定位模拟电路故障的机内测试设计方法、系统和模拟电路与流程

1.本文涉及机内测试技术，尤指一种定位模拟电路故障的机内测试设计方法、系统和模拟电路。


背景技术：

2.当前，航空、航天、军工领域装备的集成度、复杂度越来越高，对这类装备的故障定位需求也越加严苛，如定位结果需要更准确，定位时间需要更短等。
3.为了实现上述故障定位需要，需要对这类装备进行机内测试(built-1n test，bit)。但是目前的机内测试系统在设计时主要针对的是数字系统，对于诸如模拟信号的放大、滤波、波形调理、功放、电源等电路，由于缺乏先进的故障诊断方法做支撑，几乎没有系统科学的bit设计方法，而模拟电路恰恰又是故障高发的电路。


技术实现要素：

4.本技术提供了一种定位模拟电路故障的机内测试设计方法、系统和模拟电路，能够通过机内测试实现对模拟电路故障的快速定位。
5.本技术实施例提供的定位模拟电路故障的机内测试设计方法，包括：
6.将待故障定位模拟电路划分为2个子模块，所述2个子模块间存在至少一个公共连接节点；
7.分别在每个子模块内选择至少一个测试节点；
8.对于每个公共连接节点分别进行如下处理：确定所述待故障定位模拟电路在无故障情况下，所述公共连接节点的参考输出电压信号，并在所述公共连接节点施加与所述参考输出电压信号等值的激励电压信号；
9.对所述2个子模块中的每个子模块，将在所述激励电压信号与该子模块内部原有激励源共同起作用的情况下获得的该子模块内的测试节点的实测电压信号值，与获得的所述待故障定位模拟电路在无故障情况下该子模块内的对应测试节点的参考输出电压信号波动范围进行比较，根据比较的结果确定该子模块是否存在故障。
10.在一示例性实施例中，根据比较的结果确定该子模块是否存在故障，包括：
11.当每个测试节点的实测电压信号值均落入其对应的参考输出电压信号波动范围内，则确定该子模块无故障。
12.在一示例性实施例中，根据比较的结果确定该子模块是否存在故障，包括：
13.当该子模块中任一测试节点的实测电压信号值没有落入其对应的参考输出电压信号波动范围内，则确定该子模块存在故障。
14.在一示例性实施例中，在所述公共连接节点施加与所述参考输出电压信号等值的激励电压信号，包括：
15.将由激励电压信号源和开关电路并联组成的电路模块接入所述公共连接节点与公共参考地之间；其中，所述激励电压信号源提供给所述公共连接节点的电压信号与其参
考输出电压信号等值。
16.本技术实施例提供了一种定位模拟电路故障的机内测试系统，所述系统用于对模拟电路进行故障定位，所述模拟电路被划分为2个子模块，所述2个子模块间存在至少一个公共连接节点，且每个子模块内存在预先选定的测试节点；
17.所述机内测试系统包括：
18.至少一个接入端口，其中，一个接入端口连接所述模拟电路中的一个公共连接节点；
19.至少一个激励电压信号装置，其中，一个激励电压信号装置连接一个所述接入端口；所述激励电压信号装置，设置为通过与其连接的接入端口向对应的公共连接节点施加激励电压信号，所述激励电压信号与所述模拟电路在无故障情况下对应公共连接节点的参考输出电压信号等值；
20.信号处理装置，设置为对于每个子模块，在所述激励电压信号与该子模块内部原有激励源共同起作用的情况下，分别采集该子模块中测试节点的实际电压信号，并将实际电压信号值与获得的所述模拟电路在无故障情况下该子模块内的对应测试节点的参考输出电压信号波动范围进行比较，根据比较的结果确定该子模块是否存在故障。
21.在一示例性实施例中，所述激励电压信号装置包括：并列连接的激励电压信号源和开关电路，其中，激励电压信号源的正极与所述接入端口连接，激励电压信号源的负极通过开关电路连接公共参考地；其中，所述激励电压信号源提供给所述公共连接节点的激励电压信号与其参考输出电压信号等值。
