板级电路内建自测试建模技术研究
1.引言
在工业现场、国防军事、航空航天等领域需要利用电路自身资源进行快速的故障诊断，即要求电路具有自测试功能。为了使复杂的电路具有自测试功能必须进行专门的可测性分析与设计[1]。而通过建立故障诊断模型来研究复杂系统的可测性是一种准确并有效的方法。利用层次性依赖模型，设计者能将各个子系统整合成一个具有层次结构的完整体系。在这一完整系统模型框架下，进行系统的可测性分析，并确定整个系统可测性设计与故障诊断方案[2-3] 。
多信号模型从信号的多维属性着手，改进了依赖性模型结构中的故障影响关系分析不完整的不足，同时兼顾结构化模型建模简单快速的优点，在大型复杂系统中得到了成功应用[4-7] 。多信号为模型区分故障对系统功能的影响效果定义了功能故障和完全故障。多信号模型解决结构性失真的办法是找出组件影响的信号与测试点所能检测到的信号的因果关系[8-10] 。
高速数据采集器由FPGA、DSP 等大规模集成电路组成，是典型的板级电路。广泛地应用于工业、农业及国防领域领域。本文采用多信号模型对数据采集器进行了可测性分析与可测性设计，使高速数据采集具有自测试功能，提高其故障检测率及故障隔离率，解决现场对板级电路要求快速进行故障诊断及故障定位的要求。
2．高速数据采集器的多信号流建模
原数据采集系统未考虑可测性，系统本身可以提供的测试信息有限，大量重要测试数据和关键参数无法获取。一些参数可以测到但无法实现板级自测试，而一些参数无法测得。所以原始采集器的可用信号有5 个，用字母S 表示：S1-增益、S2-线性度、S3-直流偏差、S4-系统精度，S5-采集速率。数据采集器共有9 个模块，每个模块有功能故障(符号为F)和完全故障(符号为G)两个故障，共18 个故障，找出组成单元与信号的影响关系，如表1 所示。
表1 元件与信号关联关系
制定的电路功能测试诊断方案，设置测试点和测试，内容见表2。由此可以建立数据采集器的多信号模型[11]，如图1 所示。
表2 测试名称、位置和检测信号名称
模型的形式化定义如下。
系统组成单元集C={放大电路1、放大电路2、滤波电路1、滤波电路2、上路AD 转换模块，下路AD 转换模块、锁相环模块、DSP 模块和FPGA 模块}。
信号集S = {S1，S2，S3，S4，S5}；测试点TP = { TP1、TP2、TP3、TP4、TP5}；
测试集T = {t1，t2，t3，t4，t5，t6，t7，t8，t9，t10}；
元件信号集SC(ci) ={}；
测试点包含测试集SP={SP(TP1)，SP(TP2)，SP(TP3)，SP(TP4)，SP(TP5)}；
测试信号集ST={ ST(t1)，ST(t2)，…，ST(t10)}；
图1 数据采集器的多信号模型
3．高速数据采集器可测性
设计多信号模型的分析结果可以指导可测性设计，为设计人员指出系统难于测试的硬件缺陷，测试点和测试选择的不合理之处。通过模型分析也可以判断系统的模块和功能划分是否合理。基于多信号模型的可测性分析可以解决如下几个系统设计问题，直接指明可测性设计的具体方向。
