CN103954905A - 数字电路故障检测电路及利用该电路测试故障的方法 - Google Patents

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数字电路故障检测电路及利用该电路测试故障的方法，涉及数字电路故障检测领域。本发明解决了现有数字电路故障检测电路和检测方法均无法确切的识别开路状态，以及需要测试的电路网络比较多时，故障检测的过程复杂的问题。本发明采用两个互补的三极管，根据输入信号的高电平、低电平、开路三种不同状态，使两个三极管产生与之对应的导通\关断状态组合，从而反应出输入信号的实际状态；输出模块用于将三极管的导通\关断状态组合以数字信号的形式输出，由光耦器件构成。本发明适用于数字电路故障检测。

Description

数字电路故障检测电路及利用该电路测试故障的方法
技术领域
本发明涉及数字电路故障检测领域。
背景技术
数字电路的故障检测技术主要用于判别电路中存在的开路、短路故障和集成芯片内部功能故障，该技术可应用于电子产品研发期间的性能评测、生产期间的质量检验、以及使用期间的故障维修，对于数字电子产品的设计、生产和测试有重大的指导作用和实际意义。
现有的数字电路故障检测方法多是基于边界扫描技术，其检测原理是利用芯片内部的边界扫描单元按照一定算法发出有规律的高、低电平序列作为测试激励信号，再由相应的边界扫描单元接收回由激励信号产生的响应信号(也是高、低电平序列)，最后用算法对响应信号进行分析而判断出电路故障。
由于数字电路自身的特点，传统的测试电路和测试方法只能识别单纯的高电平或低电平两种状态，而无法识别开路状态(即悬空状态)，因此传统的故障检测技术需要付出很大代价才能对开路故障进行检测，特别是当被测电路比较复杂，需要测试的电路网络比较多时，故障检测的过程将会变得非常复杂。同时，由于不能很好的区别出开路状态，传统的故障检测方法存在比较严重的故障误判现象，会将开路故障与“呆滞1”故障、“呆滞0”故障两种故障相混淆，造成故障检测与识别能力大为降低。另外，由于无法确切地识别开路状态，使得传统的数字电路检测方法在检测其他故障模式(如短路故障、功能故障)时，同样需要很复杂的方法和流程才能进行检测，并且依然存在故障误判的问题。
发明内容
本发明是为了解决现有数字电路故障检测电路和检测方法均无法确切的识别开路状态，以及需要测试的电路网络比较多时，故障检测的过程复杂的问题。提出了数字电路故障检测电路及利用该电路测试故障的方法。
本发明所述数字电路故障检测电路，该电路包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、、第一路光耦合器U1、第二路光耦合器U2、电源VCC和一对互补的三极管：NPN型三极管Q1和PNP型三极管Q2；
电阻R1的一端与电阻R2的一端相连，且电阻R1的一端与电阻R2的一端为检测信号输入端，电阻R1的另一端连接NPN型三极管Q1的基极，NPN型三极管Q1的发射极连接电源VCC，NPN型三极管Q1的集电极连接电阻R3的一端，电阻R3的另一端连接第一路光耦合器U1的发光二极管的阳极，第一路光耦合器U1的发光二极管的阴极连接电源地；第一路光耦合器U1的光敏三极管的集电极连接电阻R5的一端，且该集电极为测试信号输出端，电阻R5的另一端连接电源VCC，第一路光耦合器U1的光敏三极管的发射极连接电源地；
电阻R2另一端连接PNP型三极管Q2的基极，PNP型三极管Q2的发射极连接电源地，PNP型三极管Q2的集电极连接第二路光耦合器U2的发光二极管的阴极，第二路光耦合器U1的发光二极管的阳极连接电阻R4的一端，电阻R4的另一端连接电源VCC；
第二路光耦合器U2的光敏三极管的集电极连接电阻R6的一端，且该集电极为测试信号输出端，电阻R6的另一端连接电源VCC，第二路光耦合器U2的光敏三极管的发射极连接电源地。
利用上述数字电路故障检测电路测试故障的方法，该方法的具体步骤为：
步骤一、获取被测电路的互连信息；
所述电路的互连信息包括电路中元器件的型号、标号，各芯片引脚的互连状态，引脚的输入输出属性；
步骤二、根据电路的互连信息向被测电路中的所有输出引脚，施加全“1”测试激励，然后从所有对应的输入引脚获得测试响应；获得电路固定0故障和开路故障的支路；具体为：
