基于振荡测试技术的模拟电路故障诊断方法技术

本发明专利技术公开了一种基于振荡测试技术的模拟电路故障诊断方法，仿真构建振荡测试电路，依次对各个元件参数进行仿真，仿真测试每个测点的振荡频率和与基准测点的相位差，拟合得到频率-相位差曲线作为该元件在该测点的特征曲线，构建特征曲线故障字典；当模拟电路故障时，构建相同振荡测试电路，测试相应测点的振荡频率以及与基准测点的相位差，计算各个测点的振荡频率和相位差构成的数据点与故障字典中该测点每条特征曲线的距离，令距离最小值对应的元件判定标识为1，其他元件为0，将每个元件对应的判定标识求和，和值最大值所对应的元件即为故障元件。本发明专利技术采用故障的频率、相位差来定位模拟电路系统故障位置，可以提高诊断精确度和故障覆盖率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于模拟电路诊断
，更为具体地讲，涉及一种基于振荡测试技术的模拟电路故障诊断方法。
技术介绍
由于模拟和混合信号电路的可测试性设计减少了混合信号专用集成电路的生产成本，因此混合信号专用集成电路的可测性设计技术受到业界的高度关注。通常情况下，模拟电路的规格很宽，这将导致测试时间长、测试故障覆盖率差以及使用专用测试设备的必要性，所以模拟电路的可测性设计是一个具有挑战性的任务。现有的模拟电路可测性设计技术可分为两大类：第一类是增加内部节点的可控性和可观性的，而不是按比例增加的测试引脚数；第二类是在测试模式下改变模拟电路的，使电路能产生一个反应系统故障的测试信号。电路转换的目的是缓解测试问题，通过产生一个信号，经过处理便可确定电路的故障。在这种情况下，产生了一个新的模拟电路测试方法——振荡测试技术。振荡测试(Oscillation-BasedTest)是一种把被测模拟电路通过添加运放等器件重构的诊断测试技术。当模拟电路处于测试模式中，采用器件与测试电路搭建，使测试电路转换成振荡电路。振荡电路的振荡频率可以表示成与其电路组成部分或者组成的重要成分的一个函数，通过振荡频率来进行测试故障。振荡测试技术主要分为被测电路自改造和外加反馈回路两种方式。改造被测电路法需要在测试模式下增加或断开一些元件，通过电路设计过程中对元件的取舍，可以使附加电路的面积尽可能小，但缺点在于被断开的元件将无法被测试，而且需要设计人员对整个电路重新布局。外加反馈回路法保持了被测电路在结构上的独立，避免了重新布局的麻烦，是当前振荡测试技术的发展趋势。对于外加反馈回路法，当被测模拟电路处于测试模式中时，被测模拟电路添加反馈回路形成自激振荡，正常电路的自激振荡会产生一个以振荡频率fosc为中心频率公带差。当被测模拟电路中如果有一个电子元器件发生故障，例如常见的短路、开路以及参数漂移等故障，由于元器件参数与振荡回路的振荡频率有关，因此将会导致测试电路的振荡频率产生偏移，通过对振荡频率的测量就可以检测系统中器件存在的故障。当模拟电路处在振荡测试的环境中，系统不需要额外添加外部激励，只需要构造反馈回路，使系统产生自激振荡，利用器件故障产生的振荡频率对正常振荡频率的偏离量，可以确定系统故障，从而可以达到较高的故障覆盖率。但是，由于电路故障会对系统的多个特征产生影响，振荡测试只选取了频率进行讨论没有考虑其它特征，讨论形式比较单一，结果不能准确反映故障。而且振荡测试的结果只是得出故障的一个可检测范围，没能系统建模优化出电路诊断方法，无法充分利用后续经典的测点优选、诊断树构建系统诊断策略，诊断形式简单。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于振荡测试技术的模拟电路故障诊断方法，基于振荡测试技术获取测点的频率-相位差曲线，根据特征曲线来进行模拟电路的故障诊断，可以提高诊断精确度和故障覆盖率。为实现上述专利技术目的，本专利技术基于振荡测试技术的模拟电路故障诊断方法，包括以下步骤：S1：在仿真软件中，向被测模拟电路添加反馈回路，构建振荡测试电路；S2：依次对每个元件进行仿真，得到每个元件在各测点的特征曲线，仿真方法包括以下步骤：S2.1：令仿真次数n＝1，元件i的值γi＝xi_min，xi_min表示元件i在故障情况下的参数最小值，其他元件的参数值在其正常容差范围内任意取值；S2.2：分别仿真测试预先选择的被测模拟电路中N个测点tj的振荡频率fi,n(n)，j＝1,2,…,N；S2.3：分别仿真测试N个测点tj和预先选择的基准测点t0之间波形的相位差Δθi,j(n)；S2.4：令n＝n+1，γi＝γi+λi，λi表示元件i参数值的变化步长；S2.5：如果γi≥xi_max，xi_max表示元件i在故障情况下的参数最大值，进入步骤S2.6，否则返回步骤S2.2；S2.6：统计元件i每次仿真得到的各测点tj的振荡频率fi,j(n)和相位差Δθi,j(n)，其中n＝1,2,…,Ki，Ki表示元件i的仿真次数，对于每个测点tj，根据Ki对振荡频率和相位差数据拟合得到对应的频率-相位差曲线，将其作为元件i在测点tj的特征曲线si,j；S3：根据各个元件i在各个测点tj的特征曲线si,j建立M×N的二维矩阵S，将该二维矩阵S作为特征曲线故障字典；S4：对实际的被测模拟电路添加与仿真相同的反馈回路，构建得到振荡测试电路，测试故障字典中的各个测点的振荡频率，以及各个测点与基准测点的相位差；计算各个测点的振荡频率和相位差构成的数据点与故障字典中该测点所对应的M条特征曲线的距离，令距离最小值对应的元件的判定标识di,j＝1，其他元件的判定标识di,j＝0，计算每个元件对应的判定值搜索M个判定值Di中的最大值，其对应的元件即为故障元件。