開端是成功的一半。新課導入引人入勝，可以產生凝聚效應，即凝聚學生的注意力、思想、情感，進而對該課程產生學習興趣。本人根據教學經驗的積累，將多種實用的導入方法總結歸納，根據知識點的特點，采用不同的新課導入方式，以期達到最有效的教學效果。
1 新課導入方法
1.1 史料法導入
《數字電路與邏輯設計》課程比較枯燥，教師如果適時、合理地將與該課程有關的歷史人物或事件引入該課程，必將為枯燥的課程帶來幾分生動，同時激發學生的求知欲。如講授數字電路與數字信號基礎知識的時候，首先介紹電子技術的發展歷程，從1906年福雷斯特等發明電子管，到1948年肖克利等發明晶體管。從60年代初出現的只有4個邏輯門的小規模集成電路，到目前使用的超大規模集成電路。每當電子器件有一次變革，電子技術就有一次突破性進展。每當電子器件發生變革的時候都伴隨著與歷史人物有關的有趣的小故事。通過歷史人物的故事，加深學生對電子器件的認識。這樣，很容易激發學生的學習興趣，促使他們認真地去學習各種電子器件，并且深深體會每種器件所代表的時代特征，為后續知識的學習奠定基礎。
1.2 溫故導入
溫故而知新是一種由已知向未知的導入方法，傳統、簡單、有效。通常以舊知識為鋪墊，采用提問的方式復習已學知識，找出已學知識與新知識相聯系的紐帶，自然地過渡到對新知識的學習。這樣既可以鞏固所學知識，又可以幫助學生全面認識事物，提升學生的分析能力以及對知識的融匯貫通能力。比如講授二進制數的算數運算時，先在黑板上給出一個十進制數，讓學生轉換成相應的二進制數、八進制數和十六進制數，這樣不但復習了不同的數制，而且可以順利引入二進制數的算數運算。因為加強了學生對十進制數到二進制數之間的轉換之后，再來學進制數的運算就會事半功倍。
1.3 實例導入
實例導入即通過舉例子或者練習題來回憶舊知識，并且很自然地過渡到新知識。比如，在最小項和卡諾圖講解結束，將要講邏輯函數的卡諾圖化簡時。首先，給出一個邏輯函數表達式，接著提問學生“該表達式是不是最小項表達式？如果不是則寫出其最小項表達式的形式和最小項編號的形式”；然后，根據學生已經寫好的最小項表達式填寫卡諾圖，這樣就通過一個例子將最小項和卡諾圖的相關知識回憶和應用了一遍；最后，針對題目所給的邏輯函數表達式提問學生“該表達式是不是最簡的形式呢？若不是該如何化簡？”這時學生很自然地會用代數化簡法進行化簡，化簡完成之后告訴學生代數化簡法的缺點并引出卡諾圖化簡法。即代數化簡法要求熟練掌握邏輯代數的基本定律，而且需要一些技巧，特別是經代數法化簡后得到的邏輯表達式是否是最簡式較難掌握，這就給使用代數化簡法帶來一定的困難，使用卡諾圖化簡法可以比較簡單而直觀地得到最簡邏輯表達式。那么，這個時候學生自然會被卡諾圖化簡法所吸引，順理成章進入新課程。
再比如，當講解到編碼器時，在講解之前先舉一個大家很熟悉的例子，即每個學生都有一個學號，名字可以重名，但是學號是唯一的，這就是用十進制數將學生進行了編碼。緊接著提出“在數字電路里面，什么是編碼呢？”帶著該問題引入到新課的學習中。
以實例為橋梁導入新課的方法有很多種方式，都是通過舉例吸引學生注意力，并且強化學生對理論知識的運用，使師生之間更容易產生互動。
1.4 對比導入
所謂對比導入就是根據新舊知識的關聯點、異同點，采用正反對比的方式導入新課?！稊底蛛娐放c邏輯設計》課程中功能相反、思路相反的例子很多。組合邏輯電路的分析與設計、時序邏輯電路的分析與設計、編碼器與譯碼器等等。在講授這些內容時，應用對比法導人可以使學生加深對所學知識的理解與掌握。
比如，組合邏輯電路的分析講解結束，將要講組合邏輯電路的設計時。首先，回顧組合邏輯電路的分析，即已知條件是邏輯電路，待求條件是邏輯功能；然后，緊跟著提問學生“如果反過來，即已知條件是邏輯功能，待求條件是邏輯電路，又該如何解決呢？”由此過渡到新課，即組合邏輯電路的設計。同樣，同步時序邏輯電路的分析講解結束之后，依然采用對比導入方式引出并講解同步時序邏輯電路的設計。