若某输入引脚的响应数据为“0”状态，判定该引脚所属的互连网络为固定0故障；若某输入引脚的响应数据为开路状态，判定该引脚所属的互连网络为开路故障；
步骤三、根据步骤二的测试获得电路固定0故障和开路故障的支路，剔除已检测出的开路故障和固定0故障的互连网络，向剩余网络中的输出引脚施加全“0”测试激励，获得测试引脚的响应；进而获得固定1故障的支路；
若施加全“0”测试激励的引脚获得的响应数据为“1”状态，判定该引脚所属的互连网络为呆滞1故障；
步骤四、根据步骤二和步骤三的测试结果，剔除被测电路中的开路故障支路、固定0故障支路、固定1故障支路的网络，对剩余电路进行测试，获得剩余故障结果，完成利用数字电路故障检测电路的故障测试。
另一种数字电路故障检测电路，该电路包括：电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电源VCC和一对互补的三极管：NPN型三极管Q1和PNP型三极管Q2；
电阻R1的一端与电阻R2的一端相连，且电阻R1的一端与电阻R2的一端为检测信号输入端，电阻R1的另一端连接NPN型三极管Q1的基极，NPN型三极管Q1的发射极连接电源VCC，NPN型三极管Q1的集电极连接电阻R3的一端，且该集电极为测试信号输出端，电阻R3的另一端连接电源地；
电阻R2另一端连接PNP型三极管Q2的基极，PNP型三极管Q2的发射极连接电源地，PNP型三极管Q2的集电极连接电阻R4的一端，且该集电极为测试信号输出端，电阻R4的另一端连接电源VCC。若被测电路总网络数为N，已检测出的开路、呆滞故障数为m，则剩余网络数为N-m，测试复杂度将会因网络数的减少而降低。
本发明能够判断被测电路的状态，由两个互补的三极管组成，根据输入信号的高电平、低电平、开路三种不同状态，使两个三极管产生与之对应的导通\关断状态组合，从而反应出输入信号的实际状态；输出模块用于将三极管的导通\关断状态组合以数字信号的形式输出，由光耦器件构成。与传统检测电路相比，本电路不需要外接充电电容，也无需复杂的检测控制电路，仅需要两个三极管和若干电阻即可实现电路开路状态的检测，结构简单，利于集成，具有很高的测试效率，可用做分立式的电路诊断设备，也可应用于改进边界扫描技术等内嵌式故障诊断技术。
附图说明
图1为本发明具体实施方式一所述的电路结构示意图；
图2为本发明具体实施方式四所述的电路结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一、结合图1说明本实施方式，本实施方式数字电路故障检测电路，
该电路包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、、第一路光耦合器U1、第二路光耦合器U2、电源VCC和一对互补的三极管：NPN型三极管Q1和PNP型三极管Q2；
电阻R1的一端与电阻R2的一端相连，且电阻R1的一端与电阻R2的一端为检测信号输入端，电阻R1的另一端连接NPN型三极管Q1的基极，NPN型三极管Q1的发射极连接电源VCC，NPN型三极管Q1的集电极连接电阻R3的一端，电阻R3的另一端连接第一路光耦合器U1的发光二极管的阳极，第一路光耦合器U1的发光二极管的阴极连接电源地；第一路光耦合器U1的光敏三极管的集电极连接电阻R5的一端，且该集电极为测试信号输出端OUT1，电阻R5的另一端连接电源VCC，第一路光耦合器U1的光敏三极管的发射极连接电源地；
电阻R2另一端连接PNP型三极管Q2的基极，PNP型三极管Q2的发射极连接电源地，PNP型三极管Q2的集电极连接第二路光耦合器U2的发光二极管的阴极，第二路光耦合器U1的发光二极管的阳极连接电阻R4的一端，电阻R4的另一端连接电源VCC；
第二路光耦合器U2的光敏三极管的集电极连接电阻R6的一端，且该集电极为测试信号输出端OUT2，电阻R6的另一端连接电源VCC，第二路光耦合器U2的光敏三极管的发射极连接电源地。
具体实施方式二、本实施方式是利用具体实施方式一所述的数字电路故障检测电路测试故障的方法，其特征在于该方法的具体步骤为：
步骤一、获取被测电路的互连信息；
