時序邏輯電路其任一時刻的輸出不僅取決于該時刻的輸入,而且還與過去各時刻的輸入有關。常見的時序邏輯電路有觸發(fā)器、計數(shù)器、寄存器等。由于時序邏輯電路具有存儲或記憶的功能,檢修起來就比較復雜。帶有時序邏輯電路的數(shù)字電路主要故障分析:
1. 時鐘:時鐘是整個系統(tǒng)的同步信號,當時鐘出現(xiàn)故障時會帶來整體的功能故障。時鐘脈沖丟失會導致系統(tǒng)數(shù)據總線、地址總線或控制總線沒有動作。時鐘脈沖的速率、振幅、寬度、形狀及相位發(fā)生變化均可能引發(fā)故障。2. 復位:含有微處理器(MPU)的設備,即使是最小系統(tǒng),一般都具有復位功能。復位脈沖在系統(tǒng)上電時加載到MPU上,或在特定情況下使程序回到最初狀態(tài)(例如,看門狗Watchdog程序)。當復位脈沖不能發(fā)生、信號過窄、信號幅度不對、轉換中有干擾或轉換太慢時,程序就可能在錯誤的地址啟動,導致程序混亂。3. 總線:總線傳遞指令系列和控制事件,一般有地址總線、數(shù)據總線和控制總線。當總線即使只有一位發(fā)生錯誤時,也會嚴重影響系統(tǒng)功能,出現(xiàn)錯誤尋址、錯誤數(shù)據或錯誤操作等??偩€錯誤可能發(fā)生在總線驅動器中,也可能發(fā)生在接收數(shù)據位的其它元件中。4. 中斷:帶微處理器(MPU)的系統(tǒng)一般都能夠響應中斷信號或設備請求,產生控制邏輯,以暫時中斷程序執(zhí)行,轉到特殊程序,為中斷設備服務,然后自動回到主程序。中斷錯誤主要是中斷線路粘附(此時系統(tǒng)操作非常緩慢)或受到干擾(系統(tǒng)錯誤響應中斷請求)。5. 信號衰減和畸變:長的并行總線和控制線可能會發(fā)生交互串擾和傳輸線故障,表現(xiàn)為相鄰的信號線出現(xiàn)尖峰脈沖(交互串擾),或驅動線上形成減幅振蕩(相當于邏輯電平的多次轉換),從而可能加入錯誤數(shù)據或控制信號。發(fā)生信號衰減的可能原因比較多,常見的有高濕度環(huán)境、長的傳輸線、高速率轉換等。而大的電子干擾源會產生電磁干擾(EMI),導致信號畸變,引起電路的功能紊亂。
在檢修時序邏輯電路之前應盡可能熟悉系統(tǒng)的結構原理和電路,然后是分析故障的表征特性,盡可能地縮小故障產生的范圍。較高檔的醫(yī)療設備一般帶有自診斷程序,可充分利用它查找故障,將故障定位到較小范圍。
檢查電源時序邏輯電路較常采用±5V、±15V、±12V電源。當電源對地短路或電源穩(wěn)定性差都可能導致系統(tǒng)故障,表現(xiàn)為系統(tǒng)無反應、系統(tǒng)程序紊亂等。一般來說,電源對地短路是因為電容(去耦電容)短路產生的,找到故障電容最好的辦法是采用電流跟蹤儀跟蹤短路電流,沒有電流跟蹤儀的就只好將電路分單元查找替換。
檢查時鐘時鐘電路一般由石英晶體電路組成(也有采用RC振蕩電路的)。根據經驗,石英晶體較易損壞??捎檬静ㄆ鳒y試時鐘信號的頻率、振幅、相位,或簡單地用邏輯探針檢測時鐘脈沖的有無。對各個單元電路的時鐘均應檢測,以防斷線、松脫、干擾等引起時鐘脈沖的不正確。
檢查總線用邏輯探針檢查總線上是否有脈沖活動。若總線上沒有脈沖活動,可繼續(xù)檢查總線驅動器輸入端有無脈沖信號、驅動器是否在允許狀態(tài)、驅動器是否響應激勵等,來確定故障是否是由于總線驅動器引起的,然后輪流檢查每一個總線接收者。另外,可以關掉電源,用多用表檢查總線各線的對地電阻,如果所有線的阻值一樣,那么總線估計正常;如果一條或多條線的阻值與其余的不同,那么該線值得懷疑;如果有兩根線的阻值相同,而又高于或低于其它的線,那么這兩條線可能相互短路了。
檢查關鍵的脈沖信號用邏輯探針、示波器或邏輯分析儀觀察復位、使能、選通、讀寫、中斷、讀內存等控制信號,可以較好地判斷集成電路(IC)是否正常工作。當復位信號有效時,IC輸出應被清零或置位,程序應回到初始狀態(tài)運行;當使能信號有效而時鐘脈沖正常時,IC數(shù)據線上應有脈沖活動;當邏輯探針連到讀內存線上,而指示燈沒有閃爍顯示(即讀內存線上沒有脈沖活動),說明微處理器可能在程序的某處卡住了,因為每一條指令讀地址處存儲器時,讀內存線上通常是應有脈沖信號的;對于中斷信號,可用邏輯探針來觀察是否發(fā)生中斷線路粘附,也可通過外加直流電壓或低電平來控制(允許或禁止)被測試的中斷。
檢查接口接口卡、印刷板與插座插接時可能松脫或偏離中心導致接觸不良而引發(fā)故障,實際上很多故障的確是由此產生的,對此可用無水酒精擦拭清潔接口后再重新插接固定。另外數(shù)字系統(tǒng)還常常通過外部通信線路(RS232、MODEM、IEEE-488等)與其它系統(tǒng)連接,而連接線通常很長,還可能暴露于電子干擾源下,例如繼電器、電機、變壓器、大型X線機、陰雨天閃電等,連接口接觸不良和電子干擾源的電磁干擾(EMI)均可能會產生錯誤的數(shù)據傳送,甚至損壞相關的元件。對電磁干擾最好找出干擾源后排除它,其次可改善工作環(huán)境(如濕度和溫度等),加強屏蔽,或改用屏蔽性能好的連接線。時序邏輯電路的檢修有許多方法技巧,必須通過長期實際工作摸索總結經驗,才能更好地診斷、發(fā)現(xiàn)、排除故障,提高時序邏輯電路的維修技術水平。