电路维修中集成电路的替换方法及原则

　　在电子产品开发与维修中.在考虑其成本，或确认一块集成电路损坏后，通常要找一个与原器件的规格、型号一致的集成块来替换。而要找一个与原器件规格、型号一致的替换件并不容易，因此如何寻找能够替代原品的集成电路器件，就成了维修的关键。了解集成电路常见故障类型。掌握集成电路替换的原则、方法和注意事项。可以使维修或替换集成电路事半功倍。

　　一、集成电路故障类型

　　我们可以把每一块集成电路(简称“组件”)看成带有电源端、输人、输出端，且具有一定功能的黑匣子，而不必深究内部电路结构，只要判明它的电源端并了解其输入、输出之间的逻辑关系正确，便认为它是正常的，否则表明组件有故障。组件故障通常可以分为组件内部电路故障和组件外部电路故障两类。

　　1.组件内部电路故障

　　(1)输入、输出脚脱焊开路。

　　(2)输人、输出脚与Ucc电源或地线短路。

　　(3)Ucc电源和地线以外的两个引线之间短路。

　　(4)组件内部逻辑功能失效

　　2.组件外部电路故障

　　(1)Ucc电源和地线与外部电路节点之间短路。

　　(2)Ucc电源和地线之外的两节点间短路。

　　(3)信号开路。

　　(4)外部元件故障，如电感、电容和电阻等。

　　3.组件静态参数和静态功能故障

　　综上所述，组件的故障类型不外乎开路、短路和功能失效三种。大量的实践证明，组件的动态参数(延迟时间、上升边沿时间、下降边沿时间)失效情况较少，而静态参数、静态功能失效的情况较多。

　　静态参数和静态功能是在直流电压信号和低频信号下测试的参数与功能。其功能故障一般有以下8种.

　　(1)组件的功能电流过大、组件发热，使组件功能失效。

　　(2)组件的输入电流过大，使前级负载加重，将前级信号或电平拉垮。

　　(3)几个输入端的交叉漏电流过大，引起逻辑功能失效。

　　(4)输入和输出引脚中有开路或短路，致使功能失效。

　　(5)组件的频率特性变坏，当工作频率升高时，输出电平的幅度降低(如工作电源电压为5v的组件降为3V)，致使功能失效。

　　(6)组件内部输出管负载特性变坏，低电平升高，大于0.8v(如在1v-2v之间)，使逻辑产生错乱。

　　(7)组件内部驱动管输出电流太小。不能驱动下一级负载.使逻辑出错。

　　(8)高低电平不符合要求，如低电平大于0.6V，高电平小于2.8V，这样的电平一般被称为危险电平或不可靠电平。具有这样输出电平的组件应当剔除。需要注意的是.当集电极开路门组件的输出端不加匹配电阻时，也会产生故障电平，但这不是组件有故障.不应剔除。

　　以上属于数字集成电路的故障类型。对于其他集成电路(如模拟线路集成电路)则可作为借鉴。

　　二、替换的原则

　　1.外形规格及引线排列顺序应相同 尽量选用同型号的集成电路或可以直接代换的其他型号.这样可以不改变设计或原机电路的引线.简便易行、容易满足设计要求或恢复原机的性能指标。有少数集成电路，虽然其型号相同，但还要考虑其外形尺寸。

　　2.电路的结构及工艺类型应相同 如TTL替换TTL，CMOS替换CMOS.ECL替换ECL等。

　　3.电路的功能特性应相同 应确保替换的集成电路是好的，否则判断排除故障更费周折。

　　4.电路的一些主要参数应相同或相近如电源电压、工作频率等。

　　三、替换的方法

　　首先要熟悉国内外集成电路的命名方法，查阅有关集成电路数据替换手册.进而决定选取哪一种型号作替代品。通常有以下5种情况：

　　1.型号字母不同，数字相同。如CD4001、TC4001、SCL4001、HCF4001、CC4001等均为同一功能产品，并且引脚排列等完全相同，符台替换的基本原则。一般来说，这种情况直接替换。通常可得到满意的替换效果，但也有例外，在没有完全把握时，需要进一步查阅有关资料加以证实。

　　2.型号字母相同，数字不同。这种情况一般是同一生产厂家不同系列或改进型产品，替换的可能性很大。

　　3.型号和字母都不同。这种情况可替换的型号较多，主要是由于各生产厂家互相仿制，只要查有关数据手册的替换表就可查到。

　　4.引脚数目不同。这种情况替换看似不太可能，但实际上却是可以的。因为功能相同而引脚不同，引脚多的一般是增加了散热脚或共地脚。

　　5.封装不同。这种情况较为多见。如同一功能的产品有金属圆形封装和双列直插封装等。虽然封装不同，但电特性完全相同.通过加长引脚并套上绝缘套，按引脚功能要求进行连接，便可完成替换。当然，是在实在找不到替代品的情况下才采用这种方法。

　　四、替换的注意事项

　　1.选用同型号的集成电路可以直接代换。

　　2.更换原机上的集成电路时，不要急躁.也不要乱拔、乱撬集成电路的引脚.根据自己所具备的条件来选择拆卸方法。

　　3.在还没有判断外围电路是否有故障.以及未确认集成电路损坏之前，不要轻易更换集成块，否则换上去的集成块有可能再次报废。

　　4.有些集成电路，虽然型号中的大部分字符相同但其后缀不同，则引脚排列等可能不同，如M5115与M5115R，二者引脚功能的排列顺序刚好相反。

　　5.在选用相同功能但不同型号或不同引脚排列时，还应注意： (1)尽量选用功能、电气特性相同或相近的集成块。 (2)引脚连接时，应尽量利用原印刷板上的孔位和线路，连线要整齐，信号前后数不要交叉，以免电路产生干扰、短路等故障。(3)集成电路的供电电压与集成电路的电源电压典型值应相符合。 (4)集成电路的各信号的输入、输出阻抗要与原电路匹配。