又比如，在講授譯碼器時，通過回顧編碼器的工作過程對比引入譯碼器的工作過程。即先列出三位二進制編碼器的編碼表，然后說明譯碼器和編碼器的工作過程相反，編碼器是將某種信號或十進制數碼（輸入）編成二進制代碼（輸出），譯碼器則是將二進制碼（輸入）按其編碼時的原意譯成對應的信號或十進制數碼（輸出），從而很容易列出三位二進制譯碼器的狀態表。這樣，通過對比的方式回顧并學習了編碼器的知識和譯碼器的狀態表之后，再介紹譯碼器的其余知識就會很容易，學生也會很好地區別和理解編碼器及譯碼器。同樣，數據分配器和數據選擇器、數～模轉換器和?！珨缔D換器、鎖存器和觸發器等很多內容的講解都可以采用對比的方式。
1.5 實物導入
《數字電路與邏輯設計》課程是一門應用性、實用性都很強的課程，如果教師能恰當地選擇一些與講課內容密切相關又符合學生認知能力的電子小產品來導入新課，也不失為一種引發學生興趣，培養解決實際問題的好方法。在講組合邏輯電路設計時，筆者以“設計好的一個切實可行的表決器”為例導入新課，告訴學生們學完今天的內容，你就會做表決器，甚至更復雜的電子產品。這樣理論和實際一下子聯系起來了，學生們也一下子來了精神。此時，教師適時提問“實際中的表決器有什么特點？它屬于什么電路？怎樣實現呢？”這樣因勢利導地切入正題引入這節課要講的內容。教師要善于引用學生熟悉的現象、事例來導入新課，使學生有一種親切感和實用感，從而激發學生興趣，讓學生真正感受到學習了此課程我就可以做什么。
再比如，在講授典型的時序邏輯電路的時候，將已經設計好的計數器帶入教室，讓學生們先了解一下其功能，以及現實生活中經常用到計數器的地方，加強理論與實際的聯系；然后通過提問學生“計數器的電路是如何來設計的？怎樣實現呢？”這樣不僅可以有效地吸引學生注意力，而且很自然地過渡到新知識的講解。需要實物導入的地方很多，再比如單穩態觸發器、施密特觸發器、多諧振蕩器等的講解都可以采用實物導入的方式，通過實物加深學生對理論知識的理解與鞏固，提升學生的感性認識，從而使枯燥的課堂變得活躍、充滿學習熱情。
2 結束語
新課導入是課堂教學中一個必不可少的環節，是教師引導學生參與學習的過程和手段，也是教師必備的一項基本的教學技能，有效的課堂導入可以充分體現學生的主體地位和教師的主導作用。通過上述方法的實踐證明：一些成功的、高效的新課導入可以開啟學生的思維，提高教W質量，為學生后續專業課的學習奠定良好的基礎。
參考文獻：
[1]白彥霞，張秋菊.數字電子技術基礎[M].北京：北京郵電大學出版社，2009.
數字電路的設計方法范文2
關鍵詞：數字電路 在線故障 檢測技術
中圖分類號：TP274 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2015）12-0000-00
數字設備由于電路或自身元件，工作環境等原因，導致數字電路在運行過程出現各種程度的故障，影響數字電路正常工作。傳統的數字電路檢測主要是利用儀表和人工測試來進行檢測分析，耗時較長，檢修難度較大，檢修效率偏低，不能維持數字電路正?？焖龠\行。因此需要找尋更快速的檢測方法，來快速完成數字電路故障檢修。
1 數字電路故障特點
數字信號指以多個離散的數值表示的離散信號，而數字電路就是對這些離散的數字信號進行有效處理的電路。其功能主要分為時序型和組合型。在輸送界限中指存在簡單的組合型電路，沒有反饋路線，數據的輸送主要取決于輸入進的信號，與前期的電路輸送不存在必然聯系，因此沒有進行任何數據記錄。而組合型與時序型的區別在于是否有集成數據來體現，時序型電路的主要構成在于觸發器擁有的儲蓄功能，其狀態的表達及記憶主要是通過該電路完成的。在儲蓄電路末端一定要進行信號的輸出與收取工作，這一現象中由于需要檢測的數據較多，最多可高達上千條。而且電路中的元件主要設置在軟芯片中，有較多的物理曲線，檢測過程會比較復雜，十分不利于對于數字電路的檢測。
2 數字電路故障原因
