板級(jí)電路多信號(hào)模型自測(cè)試技術(shù)方案簡介

1.引言

在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)、國防軍事、航空航天等領(lǐng)域需要利用電路自身資源進(jìn)行快速的故障診斷，即要求電路具有自測(cè)試功能。為了使復(fù)雜的電路具有自測(cè)試功能必須進(jìn)行專門的可測(cè)性分析與設(shè)計(jì)[1]。而通過建立故障診斷模型來研究復(fù)雜系統(tǒng)的可測(cè)性是一種準(zhǔn)確并有效的方法。利用層次性依賴模型，設(shè)計(jì)者能將各個(gè)子系統(tǒng)整合成一個(gè)具有層次結(jié)構(gòu)的完整體系。在這一完整系統(tǒng)模型框架下，進(jìn)行系統(tǒng)的可測(cè)性分析，并確定整個(gè)系統(tǒng)可測(cè)性設(shè)計(jì)與故障診斷方案[2-3] 。

多信號(hào)模型從信號(hào)的多維屬性著手，改進(jìn)了依賴性模型結(jié)構(gòu)中的故障影響關(guān)系分析不完整的不足，同時(shí)兼顧結(jié)構(gòu)化模型建模簡單快速的優(yōu)點(diǎn)，在大型復(fù)雜系統(tǒng)中得到了成功應(yīng)用[4-7] 。多信號(hào)為模型區(qū)分故障對(duì)系統(tǒng)功能的影響效果定義了功能故障和完全故障。多信號(hào)模型解決結(jié)構(gòu)性失真的辦法是找出組件影響的信號(hào)與測(cè)試點(diǎn)所能檢測(cè)到的信號(hào)的因果關(guān)系[8-10] 。

高速數(shù)據(jù)采集器由FPGA、DSP 等大規(guī)模集成電路組成，是典型的板級(jí)電路。廣泛地應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)及國防領(lǐng)域領(lǐng)域。本文采用多信號(hào)模型對(duì)數(shù)據(jù)采集器進(jìn)行了可測(cè)性分析與可測(cè)性設(shè)計(jì)，使高速數(shù)據(jù)采集具有自測(cè)試功能，提高其故障檢測(cè)率及故障隔離率，解決現(xiàn)場(chǎng)對(duì)板級(jí)電路要求快速進(jìn)行故障診斷及故障定位的要求。

2.高速數(shù)據(jù)采集器的多信號(hào)流建模

原數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)未考慮可測(cè)性，系統(tǒng)本身可以提供的測(cè)試信息有限，大量重要測(cè)試數(shù)據(jù)和關(guān)鍵參數(shù)無法獲取。一些參數(shù)可以測(cè)到但無法實(shí)現(xiàn)板級(jí)自測(cè)試，而一些參數(shù)無法測(cè)得。所以原始采集器的可用信號(hào)有5 個(gè)，用字母S 表示：S1-增益、S2-線性度、S3-直流偏差、S4-系統(tǒng)精度，S5-采集速率。數(shù)據(jù)采集器共有9 個(gè)模塊，每個(gè)模塊有功能故障(符號(hào)為F)和完全故障(符號(hào)為G)兩個(gè)故障，共18 個(gè)故障，找出組成單元與信號(hào)的影響關(guān)系，如表1 所示。

表1 元件與信號(hào)關(guān)聯(lián)關(guān)系

制定的電路功能測(cè)試診斷方案，設(shè)置測(cè)試點(diǎn)和測(cè)試，內(nèi)容見表2。由此可以建立數(shù)據(jù)采集器的多信號(hào)模型[11]，如圖1 所示。

表2 測(cè)試名稱、位置和檢測(cè)信號(hào)名稱

模型的形式化定義如下。

系統(tǒng)組成單元集C={放大電路1、放大電路2、濾波電路1、濾波電路2、上路AD 轉(zhuǎn)換模塊，下路AD 轉(zhuǎn)換模塊、鎖相環(huán)模塊、DSP 模塊和FPGA 模塊}。

信號(hào)集S = {S1，S2，S3，S4，S5};測(cè)試點(diǎn)TP = { TP1、TP2、TP3、TP4、TP5};

測(cè)試集T = {t1，t2，t3，t4，t5，t6，t7，t8，t9，t10};

元件信號(hào)集SC(ci) ={};