本专利技术基于振荡测试技术的模拟电路故障诊断方法，先仿真构建振荡测试电路，依次对各个元件改变元件参数进行仿真，仿真测试每个测点的振荡频率和与基准测点的相位差，通过各测点下元件每个参数对应的振荡频率和相位差数据拟合得到频率-相位差曲线，将该曲线作为该元件在该测点的特征曲线，构建特征曲线故障字典；当模拟电路故障时，对模拟电路构建振荡测试电路，测试相应测点的振荡频率以及与基准测点的相位差，计算各个测点的振荡频率和相位差构成的数据点与故障字典中该测点每条特征曲线的距离，令距离最小值对应的元件判定标识为1，其他元件为0，最后将每个元件对应的判定标识求和，和值最大值所对应的元件即为故障元件。本专利技术采用故障的频率、相位差双特性来定位模拟电路系统故障位置，可以提高诊断精确度和故障覆盖率。附图说明图1是多电平变换器直流侧的等效电路图；图2是本专利技术基于振荡测试技术的模拟电路故障诊断方法的流程图；图3是本实施例的被测模拟电路构建的振荡测试电路图；图4是本实施例中测点在被测模拟电路正常运行情况下的输出波形；图5是各个元件的频率-相位差曲线。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本专利技术。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本专利技术的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。为了更好地说明本专利技术的技术方案，先对本专利技术的原理推导进行简要说明。图1是外加反馈回路法的电路结构图。如图1所示，被测模拟电路以添加反馈回路的形式在测试中形成自激振荡。记原始被测模拟电路在正本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于振荡测试技术的模拟电路故障诊断方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：在仿真软件中，向被测模拟电路添加反馈回路，构建振荡测试电路；S2：依次对每个元件进行仿真，得到每个元件在各测点的特征曲线，仿真方法包括以下步骤：S2.1：令仿真次数n＝1，元件i的值γi＝xi_min，xi_min表示元件i在故障情况下的参数最小值，其他元件的参数值在其正常容差范围内任意取值；S2.2：分别仿真测试预先选择的被测模拟电路中N个测点tj的振荡频率fi,n(n)，j＝1,2,…,N；S2.3：分别仿真测试N个测点tj和预先选择的基准测点t0之间波形的相位差Δθi,j(n)；S2.4：令n＝n+1，γi＝γi+λi，λi表示元件i参数值的变化步长；S2.5：如果γi≥xi_max，xi_max表示元件i在故障情况下的参数最大值，进入步骤S2.6，否则返回步骤S2.2；S2.6：统计元件i每次仿真得到的各测点tj的振荡频率fi,j(n)和相位差Δθi,j(n)，其中n＝1,2,…,Ki，Ki表示元件i的仿真次数，对于每个测点tj，根据Ki对振荡频率和相位差数据拟合得到对应的频率‑相位差曲线，将其作为元件i在测点tj的特征曲线si,j；S3：根据各个元件i在各个测点tj的特征曲线si,j建立M×N的二维矩阵S，将该二维矩阵S作为特征曲线故障字典；S4：对实际的被测模拟电路添加与仿真相同的反馈回路，构建得到振荡测试电路，测试故障字典中的各个测点的振荡频率，以及各个测点与基准测点的相位差；计算各个测点的振荡频率和相位差构成的数据点与故障字典中该测点所对应的M条特征曲线的距离，令距离最小值对应的元件的判定标识di,j＝1，其他元件的判定标识di,j＝0，计算每个元件对应的判定值搜索M个判定值Di中的最大值，其对应的元件即为故障元件。...

【技术特征摘要】
1.一种基于振荡测试技术的模拟电路故障诊断方法，其特征在于，包括以
下步骤：
S1：在仿真软件中，向被测模拟电路添加反馈回路，构建振荡测试电路；
S2：依次对每个元件进行仿真，得到每个元件在各测点的特征曲线，仿真
方法包括以下步骤：
S2.1：令仿真次数n＝1，元件i的值γi＝xi_min，xi_min表示元件i在故障情况
下的参数最小值，其他元件的参数值在其正常容差范围内任意取值；
S2.2：分别仿真测试预先选择的被测模拟电路中N个测点tj的振荡频率
fi,n(n)，j＝1,2,…,N；
S2.3：分别仿真测试N个测点tj和预先选择的基准测点t0之间波形的相位差
Δθi,j(n)；
S2.4：令n＝n+1，γi＝γi+λi，λi表示元件i参数值的变化步长；
S2.5：如果γi≥xi_max，xi_max表示元件i在故障情况下的参数最大值，进入
步骤S2.6，否则返回步骤S2.2；
S2.6：统计元件i每次仿真得到的各测点tj的振荡频率fi,j(n)和相位差
Δθi,j(n)，其中n＝1,2,…,Ki，Ki表示元件i的仿真次数，对于每个测点tj，根据
Ki对振荡频率和相位差数据拟合得到对应的频率-相位差曲线，将其作为元件i
在测点tj的特征曲线si,j；
S3：根据各个元件i在各个测点tj的特征曲线si,j建立M×N的二维矩阵S，
将该二维矩阵S作为特征曲线故障字典；
S4：对实际的被测模拟电路添加与仿真相同的反馈回路，构建得到振荡测
试电路，测试故障字典中的各个测点的振荡频率，以及各个测点与基准测点的
相位差；计算各个测点的振荡频率和相位差构成的数据点与故障字...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨成林，刘城，龙兵，刘震，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51