（1）設計未考慮集成參數變化。由于設計時沒有充分考慮元件的集成參數變化，導致電子元件使用時出現元件老化、參數性能不穩定甚至降低的不良狀況。例如進行簡單的數字電路運輸只能選取8個同型號電路，但其所帶實際電路早已超過指定數值，由于高數值引起的低電壓極速上升，會對電路內部元件及系統進行破壞，影響數字電路正常運行，因此高負荷電路的應用是十分重要的。（2）工作環境不佳。大部分的數字電路對于運行環境有一定的要求，如溫度不能過高或過低、對于電路要合理控制、工作時間不宜過長，保持環境干燥等，任何的環境變化都會影響數字電路正常運行。另外如果環境中存在較強的電磁干擾，也會導致數字電路無法正常運行。（3）超出使用期限。對數字電路的過度使用，會加速數字電路元件老化，降低數字電路各項使用性能，增加了數字電路發生故障的機率。（4）線路安排不合理。進行電路安裝時，由于安排不合理，出現斷線、漏線、末端信號計算不準確、電路元件安裝失誤、放置輸送處理不當等，都會嚴重影響數字電路正常運行，引發線路故障。
3在線電路檢測技術
（1）持續觀測。持續不斷的觀察是對電路檢測的基礎方法，對電源連接，引腳狀態，內部元件運行，線路分布，輸入末端等進行隨時觀測。并且在設備通電過后進行隨時觀察，看內部零件是否出現冒煙、發燙，電源短路的現象。這是在線電路的初步檢測方法。（2）分割檢測。將整體的數字電路進行分割，獨立數字電路單元、功能及構造，將電路各部分獨立檢測，并進行電源連接，找尋局部障礙，再利用邏輯筆確定障礙部位。以計算數據電路檢測為例，可分為區域、計算設備、和數據顯示器三個部分。計算數據電路輸入計數脈沖，分析譯碼設備反饋的數據。如試用3線至8線的譯碼器74LS138與非門構建羅輯函數，還可再與數據顯示器連接，檢測電路運行是否正常。諸如此類的方法應用，有助于快速找出故障部位。（3）電阻測試。電阻測試主要是針對通電后的電路檢測。如電路電源連接后，如果出現發燙、冒煙的現象。為了防止故障的進一步擴散，需要快速阻斷電源連接，再對其使用單組檢測設備，檢查內部輸送端口是否正常，電源是否短路等。電阻測試的方法還可用于數字線路、電路地板等進行檢測，主要針對的是接觸不良、電路短路的故障問題。（4）替換零件。數字電故障極少部分較為隱蔽，如電路中的集成零件性能下降時，采用邏輯電平對于故障點進行找尋比較困難，這時候可以使用替換法，將故障零件用相同型號但質量性能更好的零件進行替換，然后檢測故障是否清除，是處理這類隱蔽故障的重要方法。需要注意的是，在進行零件替換期間，一定要切斷電源。
4檢測注意事項
（1）檢測有一定的順序，不能盲目進行?？墒紫仁褂萌f用表對集成設備及電源進行檢測。CMOS設備可以用于對連線、底版、集成線路等進行檢測；其次使用直觀觀察法，對客戶進行詢問后初步確定大體故障部位，然后通過直接觀察，檢測設備元件完整情況。然后連接電源，查看是否存在冒煙、發燙等現象，若有應立即拔掉電源，如果一切正常，則需要對電路信號進行測量，找出故障原因；最后可對故障進行合理排除，這種方式常常用于組合電路檢測。該方法主要是保持原有的輸入，用邏輯筆檢測輸入電平，比較數值，尋找故障點。如時序型電路檢測時，應使用波形方式進行觀察，檢測時鐘信號，有效尋找設備故障。若發現線路與底板故障，應先切斷電源，再使用電阻測試法對線路連接點進行檢測，看數據是否正常。若是數字電路設備故障，可檢測該設備邏輯系統。以較為復雜的MSI為例，可使用專業的檢測設備檢測數字電路，或者使用替換法用新的裝置替換故障部位。（2）由于數字電路設備多樣，型號較多，在對不常見型號進行檢測時，需參照檢測手冊，了解數字電路型號，運轉功率，引腳名稱等，按照檢測手冊進行檢查。同時注意遵守手冊的注意事項，更有助于進行故障的排查。
5結語
綜上所述，隨著數字電路的廣泛應用，其故障發生頻率也日益增加，數字電路故障檢測也越來越重要。檢測人員只有不斷積累經驗，熟練掌握故障檢測技術，了解故障形成原因，才能在檢測時選出最合適的方法，以最快的速度進行故障排除，保障數字電路正常運行。
參考文獻
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數字電路的設計方法范文3
關鍵詞：數字電路；故障；檢測技術；特點
中圖分類號：TN79 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2013） 18-0000-01