所述电路的互连信息包括电路中元器件的型号、标号，各芯片引脚的互连状态，引脚的输入输出属性；
步骤二、根据电路的互连信息向被测电路中的所有输出引脚，施加全“1”测试激励，然后从所有对应的输入引脚获得测试响应；获得电路固定0故障和开路故障的支路；具体为：
若某输入引脚的响应数据为“0”状态，判定该引脚所属的互连网络为固定0故障；若某输入引脚的响应数据为开路状态，判定该引脚所属的互连网络为开路故障；
步骤三、根据步骤二的测试获得电路固定0故障和开路故障的支路，剔除已检测出的开路故障和固定0故障的互连网络，向剩余网络中的输出引脚施加全“0”测试激励，获得测试引脚的响应；进而获得固定1故障的支路；
若施加全“0”测试激励的引脚获得的响应数据为“1”状态，判定该引脚所属的互连网络为呆滞1故障；
步骤四、根据步骤二和步骤三的测试结果，剔除被测电路中的开路故障支路、固定0故障支路、固定1故障支路的网络，对剩余电路进行测试，获得剩余故障结果，完成利用数字电路故障检测电路的故障测试。
结合图1、图2说明本发明所述电路的工作具体原理：
当输入信号高电平时，三极管Q1截止，第一光耦合器关断，输出信号OUT1在上拉电阻R5的作用下，输出高电平“1”，三极管Q2导通，第二光耦合器开通，输出信号OUT2通过光耦器件接地，输出低电平“0”；
当输入信号低电平时，三极管Q1导通，第一光耦合器开通，输出信号OUT1接地，输出低电平“0”，三极管Q2截止，第二光耦合器关断，输出信号OUT2在上拉电阻R6的作用下，输出高电平“1”；
当输入信号为开路时，三极管Q1和Q2在电阻R1、R2作用下均导通，第一光耦合器和第二光耦合器均开通，输出信号OUT1、OUT2接地，都输出低电平“0”。
该电路的工作状态可由表1表示：
表1开路检测电路工作状态
数字电路故障检测电路简化电路的原理与字电路故障检测电路一致，只是输出形式有所区别，其工作状态由表2表示：
表2简化开路检测电路工作状态
输入信号 三极管Q1状态 三极管Q2状态 输出信号OUT1 输出信号OUT2
高电平 截止 导通 0 0
低电平 导通 截止 1 1
开路 导通 导通 1 0
具体实施方式三、本实施方式是对具体实施方式二所述的利用数字电路故障检测电路测试故障的方法，的进一步说明，步骤四中采用走步测试方法、计数补偿方法或棋盘格对剩余电路进行测试。
具体实施方式四、结合图2说明本实施方式，本实施方式所述的数字电路故障检测电路，该电路包括：电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电源VCC和一对互补的三极管：NPN型三极管Q1和PNP型三极管Q2；
电阻R1的一端与电阻R2的一端相连，且电阻R1的一端与电阻R2的一端为检测信号输入端，电阻R1的另一端连接NPN型三极管Q1的基极，NPN型三极管Q1的发射极连接电源VCC，NPN型三极管Q1的集电极连接电阻R3的一端，且该集电极为测试信号输出端OUT1，电阻R3的另一端连接电源地；
电阻R2另一端连接PNP型三极管Q2的基极，PNP型三极管Q2的发射极连接电源地，PNP型三极管Q2的集电极连接电阻R4的一端，且该集电极为测试信号输出端OUT2，电阻R4的另一端连接电源VCC。若被测电路总网络数为N，已检测出的开路、呆滞故障数为m，则剩余网络数为N-m，测试复杂度将会因网络数的减少而降低。
本发明的效果：
1、具有开路识别功能的测试电路，可以准确迅速的检测出电路中的开路状态，不需要充电电容或其他复杂的控制电路，与传统检测方法相比，该电路体积小，利于集成，测试速度快，准确度高。可以在芯片生产时，以功能模块的形式集成到芯片内部，实现内嵌式测试。
2、基于开路识别功能测试电路的测试方法，能够极大提高测试效率和测试准确率。传统方法对开路故障的检测准确率为33％，新方法对开路故障的检测准确率为100％。对于电路网络总数为N，开路和呆滞故障为m的被测电路，传统测试方法检测出所以故障的最优测试复杂度为log2(N+2)，新方法的测试复杂度为log2(N+2-m)+2，开路故障数量m越大，测试效率越高。