22.在一示例性实施例中，所述激励电压信号源为程控直流电压源。
23.在一示例性实施例中，信号处理装置，设置为根据比较的结果确定该子模块是否存在故障，包括：
24.当每个测试节点的实际电压信号值均落入其对应的参考输出电压信号波动范围内，则确定该子模块无故障。
25.在一示例性实施例中，信号处理装置，设置为根据比较的结果确定该子模块是否存在故障，包括：
26.当该子模块中任一测试节点的实际电压信号值没有落入其对应的参考输出电压信号波动范围内，则确定该子模块存在故障。
27.本技术实施例还提供了一种模拟电路，所述模拟电路被划分为2个子模块，所述2个子模块间存在至少一个公共连接节点，且每个子模块内存在预先选定的测试节点；
28.所述模拟电路包含如前任一实施例所述的定位模拟电路故障的机内测试系统。
29.本技术实施例记载技术方案，利用电路中的替代定理，将待故障定位模拟电路划分为了2个独立的子模块，相对在子模块间信号彼此关联的情况下进行故障定位，故障定位不易出错；进行故障定位时只需进行节点电压信号获取和电压信号比较，故障定位过程简单，故障定位结果获取快，实时性好；此外，该bit测试方法软硬件均易实现，即bit测试所需的软硬件开销小，具备很好的工程实用价值。
30.本技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本技术而了解。本技术的其他优点可通过在说明书以及附图中所描述的方案来实现和获得。
附图说明
31.附图用来提供对本技术技术方案的理解，并且构成说明书的一部分，与本技术的实施例一起用于解释本技术的技术方案，并不构成对本技术技术方案的限制。
32.图1为本技术实施例提供的定位模拟电路故障的机内测试设计方法流程图；
33.图2为本技术实施例提供的对待故障定位模拟电路进行符合需求的分块示意图；
34.图3为本技术实施例提供的对分块后的模拟电路施加激励信号源的示意图。
具体实施方式
35.本技术描述了多个实施例，但是该描述是示例性的，而不是限制性的，并且对于本领域的普通技术人员来说显而易见的是，在本技术所描述的实施例包含的范围内可以有更多的实施例和实现方案。尽管在附图中示出了许多可能的特征组合，并在具体实施方式中进行了讨论，但是所公开的特征的许多其它组合方式也是可能的。除非特意加以限制的情况以外，任何实施例的任何特征或元件可以与任何其它实施例中的任何其他特征或元件结合使用，或可以替代任何其它实施例中的任何其他特征或元件。
36.本技术包括并设想了与本领域普通技术人员已知的特征和元件的组合。本技术已经公开的实施例、特征和元件也可以与任何常规特征或元件组合，以形成由权利要求限定的独特的发明方案。任何实施例的任何特征或元件也可以与来自其它发明方案的特征或元件组合，以形成另一个由权利要求限定的独特的发明方案。因此，应当理解，在本技术中示出和/或讨论的任何特征可以单独地或以任何适当的组合来实现。因此，除了根据所附权利要求及其等同替换所做的限制以外，实施例不受其它限制。此外，可以在所附权利要求的保护范围内进行各种修改和改变。
37.此外，在描述具有代表性的实施例时，说明书可能已经将方法和/或过程呈现为特定的步骤序列。然而，在该方法或过程不依赖于本文所述步骤的特定顺序的程度上，该方法或过程不应限于所述的特定顺序的步骤。如本领域普通技术人员将理解的，其它的步骤顺序也是可能的。因此，说明书中阐述的步骤的特定顺序不应被解释为对权利要求的限制。此外，针对该方法和/或过程的权利要求不应限于按照所写顺序执行它们的步骤，本领域技术人员可以容易地理解，这些顺序可以变化，并且仍然保持在本技术实施例的精神和范围内。
38.本技术实施例提供了一种定位模拟电路故障的机内测试设计方法，如图1所示，所述方法包括：