一、數字電路概述
數字信號，指的是以多個離散值表示的離散信號；數字電路，是指用于處理數字信號的電路。數字電路輸出只有低電平和高電平兩種狀態（三態門除外）。通常來說數字電路可區分出高低電平狀態。以邏輯規則為標準，可將數字電路分為組合邏輯電路和時序邏輯電路兩類。其中組合邏輯電路，是指輸入信號、輸出信號二者無反饋關系的數字電路，在該類電路中，各時刻輸出的信號僅與實時輸入信號有關，與之前的電路輸出無關，其不具有記憶能力。依靠觸發器存儲功能所組成的電路稱之為時序邏輯電路，其具有記憶功能，該類電路的輸出內容，由輸入端信號與輸出端反饋信號共同決定。
二、數字電路故障的特點及原因分析
（一）特點分析
數字電路故障檢測是一項復雜的工作，這是因為待檢測電路同時存在多個輸入輸出，多者可達數百個，電路響應具有時序性，而并非簡單的組合關系；同時，由于很多的記憶元件、電路門都被封裝于同一芯片中，其可能存在較多的物理缺陷，對于這些元件的輸入輸出、邏輯電平是無法測量的。所以，有必要找尋到一些準確而簡單的檢測方法，對元器件芯片、數字電路故障進行檢測。
（二）原因分析
數字電路發生故障的原因主要可分為5大類：
1.在進行電路設計時考慮不周全（如元件參數變化），出現了設計缺陷
隨著使用時間的推移，電子元件會逐漸發生老化，其參數性能也會逐漸下降，同時溫度的改變也可能導致參數變化。例如：1個與非門可帶10個同類門電路輸出低電壓，然而與非門實際可帶的同類門遠大于10個。這就可能導致輸出低電壓迅速上升，從而對電路原功能產生破壞，使系統無法正常工作，在輸出高電壓時，也同樣會出現此種問題。
2.信號線故障
電路板電路在潮濕、大電流等因素的影響下，會導致信號線斷路、短路、燒蝕等現象，發生信號線故障，致使電路無法正常工作。
3.接觸不良、布線不當
在數字電路中，元件接觸不良、布線不當是最為常見的故障類型。焊點氧化、虛焊、插件松動等都可能導致電路板故障。另外，在安裝過程中出現漏線、橋接、中斷線、元器件插錯、閑置輸入端或使能端處理不當等都會引發電路故障。
4.使用期限過長
對于電子元器件，若使用時間過長，超出了使用期限，就會發生老化，各項性能指標都會下降，從而加大設備故障的發生概率。
5.工作環境太差
當設備所處環境不符合設計要求的電磁環境、濕度、溫度、工作時間等規定時，就很難保證設備的可靠運行。很多數字設備都對工作環境方面具有較高要求，濕度過大、溫度過低或過高等都可能造成設備故障。另外，環境中的電磁干擾過大，也可導致設備故障。
三、數字電路故障檢測技術
在數字電路故障檢測中，常用的方法主要有邏輯檢測、常規檢測兩種方法。
（一）邏輯檢測法
常用邏輯檢測法包括群舉測試法、偽群舉測試法兩種。其中群舉測試法，是指將受測電路作為輸入端，接受所有輸入信號，將其作為測試碼，再查看受測電路輸出，判斷其與電路邏輯功能間的關系。應用該方法時，先要確定測試碼集合，其是電路故障檢測的直接依據，把測試碼集合加入受測電路，通過測試電路相應以進行故障判定。偽群舉測試法，是改進后的群舉測試法，其有效克服了原方法中測試效率低下、測試碼眾多的缺陷。偽群舉測試法中，先對電路進行合理分塊，然后運用群舉測試法對各塊電路進行測試，從而使測試效率大為提高。
（二）常規檢測法
常規檢測可總結為“望、聞、問、觸、測”五個字，其中，“望”就是查看設備有無異常情況，例如滲液、破損、腐蝕等?！奥劇本褪锹勗骷欠裼挟愇?。“問”，即詢問故障情況，全面了解故障現象、產生原因，以縮短檢測時間；“觸”就是觸摸元件，感受有無異常發熱；“測”就是使用專業設備對電路進行測試，常用的專業測試設備有邏輯分析儀、邏輯筆、示波器等。
另外，順序檢測法也是一種常用的故障檢測技術，該方法是指先在輸入端加信號，跟隨信號流向，從輸出級到輸出級逐級測量、檢查，以判定故障部位，也可從輸出級到輸入級進行測量，在檢測出異常信號后，再由故障級開始逐級檢測，直到檢測到正常信號為止。
四、故障檢測步驟
