Ден Томел - Поиск неисправностей в электронике

Обрывы на входах и выходах микросхем происходят внутри, но могут быть вызваны и плохими соединениями выводов ИМС с контактами панельки, холодной пайкой, трещинами печатной платы, согнутыми выводами ИМС. Для того чтобы отличить эти проблемы от неисправностей внутри микросхемы, сравните логические сигналы выводов микросхемы с подозрением на неисправность с сигналами выводов правильно соединенной микросхемы.

Короткое замыкание

Короткое замыкание — это тот козел отпущения, которого чаще всего обвиняют во всех электрических проблемах.

Короткое замыкание — непредусмотренное соединение с относительно малым сопротивлением между двумя точками электрической цепи, которое вызывает чрезмерный (часто разрушительный) ток между этими точками.

Создается впечатление, что в 99 % случаев, когда люди дают отчет о проблеме, возникшей в электронном оборудовании, они вынуждены давать авторитетный диагноз: «Это было короткое замыкание». В действительности это явление возникает относительно редко и в большинстве устройств его легко обнаружить. Настоящее короткое замыкание в силовой цепи сопровождается такими признаками, как сгоревшие предохранители, клубы дыма, тлеющие угольки, отчетливый запах горелого кремния.

К сожалению, в цифровых ИМС ток, который может протекать, обычно ограничен другими элементами схемы, и когда возникает короткое замыкание транзистора, его признаки не очевидны. Короткое замыкание на входе или выходе цифровой схемы обычно означает, что для тока возник контур с низким импедансом от положительного или отрицательного источника питания ИМС. Если через полупроводниковый прибор протекает слишком большой ток, но этот ток все же недостаточен для того, чтобы испарить его, кремниевые соединения разрушаются, и прибор ведет себя как при коротком замыкании.

В устройствах с технологией ТТЛ короткое замыкание транзистора в верхней части выходного каскада приведет к тому, что на выходе транзистора будет постоянный низкий логический уровень, что послужит причиной такого же уровня на входах всех приборов, подключенных к данному выходу, как показано на рис. 7.24.

Рис. 7.24. Короткое замыкание на выходе прибора ТТЛ

Короткое замыкание транзистора в верхней части выходного каскада случается нечасто и его можно даже и не заметить, поскольку схема работает как повышающий резистор.

В схемах КМОП короткое замыкание может возникать на положительной или отрицательной шине питания. Результатом может быть постоянный логический уровень, ВЫСОКИЙ или НИЗКИЙ соответственно.

Другой вариант — запрещенное логическое состояние. Предположим, например, что транзистор вышел из строя таким образом, что он воспринимается как резистор с сопротивлением 100 Ом между выходом и землей. Когда на выходе должен появиться низкий логический уровень, все идет нормально. Когда на выходе должен возникнуть высокий логический уровень, выход становится делителем напряжения, как показано на рис. 7.25. В результате вместо логического уровня ВЫСОКИЙ на выходе возникает запрещенный логический сигнал.

Короткое замыкание на входе имеет те же признаки, что и на выходе. Нередко очень трудно определить, закорочен ли выход, что заставляет входы других схем быть в состоянии НИЗКИЙ или ВЫСОКИЙ, или же закорочен вход, влияя на выход предыдущей схемы.

Между выводами ИМС также возникает короткое замыкание. Внутренние проблемы такого типа довольно редки. Обычно это связано с перемычками из припоя, остатками проводящего флюса, короткими замыканиями в кабеле или соединениях платы.

Рис. 7.25. Короткое замыкание на выходе прибора КМОП

Неисправные периферийные компоненты

Цифровые логические ИМС обычно не требуют подключения дополнительных компонентов. Однако в некоторых точках они должны подключаться к входным и выходным частям схемы: переключателям, резисторам, светодиодам. Есть также много ИМС, считающихся цифровыми приборами, которые требуют для своей работы периферийных компонентов. Эти приборы и методы поиска неисправностей в них рассматриваются в следующей главе.

Одной из наиболее распространенных причин возникновения неисправностей в цифровых схемах является воздействие тепла. Наиболее уязвимы компоненты, которые должны рассеивать достаточно большое количество тепла, а также расположенные рядом с ними детали. Хотя современные системы невелики по размеру, с меньшим числом компонентов и потреблением энергии, они в настоящее время используют множество плат с несколькими рядами интегральных схем. Тепло, рассеиваемое таким большим количеством ИМС, может быть значительным.