(1)模型划分的合理性。多信号模型的模块划分方案可以作为系统实际设计的划分方案。合理的功能和结构划分是提高硬件自身的测试特性的重要手段。划分是要从产品层次、结构和电气等角度把复杂系统划分为较简单、可单独测试的单元容易进行。
(2)信号选择的局限性。特征信号的多样性给板级电路测试带来难度。由于设计者在功能设计时未对关键信号的检测给予硬件支持，使得系统的固有测试特性降低。无论怎样设计诊断策略都无法隔离所有故障。建模时进行的信号定义和依赖性分析提出了若干备选信号，其中有相当一部分是无法在缺少板级测试设备的情况下检测的。此时，以部分信号来达到隔离全部故障的目的显然是不现实的。而多信号模型在信号分析时能够指明系统现有信号集与完整信号集的差集。设计者可以根据差集中的信号设计检测电路并提供测试通道。
(3)测试施加的有效性。存在冗余测试说明测试的选择过多，造成了测试资源的浪费。根本原因是多余的测试未能提供新的故障信息，无助于故障的隔离。这表明单纯增加测试点和测试并无宜于改善可测性，应该使得新增测试所检测的故障信息与现有测试检测到的故障信息既有交集又不完全相同。
本文根据多信号模型的可测性分析结果进行可测性设计过程如下。
(1)原数据采集器器根据实际功能划分，即分为信号调理、模数转换、等周期采样和总体控制四个主要模块。物理划分方面上，各模块之间留有足够空间以方便各模块测试激励的引入和被检测信息的传递。
(2)根据信号定义发现现有信号集有5 个元素。造成原数据采集器的可测性
- 板级电路多信号模型的自测试技术介绍(10-16)
- 婵°倕鍊瑰玻鎸庮殽閸モ晙鐒婇柛鏇ㄥ灱閺嗐儳鈧鎮堕崕鎶藉煝閼测晜鏆滈柛顐ｇ箓閹鏌熺€涙ê濮囬柣鎾规硶閹峰顢橀悢鍛婄暚缂備礁顑呴鍛淬€冨⿰鍛晳闁跨噦鎷�
闂佺ǹ绻堥崝宥夊蓟閻斿憡濯寸€广儱鎷嬮崝鍛槈閺冨倸孝闁汇劎濮甸敍鎰板箣濠婂懐鎳囨繛鎴炴尰濮樸劑鎮￠敍鍕珰闁糕槅鍘剧粈澶愭煙缂佹ê濮囩€规洖鐭傞幆宥夊棘閸喚宀涢悗瑙勬偠閸庢壆绱為弮鍫熷殑闁芥ê顦～鏃堟煥濞戞ǹ瀚板┑顕呬邯楠炲啴濡搁妷锕€娓愰梻渚囧亞閸犳劙宕瑰鑸碘拹濠㈣埖鐡曠粈瀣归崗鍧氱細妞ゎ偄鎳橀幆鍐礋椤愩倖顔忔俊顐ゅ閸ㄥ灚瀵奸幇顔剧煓閻庯綆浜為悷锟�...
- 婵炴垶鎼╅崢鐐殽閸モ晙鐒婇柛鏇ㄥ灱閺嗐儳鈧鎮堕崕鎶藉煝閼测晜鏆滈柛顐ｇ箓閹鏌熺€涙ê濮囬柣鎾规硶閹峰顢橀悢鍛婄暚缂備礁顑呴鍛淬€冨⿰鍛晳闁跨噦鎷�
缂備緡鍣ｇ粻鏍焵椤掑﹥瀚�30婵犮垼鍩栧畝绋课涢鍌欑剨闁告洦鍨奸弳銉╂煕閳哄喚鏀版い鏂垮閹风娀宕滆閺屻倝鏌ㄥ☉妯侯殭缂佹鎸鹃埀顒傤攰閸╂牕顔忕捄銊﹀珰闁规儳鎳愮粈澶愭煕閺傜儤娅呮い鎺斿枛瀹曘劌螣閻戞ê娓愰梻渚囧亞閸犳洟骞撻鍫濈濡鑳堕鍗炩槈閹垮啩绨婚柟顔奸叄瀵粙鎮℃惔锝嗩啅婵☆偆澧楅崹鍨閹邦喚鐭欓悗锝庝簽閻熷酣鏌ｉ妸銉ヮ伂妞も晪绠戞晥闁跨噦鎷�...
- Agilent ADS 闂佽桨鐒﹂悷銉╊敆閻旂厧鏄ョ痪顓炴媼閸炴煡鎮归崶褍鈷旈柍璇插悑缁鸿棄螖閸曞灚顥�
婵炴垶鎸婚幐鎼侇敊瀹ュ绠抽柛顐秵閸わ箓鏌ㄥ☉妯垮闁告瑥绻樺Λ鍐閿濆骸鏁奸柣鐔哥懐閺嬪儊S闂佸憡鑹剧€氼噣锝為幒妤€绀夐柣鏃囶嚙閸樻挳鏌涘⿰鍐濞村吋鍔楃划娆戔偓锝庝簽鐎瑰鏌ｉ姀鈺冨帨缂侀亶浜跺畷婵嬪煛閸屾矮鎲鹃梺鐑╁亾閸斿秴銆掗崼鏇熷剹妞ゆ挾濮甸悾閬嶆煛閸愩劎鍩ｆ俊顐ユ硶閳ь剚鍐荤紓姘辨閻у挷S...