數字電路故障的檢測一般會經歷隔離、定位、診斷排除3個步驟。首先，在深入、全面考察故障特征的基礎上，盡量縮小故障范圍，進行故障隔離。通常來說，若電路無信號，應使用探頭對電路連接路徑進行檢測，以快速找出消失信號；其次，在隔離故障后，就要觀察故障影響，此時多會運用到電流跟蹤器、邏輯脈沖發生器、邏輯探頭，以進一步鎖定故障源；最后，在找出故障源后，先要對故障電路進行動態測試，控制故障范圍，再進行靜態測試，以找準故障點，最后順利排除故障。
五、結束語
綜上所述，隨著數字電路應用的日益廣泛，其發生故障的頻率也越來越高，因此數字電路診斷、檢測的作用也顯得越發重要。在實際工作中，應當多積累經驗，結合實際情況，合理選擇故障檢測方法，提高故障檢測效率，以確保數字電路運行的可靠性與穩定性。
參考文獻：
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數字電路的設計方法范文4
關鍵詞：數字電路 故障 測試
中圖分類號：TN79 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2013）02-0087-01
在進行數字電路設計和生產過程中一定要進行電路的故障診斷，這樣對于芯片模板上出現的缺陷可以及時修復，開始建立故障冗余系統；可以有效的改進生產工藝，更好的分析故障檢測方法，進而使芯片的產量、質量和可靠性都得到提升。傳統數字電路的故障診斷常常用常規儀表及傳統的人工進行分析的，所以在診斷定位上就會難度增加、周期變長，導致設計和生產數字電路的速度嚴重降低。所以，設計數字電路故障診斷系統，可以有效地提升當下數字電路故障診斷的效率。
1 討論故障產生的主要原因
1.1 數字電路的故障
數字電路故障就是在設計和生產過程中出現接觸不良、電器元件損壞等原因，造成導線短路、假焊、虛焊等現象，就會出現電路邏輯功能的錯誤，發生電路故障[1]。以組合邏輯電路而言，必須按照真值表的要求來進行工作，否則就是電路出現了故障；而就時序邏輯電路來說，必須按照時序的狀態轉換圖就行工作，否則就是電路出現了故障。
1.2 故障主要原因的產生
（1）元器件參數的改變。由于電子元器件隨著不斷地使用，就會導致老化和參數性能下降，有的是在溫度變化時改變了參數性能。（2）信號線故障。在電路板電路受到外界影響時，信號線就會損壞出現短路和斷路。（3）電路元器件出現不良接觸。這種問題是最常見的，在工作中如果發生虛焊或者焊點被氧化，就會導致電路板故障的發生。（4）不健全的工作環境。一旦工作環境達不到設備所要求時，如濕度、溫度及電磁環境等，無法實現設備的正常工作。（5）超出使用期。就是在使用過程中超出期限，導致元器件的老化，降低了性能指標，所以就會增加設備的故障率[2]。
2 邏輯故障組成
邏輯故障包括永久故障和暫態故障。其中的永久故障就是故障出現之后，只有人為修復可以清除故障，除此之外故障會長久存在。包括很多的靜態故障。例如固定電平故障、橋路故障、固定開路故障。而暫態故障也能叫做軟故障，這種故障的發生是因為元器件自身或者是電路自身存在的容限非常小而導致電路不穩定。
3 數字電路故障測試的基本方法
3.1 故障的檢測
（1）直觀檢測法。這種方法就是通過直觀的觀察來推斷出故障出現的大體部位。我們在進行檢測時可以咨詢用戶，就會知道出現了什么樣的現象，這樣就可以快速的進行檢測省去了很多不必要的麻煩。我們可以在檢測時直接觀察設備是否出現元器件的破損，導線是否斷開或者短接，或者其它設備出現什么狀況，來檢測出故障在什么地方。一旦電路電流或者電壓過大時，在電路中的一些器件就會出現異味，我們通過嗅覺就會感知到在什么地方出現了故障。當一些電子元器件的外殼熱度過高時，我們通過觸摸就會找到這類損壞的元器件，從而發現電路產生的故障。最后我們可以直接的用專業的檢測設備測試診斷電路，來檢測出是否存在故障，如果存在給其進行定位。（2）順序檢測法。這種方法分為兩種，其一就是由輸入級開始逐漸向輸出級進行檢查，這就需要我們在輸入端加入檢測信號，開始以該信號為主逐漸向輸出端進行檢測，最終來找出電路所存在的故障[3]。