39.步骤s101将待故障定位模拟电路划分为2个子模块，所述2个子模块间存在至少一个公共连接节点；
40.本技术实施例对待故障定位模拟电路实施2分法划分为2个子模块；根据设定的故障定位精度，如果需要对其中一个或两个子模块继续故障定位，可以对待故障定位子模块实施2分法再划分为2个子模块；具体的定位范围可根据故障定位精度确定；故障定位精度越高，定位范围越小。可选的故障定位范围可以有：现场可更换单元(lru)级、功能模块级、单元电路级或元器件级；常见的故障定位范围为单元电路级；
41.将待故障定位模拟电路划分出的2个子模块之间存在的公共连接节点是同时与所述2个子模块连接的节点；
42.步骤s102分别在每个子模块内选择至少一个测试节点；
43.本技术实施例对子模块内测试节点的选择没有特殊的限制；
44.步骤s103对于每个公共连接节点分别进行如下处理：确定所述待故障定位模拟电路在无故障情况下，所述公共连接节点的参考输出电压信号，并在所述公共连接节点施加与所述参考输出电压信号等值的激励电压信号；
45.依据电路理论中多端口电路的“替代定理”，对待故障定位模拟电路进行符合需求的分块，分块后的电路如图2所示，假定图2中整体模拟电路记为n，因bit故障定位的需要，把n划分成子模块n1和n2。选定电路n中子模块n1和n2的公共连接节点n1,n2,
…np
(p为大于0的正整数)，在这些公共连接节点处施加激励电压信号。本发明实施例采用直流诊断，所施加的激励电压电压信号为直流电压信号(即为图2中的u1、u2…up
)；
46.根据“替代定理”可知，施加激励电压信号后，子模块n1和n2就成为了两个相互独立的子模块，它们各自的故障不会影响另一子模块，这恰恰是本技术实施例对模拟电路进行bit故障隔离设计的基础条件；
47.在公共连接节点n1,n2,
…np
分别施加的激励电压信号的大小与所述待故障定位模拟电路在无故障情况下、所述公共连接节点n1,n2,
…np
的参考输出电压信号的大小等值；其中，所述公共连接节点的参考输出电压信号的大小可由仿真软件模拟所述待故障定位模拟电路在无故障，且在原有激励电压信号激励的情况下，经仿真计算获得；
48.步骤s104对所述2个子模块中的每个子模块，将在所述激励电压信号与该子模块内部原有激励源共同起作用的情况下获得的该子模块内的测试节点的实测电压信号值，与获得的所述待故障定位模拟电路在无故障情况下该子模块内的对应测试节点的参考输出电压信号波动范围进行比较，根据比较的结果确定该子模块是否存在故障。
49.本技术实施例记载的机内测试方法，利用电路中的替代定理，将待故障定位模拟电路划分为了2个独立的子模块，相对在子模块间信号彼此关联的情况下进行故障定位，故障定位不易出错；进行故障定位时只需进行节点电压信号获取和电压信号比较，故障定位过程简单，故障定位结果获取快，实时性好；此外，该bit测试方法软硬件均易实现，即bit测试所需的软硬件开销小，具备很好的工程实用价值。
50.在一示例性实施例中，根据比较的结果确定该子模块是否存在故障，包括：
51.当每个测试节点的实测电压信号值均落入其对应参考输出电压信号波动范围内，则确定该子模块无故障。如图2，对于子模块n1，当测试节点t
11
的实测电压值落入其参考输出电压信号波动范围内、测试节点t
12
的实测电压值落入其参考输出电压信号波动范围内、测试节点t
13
的实测电压值落入其参考输出电压信号波动范围内时，确定该子模块n1无故障。
52.在另一示例性实施例中，根据比较的结果确定该子模块是否存在故障，包括：
53.当该子模块中任一测试节点的实测信号值没有落入其对应的参考输出电压信号波动范围内，则确定该子模块存在故障。如图2，对于子模块n1，只要测试节点t
11
、t
12
和t
13
中存在任一测试节点的实测电压值没有落入自身的参考输出电压信号波动范围内，则确定该子模块n1存在故障。