- HFSS闁诲孩鍐荤紓姘卞姬閸曨垰鏄ョ痪顓炴媼閸炴煡鎮归崶褍鈷旈柍璇插悑缁鸿棄螖閸曞灚顥�
闁荤姍鍐仾缂佽鐒︾粙澶愬箻閹颁礁鏅欓梺鐟版惈閻楁劙顢氶幎鑺ユ櫖閻忕偠妫勫鍧楁⒒閸稑鐏辨い鏂款樀楠炴帡宕峰▎绂⊿闂佹眹鍔岀€氼剚鎱ㄥ☉銏″殑闁芥ê顦扮€氭煡骞栫€涙ɑ鈷掗柡浣靛€濋弫宥囦沪閽樺鐩庨梺鍛婃煛閺呮粓宕戝澶婄闁靛ň鏅滃銊х磼椤栨繂鍚圭紒顔芥そ瀹曠兘寮跺▎鎯уΤ婵炴垶姊绘慨鐢垫暜婢舵劕绠垫い鈥抽敪SS...
- CST閻庣敻鍋婇崰妤冧焊濠靛棭鍟呴柕澶堝€楃粙濠囨倵楠炲灝鈧洟鎮＄捄銊﹀妞ゆ挾鍠愬▓宀€绱掔€ｎ亶鍎忔い銊︾矌閹叉鏁撻敓锟�
闂佸搫顦€涒晛危閹存緷铏光偓锝傛櫅閻︽粓鎮规担绛嬪殝缂佽鲸绻堝畷妤呭Ω閳哄倹銆冮柣鐘辩瀵泛顔忕欢缍璗闂佸憡鑹剧€氫即濡村澶婄闁绘棁顕ч崢鎾煕濠婂啳瀚板ù鍏煎姉缁瑧鈧綆浜炵€瑰鏌ｉ姀鈺冨帨缂佽鲸绻堝畷婵嬪煛閸屾矮鎲鹃棅顐㈡祩閸嬪﹪鍩€椤掑倸鏋欓柛銈嗙矌閳ь剚鍐婚梽鍕暜婢舵劕绠垫い鈥愁敍T闁荤姳鐒﹀畷姗€顢橀崨濠冨劅闁哄啫鍊归弳锟�...
- 闁诲繐绻愮€氫即銆傞崼鏇炴槬闁惧繗顕栭弨銊╂煕閳哄喚鏀版い鏂垮閹风娀宕滆閺岋拷
婵炴垶鎸稿ú锝囩箔閳ь剙螖閸屾惮鎴﹀Χ婵傚摜宓侀柛鎰级閸曢箖鎮硅閸ゆ牜妲愬┑鍥ㄤ氦婵炲棗娴烽弰鍌炴偣閸パ冣挃闁宠鍚嬬粙澶嬫姜閹殿喚鈽夐梺闈╄礋閸斿矂鎯冮悩绛圭矗闁瑰鍋涜灇闂佸搫鐗滈崹鍫曘€傞锕€鏄ラ柣鏃€鐏氭禍锝夋倶閻愬瓨绀冮悗姘辨暬閹虫ê顫濋崜褏顦梺鐟扮仛閹搁绮崨鏉戦敜婵﹩鍓涢弶浠嬫煟閵娿儱顏х紒妤佹尰缁嬪顫濋鍌氭暏缂佺虎鍘搁崑锟�...
- 閻庣敻鍋婇崰妤冧焊濠靛牅鐒婇柛鏇ㄥ灱閺嗐儲绻涢弶鎴剶闁革絾妞介獮娆忣吋閸曨厾鈻曢梺绯曟櫇椤㈠﹪顢欓崟顓熷珰闁告挆鈧弻銈夋煕濮橆剛澧︽繛澶涙嫹
闁荤姵鍔﹂崢娲箯闁秴瑙﹂柛顐犲劜閼茬娀鏌￠崶銊︾稇闁汇倕瀚伴獮鍡涙偑閸涱垳顦紓鍌氬暞閸ㄧ敻宕规惔銊ノュ〒姘ｅ亾妞わ絽澧庨幏顐﹀矗濡搫纾块梺闈涙閼冲爼濡靛顑芥灃闁靛繒濮甸悵銈夋煏閸℃洘顦峰ǎ鍥э躬瀹曪綁鏌ㄧ€ｎ剛鍩嶉梺鎸庣☉閺堫剟宕瑰⿰鍛暫濞达絽婀辨竟澶愭煛瀹ュ妫戠紒銊ユ健閺屽懘鏁撻敓锟�...