其二就是由輸出級開始逐漸向輸入級進行檢查，一旦出現信號不對的情況，就開始由故障級向一級檢測，最終到發現正常信號截止。（3）比較法。在檢查故障時，這也是一種常用的方法。想要快速的發現所存在的故障，通常的方法就是把故障電路重要的關鍵點測試參數和同類型電路在正常工作時所得到的檢測值進行對比，最終檢測出故障所在。（4）替代法。如果說有的時候我們在數字電路中很難找到出現的故障，這個時候我們就應該想到應用替代法測出數字電路中的故障。什么是替代法？簡單地說，替代法就是我們將數字電路中的電子元器件替代掉，應用一些同等型號，但是在品質上卻高于原有電路中出現的器件，之后換上這些高品質器件之后，來檢查電路是否可以進行正常的工作。前提是我們在采用替代法進行實驗來檢測故障時，一定要在電路斷電的時候換上各種元器件，用以保證安全。上述四種方法就是在檢測數字電路故障時常用到的常規方法。
3.2 邏輯故障的檢測
在數字電路中產生的邏輯故障中，我們可以建立起故障的模型，之后通過該模型研究算法，產生測試向量，完成故障的檢測。這里我們就以在邏輯故障中出現的單固定故障為例。由于邏輯故障中存在著單固定故障，而這種故障模型是數字電路測試中使用最多的一種門級故障模型。這種故障可以含蓋數字CMOS電路一半以上的制造故障。在測試這種故障時，首先我們應該建立故障模型，之后根據這種故障模型生成測試向量。在組合邏輯電路中，以早期提出的經典算法D算法為主，完成測試向量的自動生成。而在時序邏輯電路中，我們將以較為了解的門級時序電路的ATPG系統完成測試向量的覆蓋率。之后我們通過不斷地分析測試向量對故障的覆蓋情況，從而來進一步的提高故障的覆蓋率。最終實現單固定故障模型的完整建立，解決故障的檢測工作[4]。之后再以此種模型來對多固定故障進行測試。最終實現邏輯故障的檢測。
3.3 波形檢測法
在脈沖電路當中，我們還可以用波形檢測的方法對電路進行檢測。首先在檢測時選擇一個良好的示波器，之后開始對電路各級在輸出端所輸出的波形進行檢測，最后在示波器上面觀察并記錄出現的波形是否正常，最終來完成電路故障的測試。
4 結語
本文主要簡單的介紹了數字電路出現的故障及故障檢測方法。在電子電路發展的今天數字電路得到了飛速的發展。為了更好的使數字電路應用到現代電路中。對于可能出現的故障應及時的做出檢測。更好的完善數字電路，使數字電路進一步發展，適應現代科技要求。
參考文獻
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[2]吳翠娟.現代大型設備故障智能診斷技術的現狀與展望[J].電子技術用，2003.
數字電路的設計方法范文5
關 鍵 詞 數字電路；軟錯誤；防護；方法
中圖分類號：TN79 文獻標識碼：A 文章編號：1671—7597（2013）021-083-01
隨著納米時代的到來，數字電路的制造工藝不斷改革與創新，但是，革新與挑戰是并存的。目前，數字電路的設計制造面臨著諸多挑戰，其中一項就是在達到設計標準的前提下，如何能使設計制造的電路可靠運行。
增強數字電路可靠性的方法主要是容錯技術的使用，這種技術的應用是為了保證數字電路的功能不受到影響或者所受的影響最低。其原理是增加冗余資源，有效降低因故障所造成的影響。但隨著工藝尺寸的改進，運用環境的變化以及海拔高度的改變，數字電路軟錯誤率也隨之受到影響，軟錯誤率的升重影響了集成電路的可靠性，集成電路的可靠性又直接決定了計算機系統的可靠性，因此，數字電路軟錯誤防護方法的研究逐漸成為研究熱點。
1 數字電路中軟錯誤的類型
1） 時序邏輯電路中的軟錯誤。隨著集成電路特征尺寸的縮小，工藝擾動問題日益嚴重，受工藝擾動的影響，芯片的軟錯誤率增加，偏離了芯片的設計指標，由此影響了電路性能和功耗。
最常見的工藝擾動主要包括溝道長度擾動、柵氧厚度擾動以及閾值電壓擾動，這三種工藝擾動所造成的軟錯誤影響著時序邏輯單元，而最容易受影響的節點分別是SRAM的節點“VR”、傳輸門觸發器的節點“S1”、動態鎖存器的節點“OUT”以及C2MOS觸發器的節點“S”。通過仿真實驗，研究溝道長度擾動、柵氧厚度擾動以及閾值電壓擾動這三種工藝擾動對四種時序單元的軟錯誤率的影響，實驗證明，工藝不同，引起的臨界電量偏差不同，從而對軟錯誤率影響程度也不同。