54.电路元器件上标注的参数值是理论设计值，如电阻的电阻值、电容的电容值、集成运算电路的放大倍数等，元器件在生产制造过程中不可避免地会产生误差，即实际生产出来的元器件参数值与理论设计值之间存在差异，将符合要求规范的容许误差称为容差。如
电阻的理论值为1k欧姆，在实际电路中，该电阻值可能是1.003k欧姆，也可能是0.995k欧姆。由于电路元器件参数均存在容差，当待故障定位电路无故障时，其各测试节点的电压实测值也是在容差允许范围之内随机可变的，可分别计算出测试节点(如图2中的t
1i
和t
2j
，i＝1～3，j＝1～2)的多组允许值(通过给所有元器件参数在容差允许范围之内随机赋值来实现)，分别取其最小允许值和最大允许值，即得到了电路无故障时测试节点的电压信号波动范围，如当计算的是图2中的测试节点t
1i
和t
2j
的电压值时，可分别得到测试节点t
1i
和t
2j
的电压变动区间【v
1imin
，v
1imax
】和【v
2jmin
，v
2jmax
】。测试节点的电压信号波动范围可存储起来，以便在故障判断流程中直接调用。
55.在一示例性实施例中，测试节点的实测电压信号可以通过电压信号自动采集电路获取。由于相关技术中已经存在多种形式的电压采集电路，本技术实施例对此不再累述。对采集到的信号还可以进行a/d处理后，再与相应的电压信号波动范围进行比较。
56.在一示例性实施例中，在所述公共连接节点施加与其参考输出电压信号等值的激励电压信号，包括：
57.将由激励电压信号源和开关电路并联组成的电路模块接入所述公共连接节点与公共参考地之间；其中，所述激励电压信号源提供给所述公共连接节点的电压信号与其参考输出电压信号等值。示例性的，基于图2所示的划分电路，将由激励电压信号源和开关电路并联组成的电路模块接入所述公共连接节点与公共参考地之间，如图3所示，其中，u1、u2、
…
、u
p
为激励电压信号源，k1、k2、
…
、k
p
为开关电路。所述激励电压信号源为程控直流电压源，所述开关电路为程控开关。各激励电压信号源的正极分别对应公共连接节点n1、n2、
…
、n
p
，各激励电压信号源的负极通过程控开关k1、k2、
…
、k
p
连接公共参考地。在待故障定位电路正常工作期间，开关k1、k2、
…
、k
p
处于断开状态；在待故障定位电路处于bit测试状态时，开关k1、k2、
…
、k
p
处于闭合状态。
58.本技术实施例还提供了一种定位模拟电路故障的机内测试系统，所述系统用于对模拟电路进行故障定位，所述模拟电路被划分为2个子模块，所述2个子模块间存在至少一个公共连接节点，且每个子模块内存在预先选定的测试节点；所述机内测试系统包括：
59.至少一个接入端口，其中，一个接入端口连接所述模拟电路中的一个公共连接节点；
60.至少一个激励电压信号装置，其中，一个激励电压信号装置连接一个所述接入端口；所述激励电压信号装置，设置为通过与其连接的接入端口向对应的公共连接节点施加激励电压信号，所述激励电压信号与所述模拟电路在无故障情况下对应公共连接节点的参考输出电压信号等值；
61.信号处理装置，设置为对于每个子模块，在所述激励电压信号与该子模块内部原有激励源共同起作用的情况下，分别采集该子模块中测试节点的实际电压信号，并将实际电压信号值与获得的所述模拟电路在无故障情况下该子模块内的对应测试节点的参考输出电压信号波动范围进行比较，根据比较的结果确定该子模块是否存在故障。
62.本技术实施例记载的机内测试系统，利用电路中的替代定理，将待故障定位模拟电路划分为了2个独立的子模块，相对在子模块间信号彼此关联的情况下进行故障定位，故障定位不易出错；进行故障定位时只需进行节点电压信号获取和电压信号比较，故障定位过程简单，故障定位结果获取快，实时性好；此外，该bit测试方法软硬件均易实现，即bit测