本方法以上述测试电路为基础，利用具有开路状态检测功能的测试电路，改进了传统的数字电路测试方法，将开路态作为数字电路故障检测中“1态”(高电平)、“0态”(低电平)之外的第三种确定状态，对传统的数字电路测试方法进行了重大的变革，极大的提供了测试效率和测试准确率。
本发明提出的方法不需要复杂的测试方法和测试流程，大大降低了数字电路故障检测的复杂度，显著提高了故障检测的效率，并能够确切地区分出开路故障，提高了故障隔离率和故障检测的准确性。

Claims (4)

1.数字电路故障检测电路，其特征在于，该电路包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、、第一路光耦合器(U1)、第二路光耦合器(U2)、电源VCC和一对互补的三极管：NPN型三极管(Q1)和PNP型三极管(Q2)；
电阻R1的一端与电阻R2的一端相连，且电阻R1的一端与电阻R2的一端为检测信号输入端，电阻R1的另一端连接NPN型三极管(Q1)的基极，NPN型三极管(Q1)的发射极连接电源VCC，NPN型三极管(Q1)的集电极连接电阻R3的一端，电阻R3的另一端连接第一路光耦合器(U1)的发光二极管的阳极，第一路光耦合器(U1)的发光二极管的阴极连接电源地；第一路光耦合器(U1)的光敏三极管的集电极连接电阻R5的一端，且该集电极为测试信号输出端，电阻R5的另一端连接电源VCC，第一路光耦合器(U1)的光敏三极管的发射极连接电源地；
电阻R2另一端连接PNP型三极管(Q2)的基极，PNP型三极管(Q2)的发射极连接电源地，PNP型三极管(Q2)的集电极连接第二路光耦合器(U2)的发光二极管的阴极，第二路光耦合器(U1)的发光二极管的阳极连接电阻R4的一端，电阻R4的另一端连接电源VCC；
第二路光耦合器(U2)的光敏三极管的集电极连接电阻R6的一端，且该集电极为测试信号输出端，电阻R6的另一端连接电源VCC，第二路光耦合器(U2)的光敏三极管的发射极连接电源地。
2.利用权利要求1所述的数字电路故障检测电路测试故障的方法，其特征在于，该方法的具体步骤为：
步骤一、获取被测电路的互连信息；
所述电路的互连信息包括电路中元器件的型号、标号，各芯片引脚的互连状态，引脚的输入输出属性；
步骤二、根据电路的互连信息向被测电路中的所有输出引脚，施加全“1”测试激励，然后从所有对应的输入引脚获得测试响应；获得电路固定0,故障和开路故障的支路；具体为：
若某输入引脚的响应数据为“0”状态，判定该引脚所属的互连网络为固定0故障；若某输入引脚的响应数据为开路状态，判定该引脚所属的互连网络为开路故障；
步骤三、根据步骤二的测试获得电路固定0故障和开路故障的支路，剔除已检测出的开路故障和固定0故障的互连网络，向剩余网络中的输出引脚施加全“0”测试激励，获得测试引脚的响应；进而获得固定1故障的支路；
若施加全“0”测试激励的引脚获得的响应数据为“1”状态，判定该引脚所属的互连网络为呆滞1故障；
步骤四、根据步骤二和步骤三的测试结果，剔除被测电路中的开路故障支路、固定0故障支路、固定1故障支路的网络，对剩余电路进行测试，获得剩余故障结果，完成利用数字电路故障检测电路的故障测试。
3.根据权利要求2所述的数字电路故障检测电路测试故障的方法，其特征在于步骤四中采用走步测试方法、计数补偿方法或棋盘格对剩余电路进行测试。
4.数字电路故障检测电路，其特征在于，该电路包括：电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电源VCC和一对互补的三极管：NPN型三极管(Q1)和PNP型三极管(Q2)；
电阻R1的一端与电阻R2的一端相连，且电阻R1的一端与电阻R2的一端为检测信号输入端，电阻R1的另一端连接NPN型三极管(Q1)的基极，NPN型三极管(Q1)的发射极连接电源VCC，NPN型三极管(Q1)的集电极连接电阻R3的一端，且该集电极为测试信号输出端，电阻R3的另一端连接电源地；
电阻R2另一端连接PNP型三极管(Q2)的基极，PNP型三极管(Q2)的发射极连接电源地，PNP型三极管(Q2)的集电极连接电阻R4的一端，且该集电极为测试信号输出端，电阻R4的另一端连接电源VCC。
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