2） 組合邏輯電路中的軟錯誤。組合邏輯電路中的軟錯誤率也受到工藝擾動的影響，隨著尺寸減小，組合邏輯單元對軟錯誤越敏感，組合邏輯單元的臨界電量也越小，組合邏輯電路的三種軟錯誤屏蔽效應也隨之降低，因此，降低組合邏輯電路的軟錯誤率也逐漸得到重視。通過實驗研究發現，注入電荷量與脈沖寬度呈指數關系，這也關系影響了臨界電量與邏輯門延時之間的關系，當邏輯門延時增加時，之前的邏輯門上產生的電壓脈沖中寬度比較小的部分無法通過這個邏輯門傳播到輸出端，從而無法造成軟錯誤。
2 數字電路軟錯誤防護方法
數字電路軟錯誤防護技術主要有晶體管級軟錯誤防護技術和門級網表的軟錯誤防護技術，這兩種技術的應用原理是針對數字電路軟錯誤，以掃描鏈電路的功能復用為切入點，降低軟錯誤防護的硬件開銷，通過改造掃描鏈電路，從而降低軟錯誤率。
1）晶體管級軟錯誤防護技術。晶體管級軟錯誤防護技術主要是設計具有SEU/SET防護性的電路庫單元，這種電路庫單元的設計，需要對其防護能力進行量化，在晶體管級進行軟錯誤率的建模計算。對于軟錯誤防護能力的評估主要有兩種手段，一是直接對電路進行輻照實驗，二是使用晶體管級仿真軟件進行軟錯誤故障注入和軟錯誤率的建模計算。對比這兩種方法，運用仿真軟件進行評估不僅大大降低了試驗成本，而且縮短了試驗周期。運用晶體管級仿真工具HSPICE進行軟錯誤故障注入，即讀入一個輸入文件，生成一個包括模擬結果、警告信息和錯誤信息的列表文件，從而觀察SEU/SET對于時序單元內部節點和輸出端所產生的電壓變化。時序邏輯單元的軟錯誤防護技術主要是未經加固的靜態鎖存器、TMR-Latch鎖存器、SDT單元以及DICE單元，其中DICE是比較經典的晶體管級軟錯誤防護結構。組合邏輯單元的軟錯誤防護技術主要是基于時差的SET防護技術和CSWP單元。
2）門級網表的軟錯誤防護技術。門級網表的軟錯誤防護流程是故障注入、計算SER、進行單元替換，在故障注入環節包括對時序邏輯和組合邏輯的軟故障注入，在計算SER環節需要考慮輸入故障注入點、時序屏蔽、邏輯屏蔽、向量組合等諸多因素，在單元替換環節包括全部替換和部分替換，而替換策略又分為面積優先替換策略和速度優先替換策略。
軟錯誤注入方法有很多，例如使用高能量質子束照射整個芯片，模擬宇宙射線中的種子產生的效應，或者直接使用中子束進行輻照實驗等等。這些方法主要用于精確評估每個標準單元的軟錯誤易感程度。
軟錯誤率計算是對電路的軟錯誤防護性能做定量分析的關鍵，軟錯誤率分析包括對邏輯和RAM的軟錯誤率分析，RAM的軟錯誤率分析方法比較成熟，目前研究的難點主要在對組合邏輯的軟錯誤率的分析。
3）基于掃描鏈復位的軟錯誤防護技術。芯片的設計通常都進行可測性設計，可測性設計包括掃描設計和內建自測試，為了提高其可控性和可觀測性，這兩種可測性設計都需要將普通的寄存器更換成掃描寄存器。對掃描寄存器進行功能復用，可以進行軟錯誤防護，這種防護技術就是基于掃描鏈復位的軟錯誤防護技術（SEMRSC）。目前已有的SEMRSC技術主要是Intel公司的BISER技術，以及ESFF-SED和ESFF-SEC技術。BISER技術的優勢在于以下幾點，首先，在對掃描鏈進行功能復用的過程中，有效的降低了軟錯誤防護的面積開銷；其次，BISER技術和ECC技術結合實用，可以將芯片級SER改善10倍；再次，BISER技術可以有效降低單元級SER。ESFF-SED和ESFF-SEC作為兩種軟錯誤防護方法也能有效的對數字電路的軟錯誤進行防護。
3 總結
集成電路工藝的改進、工作電壓的降低、工藝偏差的增強，使得數字電路的軟錯誤率急速攀升，這大大影響了芯片的可靠性。本文分析了軟錯誤的兩種類型，闡明了針對不同類型的軟錯誤所運用的多種防護技術，相信，通過不斷的實驗與研究，數字電路可以在達到設計標準的前提下，安全可靠的運行。
參考文獻
[1]傅忠傳，陳紅松，崔剛，楊孝宗.處理器容錯技術研究與展望[J].計算機研究與發展，2007，44（l）：154-16.