　　一、集成电路故障类型

　　我们可以把每一块集成电路(简称“组件”)看成带有电源端、输人、输出端，且具有一定功能的黑匣子，而不必深究内部电路结构，只要判明它的电源端并了解其输入、输出之间的逻辑关系正确，便认为它是正常的，否则表明组件有故障。组件故障通常可以分为组件内部电路故障和组件外部电路故障两类。

　　1.组件内部电路故障

　　(1)输入、输出脚脱焊开路。

　　(2)输人、输出脚与Ucc电源或地线短路。

　　(3)Ucc电源和地线以外的两个引线之间短路。

　　(4)组件内部逻辑功能失效

　　2.组件外部电路故障

　　(1)Ucc电源和地线与外部电路节点之间短路。

　　(2)Ucc电源和地线之外的两节点间短路。

　　(3)信号开路。

　　(4)外部元件故障，如电感、电容和电阻等。

　　3.组件静态参数和静态功能故障

　　综上所述，组件的故障类型不外乎开路、短路和功能失效三种。大量的实践证明，组件的动态参数(延迟时间、上升边沿时间、下降边沿时间)失效情况较少，而静态参数、静态功能失效的情况较多。

　　静态参数和静态功能是在直流电压信号和低频信号下测试的参数与功能。其功能故障一般有以下8种.

　　(1)组件的功能电流过大、组件发热，使组件功能失效。

　　(2)组件的输入电流过大，使前级负载加重，将前级信号或电平拉垮。

　　(3)几个输入端的交叉漏电流过大，引起逻辑功能失效。

　　(4)输入和输出引脚中有开路或短路，致使功能失效。

　　(5)组件的频率特性变坏，当工作频率升高时，输出电平的幅度降低(如工作电源电压为5v的组件降为3V)，致使功能失效。

　　(6)组件内部输出管负载特性变坏，低电平升高，大于0.8v(如在1v-2v之间)，使逻辑产生错乱。

　　(7)组件内部驱动管输出电流太小。不能驱动下一级负载.使逻辑出错。

　　(8)高低电平不符合要求，如低电平大于0.6V，高电平小于2.8V，这样的电平一般被称为危险电平或不可靠电平。具有这样输出电平的组件应当剔除。需要注意的是.当集电极开路门组件的输出端不加匹配电阻时，也会产生故障电平，但这不是组件有故障.不应剔除。

　　以上属于数字集成电路的故障类型。对于其他集成电路(如模拟线路集成电路)则可作为借鉴。

　　二、替换的原则

　　1.外形规格及引线排列顺序应相同 尽量选用同型号的集成电路或可以直接代换的其他型号.这样可以不改变设计或原机电路的引线.简便易行、容易满足设计要求或恢复原机的性能指标。有少数集成电路，虽然其型号相同，但还要考虑其外形尺寸。

　　2.电路的结构及工艺类型应相同 如TTL替换TTL，CMOS替换CMOS.ECL替换ECL等。

　　3.电路的功能特性应相同 应确保替换的集成电路是好的，否则判断排除故障更费周折。

　　4.电路的一些主要参数应相同或相近如电源电压、工作频率等。

　　三、替换的方法

　　首先要熟悉国内外集成电路的命名方法，查阅有关集成电路数据替换手册.进而决定选取哪一种型号作替代品。通常有以下5种情况：

　　1.型号字母不同，数字相同。如CD4001、TC4001、SCL4001、HCF4001、CC4001等均为同一功能产品，并且引脚排列等完全相同，符台替换的基本原则。一般来说，这种情况直接替换。通常可得到满意的替换效果，但也有例外，在没有完全把握时，需要进一步查阅有关资料加以证实。

　　2.型号字母相同，数字不同。这种情况一般是同一生产厂家不同系列或改进型产品，替换的可能性很大。

　　3.型号和字母都不同。这种情况可替换的型号较多，主要是由于各生产厂家互相仿制，只要查有关数据手册的替换表就可查到。

　　4.引脚数目不同。这种情况替换看似不太可能，但实际上却是可以的。因为功能相同而引脚不同，引脚多的一般是增加了散热脚或共地脚。

　　5.封装不同。这种情况较为多见。如同一功能的产品有金属圆形封装和双列直插封装等。虽然封装不同，但电特性完全相同.通过加长引脚并套上绝缘套，按引脚功能要求进行连接，便可完成替换。当然，是在实在找不到替代品的情况下才采用这种方法。

　　四、替换的注意事项

　　1.选用同型号的集成电路可以直接代换。

　　2.更换原机上的集成电路时，不要急躁.也不要乱拔、乱撬集成电路的引脚.根据自己所具备的条件来选择拆卸方法。

　　3.在还没有判断外围电路是否有故障.以及未确认集成电路损坏之前，不要轻易更换集成块，否则换上去的集成块有可能再次报废。

　　4.有些集成电路，虽然型号中的大部分字符相同但其后缀不同，则引脚排列等可能不同，如M5115与M5115R，二者引脚功能的排列顺序刚好相反。

　　5.在选用相同功能但不同型号或不同引脚排列时，还应注意： (1)尽量选用功能、电气特性相同或相近的集成块。 (2)引脚连接时，应尽量利用原印刷板上的孔位和线路，连线要整齐，信号前后数不要交叉，以免电路产生干扰、短路等故障。(3)集成电路的供电电压与集成电路的电源电压典型值应相符合。 (4)集成电路的各信号的输入、输出阻抗要与原电路匹配。