试所需的软硬件开销小，具备很好的工程实用价值。
63.在一示例性实施例中，所述激励信号装置包括：并列连接的激励电压信号源和开关电路，其中，激励电压信号源的正极与所述接入端口连接，激励电压信号源的负极通过开关电路连接公共参考地；其中，所述激励电压信号源提供给所述公共连接节点的激励电压信号与其参考输出电压信号等值。
64.在一示例性实施例中，所述激励电压信号源为程控直流电压源。
65.在一示例性实施例中，信号处理装置，设置为根据电压比较的结果确定该子模块是否存在故障，包括：
66.当每个测试节点的实际电压信号值均落入其对应的参考输出电压信号波动范围内，则确定该子模块无故障。
67.在一示例性实施例中，信号处理装置，设置为根据比较的结果确定该子模块是否存在故障，包括：
68.当该子模块中任一测试节点的实际电压实测信号值没有落入其对应的参考输出电压信号波动范围内，则确定该子模块存在故障。
69.本技术实施例记载的电路故障定位的机内测试系统可作为模拟电路的一部分。
70.由于现代集成电路系统集成密度高，芯片线间距极小，更有多层封装、三防漆的阻隔等限制，可能造成电路模块间公共连接节点不可接触，由此增加了事后在模拟电路中施加激励信号以及获取电路响应信息的难度，有时这一过程甚至根本无法实现，所以必须在电路设计的同时，增加对电路进行自测试及自诊断系统的设计，即机内测试(bit)系统的设计。
71.为此，本技术实施例还提供了一种模拟电路，所述模拟电路被划分为2个子模块，所述2个子模块间存在至少一个公共连接节点，且每个子模块内存在预先选定的测试节点；根据具体的故障定位精度，任一子模块还可以继续划分为两个子模块，直至将故障定位到指定的最小区域内；当将一子模块划分2个子模块后，所述一子模块可看成所述模拟电路；
72.所述模拟电路包含如前任一实施例所述的定位模拟电路故障的机内测试系统。
73.根据故障定位精度确定，所述模拟电路可以为现场可更换单元(lru)级的模拟电路、功能模块级的模拟电路、单元电路级的模拟电路或元器件级的模拟电路。
74.本领域普通技术人员可以理解，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统、装置中的功能模块/单元可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。在硬件实施方式中，在以上描述中提及的功能模块/单元之间的划分不一定对应于物理组件的划分；例如，一个物理组件可以具有多个功能，或者一个功能或步骤可以由若干物理组件合作执行。某些组件或所有组件可以被实施为由处理器，如数字信号处理器或微处理器执行的软件，或者被实施为硬件，或者被实施为集成电路，如专用集成电路。这样的软件可以分布在计算机可读介质上，计算机可读介质可以包括计算机存储介质(或非暂时性介质)和通信介质(或暂时性介质)。如本领域普通技术人员公知的，术语计算机存储介质包括在用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据)的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于ram、rom、eeprom、闪存或其他存储器技术、cd-rom、数字多功能盘(dvd)或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。此
外，本领域普通技术人员公知的是，通信介质通常包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或者诸如载波或其他传输机制之类的调制数据信号中的其他数据，并且可包括任何信息递送介质。