數字電路的設計方法范文6
【關鍵詞】數字電路;故障;特點;原因;診斷
一、數字電路特點
數字電路就是運用數字信號完成對數字量進行算數運算和邏輯運算的電路。因為它具備邏輯運算和邏輯處理的功能，因此又被稱作數字邏輯電路。數字電路按照功能來分可以分為兩類，即組合邏輯電路和時序邏輯電路，組合邏輯電路是由最基本的邏輯門電路組合而成的，電路沒有記憶功能，它的輸出值僅與輸入值有關，所以出輸出值總隨著輸入值的變化而變化;時序邏輯電路是由最基本的邏輯門電路和反饋邏輯回來或器件組合而成的，不同于組合電路，時序電路擁有記憶功能，因此它的輸出值不僅與輸入值有關，與電路之前的狀態也有關。首先數字運算使用的是二進制數字信號，同時具備算術運算和邏輯運算的功能，非常適用于運算、比較、存儲和決策等多方面的應用;以二進制為基礎，操作實現起來比較簡單，受電源電壓的波動較小，對溫差和工藝偏差的包容性較大，可靠性非常好;數字電路的突出優點還體現在它集成度高、體積小、功耗低等多方面上，電路在設計、調試、維護上比較靈活，隨著微電子技術的高速發展，數字電路將會取得更大的進步。
隨著微電子技術的迅速發展，電路將會越來越復雜，技術人員在設計、調試、安裝、維修的時候將會遇到很多無法避免的故障。當電路在運行中，由于不可測的故障影響，電路可能不能正常工作，器械工作也會受到影響。電路故障是指一個或者多個電子元器件因為損壞或接觸不良而引起導線短路、虛焊造成電路邏輯功能出現錯誤不能正常運行的現象。對于組合電路來說，電路如果沒有按照真值表要求運行，就被認為出現故障;對于時序電路來說，如果不能按照規定的狀態轉換圖來運行，就被認為存在故障。當電路出現故障時，就必須及時對電路進行檢修，只有這樣才能保證其他工作的正常運轉。電路檢修是一項復雜的工作，因為待檢測的數字電路，輸入值輸出值高達上百個;電路包含了組合邏輯和時序邏輯兩種結構，并非是簡單的組合;有的電路門和記憶元件是封裝于一個芯片之內的，本身存在的物理缺陷就很多，難以去直接測量，為此必須找準電路故障原因，對癥下藥，才能選擇合適的檢測方法，有效地解決故障問題。
二、電路產生故障的原因分析
1.電路在設計工作中沒有充分考慮到電路的參數及其工作條件
（1）數字電路集成度高，負載能力有限
隨著集成電路技術的高速發展，數字邏輯電路的集成度越來越高，從小規模集成電路集成、中規模電路集成、大規模電路集成發展至超大規模電路集成，雖然集成規模越來越大，但是針對于具體某一個電路來說，負載能力還十分有限。比如說一個普通的與非門的輸出低電壓最多可以帶10個同類門電路，這就是它的極限值，如果超過了極限值就會出現問題，就會使得電路輸出的低電壓急速升高破壞電路的原有功能，致使系統不能正常的工作。為此我們必須選擇那些負載能力強的集成電路。
（2）集成電路的工作速度較慢
因為數字化集成電路的工作原理，只有當第一組集成電路穩定輸出之后才能輸入第二組信號，當然也會出現內部延時的狀況，進而影響了電路的工作狀態。如果電路信號輸出擋在輸入脈沖較高的時候，就會在輸出端產生不穩定故障現象。這些故障還不是很容易檢測的，因此在設計的時候就需要考慮到這個因此，選用一些工作速度高的集成電路。
2.線路安裝不當，導致接觸不良
在線路安裝的時候就特別要注意，如果布線和電路芯片安裝不當，就會影響電路工作的正常運行。特別是在安裝中如果出現斷線、橋接、漏線、插錯電子元器件、閑置輸入端等情況，就都會使得電路運轉出現故障。
3.電路工作環境較為惡劣，影響了電路的正常工作
因為現代數字化設備對自身的工作環境都是有一定的要求的，像溫度偏高或者是偏低，濕度過大等都會影響電路設備的正常工作，另外對于電器產品來說，環境中過多的電磁干擾也會影響設備的正常運行。
三、數字電路的故障診斷
早在上世紀60年代，數字系統的故障診斷就引起了科技界、工業界的重視，也取得了重大的成果。在數字電路故障診斷中，關鍵的一步是測試向量的生成，確定施加什么樣的激勵、在什么地方施加激勵可以使故障激活以及確定在什么地方作測量。目前獲得數字系統測試主要有兩種方法，那就是確定性測試生成和非測試生成兩大類，確定性測試生成是指采用測試生成算法自動推導數字電路的測試矢量;非確定性測試生成算法是指人工測試生成，即由測試人員根據對被測系統功能的了解，并結合實際測試經驗，用人工的方法產生檢測被測系統故障。
不同種類的數字化系統電路有著不同的功能和故障特點。主要有故障字典法、特征分析法和邊界掃描測試法。故障字典法就是根據故障特征編制編制成一部故障與特征對應的字典，將其存入標準數據庫，建立故障查尋表;特征分析法就是在窗口內觀測數據信號的波形，進而提取有效特征;邊界掃描測試法是指是一種擴展的自測試技術，在測試時不需要其它的測試設備，只適用于具有邊界掃描特性器件的電路板。
現代信息化社會，數字技術應用面非常廣泛。隨著微電子技術的迅速發展，電路將會越來越復雜。為了提升數字電路工作運行的效率，提高電器使用和產品的制造質量，必須加強對數字電路故障的診斷研究，。只有這樣才能有效地提升數字電路的應用水平，提升數字電路的應用質量，拓展其應用范圍。
四、總結
作為一名合格的工程技術人員首先必須要充分了解數字電路及其發生故障的特點、原因，然后根據實際情況進行故障診斷工作。只有這樣才能保證電路工作的正常運行，促進數字化電路系統的健康發展。
參考文獻
[1]江國棟.數字AV產品的抗干擾設計[J].電聲技術，1999.
