Fehler in elektronischen Schaltungen

Reagieren elektronische Schaltungen fehlerhaft, kann das im Prinzip vier Ursachen haben:

Entwurfsfehler – Sie entstehen wie Programmfehler bei Software bereits in der Entwicklung und sollten in dieser Phase repariert werden. Bleiben sie dabei unentdeckt wie der Pentium-FDIV-Bug von 1994 können sie hohe Folgekosten oder Schäden verursachen.
Produktionsfehler – Sie entstehen während der Produktion als Einzelfehler oder als Serienfehler und werden beispielsweise durch fehlerhafte Anlagen oder Produktionsmittel, fehlerhafte Materialien oder Werkstoffe oder aufgrund menschlicher Fehler verursacht.
physikalische Fehler – Sie werden unterschieden in permanente, beispielsweise bei Beschädigung oder durch Abnutzung, und einmalige, zum Beispiel durch starke Strahlungseinwirkung.
Eingabefehler – Sie werden verursacht durch Bedienfehler, durch fehlerhafte Schnittstellen oder als Folgefehler anderer Störungen.

Physikalische Fehler bei digitalen Schaltungen teilt man in mehrere Klassen ein.

Stuck-at-Faults (dt. Haftfehler) sind Fehler, bei denen Gatter an einem Eingang oder Ausgang auf einem bestimmten Wert feststecken. Je nach dem Wert unterscheidet man Stuck-at-1 oder Stuck-at-0-Fehler.

Als Bridging-Faults werden Kurzschlüsse zwischen zwei Leitungen bezeichnet. Daraus entstehen neue Funktionen der betroffenen Gatter. Input-Output-Bridging bedeutet, dass Ein- und Ausgänge der Schaltung miteinander verbunden sind (Rückkopplung). Dies führt zu zeitabhängigen Verhalten, z. B. zu schwingenden Schaltungen.

Speziell bei Transistoren kennt man Stuck-off-Fehler (Transistor sperrt immer), Stuck-on-Fehler (Transistor leitet immer) und Gate-Delay-Faults sowie Path-Delay-Faults, die Verzögerungen bei der Signalverarbeitung hervorrufen.

Durch Analyse der Schaltung versucht man möglichst effektive Testszenarien zu entwerfen, um möglichst viele Fehler mit möglichst geringem Aufwand von vornherein zu erkennen. Außerdem kann man besonders kritische Schaltungen entsprechend fehlertolerant entwerfen. Um mögliche Fehler in der Produktion zu identifizieren werden hierzu Funktionsprüfungen in der Produktion durchgeführt.

Literatur

Rudolf Schadow, Systematische Fehlersuche an Rundfunkgeräten, Weidmannsche Verlagsbuchhandlung, Berlin 1938

Adolf Renardy, Fehlersuche durch Signalverfolgung und Signalzuführung, Franzis Verlag, München 1953

Heinz Lummer, Fehlersuche und Fehlerbeseitigung an Transistorempfängern, Franzis-Servicewerkstattbuch 2., erw. Aufl., Franzis-Verlag, München 1966

Bernhard Pabst, Fehlersuche in Transistorgeräten, Reprint der Originalausgabe von 1966, Funk Verlag Bernhard Hein e.K., Dessau 2001, ISBN 3-936124-02-7

Dietmar Benda, Methodische Fehlersuche in der Industrie-Elektronik. Wie Fehler in elektronischen Geräten und Anlagen durch zielbewußte Systematik und Logik geortet werden können, 2. neu bearb. u. erw. Aufl. Franzis Verlag, München 1979

Josef Eiselt, Fehlersuche in elektrischen Anlagen und Geräten, Pflaum, München 1984

Engel, Horst (Hg.), Erfolgreiche Fehlersuche in elektronischen Schaltungen. Prüfung analoger und digitaler Schaltungen mit Multimeter, Oszilloskop, Speicher-Oszilloskop, Logikanalysator und Expertensystem, Franzis, Poing 1995