故障診斷課件1

1、電子電路系統(tǒng)的故障診斷與可測(cè)性設(shè)計(jì)-集成電路測(cè)試技術(shù)授課教師：馬敏 電子科大CAT室1課程安排學(xué)時(shí)：32學(xué)時(shí)，2學(xué)時(shí)/周；紀(jì)律：不曠課，不遲到，不早退，上課不講話；要求：上課認(rèn)真聽(tīng)講，作好筆記（例題），拷貝PPT；思維方法：跳躍思維，反向思維；平時(shí)成績(jī)（作業(yè)，紀(jì)律），曠課一次扣2分：30%，期終考試70%；教材：集成電路測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)參考書(shū)：陳光禹著，數(shù)字電路測(cè)試及儀器第三版，電子科大出版社 陳光禹 著，可測(cè)性設(shè)計(jì)技術(shù)，電子工業(yè)出版社Samual c.lee,Digital circuits and logic design;R.saeks,S.R.liberty,Rational fault

2、analysis;(列出1180篇文獻(xiàn)）2參考書(shū)3參考書(shū)4參考書(shū)5課程內(nèi)容安排一.數(shù)字電路的測(cè)試與故障診斷 1.概述 2.組合電路測(cè)試與故障診斷 3.時(shí)序電路測(cè)試與故障診斷 4.微機(jī)系統(tǒng)的測(cè)試與故障診斷 5.計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試技術(shù)6課程內(nèi)容安排二.可測(cè)性設(shè)計(jì) 1.可測(cè)性設(shè)計(jì) 2.內(nèi)建自測(cè)試三. 模擬電路的測(cè)試與故障診斷四. 混合信號(hào)測(cè)試技術(shù)簡(jiǎn)介7第1章 數(shù)字電路測(cè)試概述第1.1節(jié) 數(shù)字電路測(cè)試的基本概念什么是數(shù)字電路測(cè)試；數(shù)字電路測(cè)試的重要性及復(fù)雜性數(shù)字電路測(cè)試的分析方法數(shù)字電路測(cè)試的基本任務(wù)及方法數(shù)字電路測(cè)試的可測(cè)性和完備性第1.2節(jié) 窮舉測(cè)試法-數(shù)字電路測(cè)試的簡(jiǎn)單方法窮舉測(cè)試法的基本思想及特點(diǎn)

3、偽窮舉測(cè)試法的具體實(shí)施第1.3節(jié) 故障表方法-數(shù)字電路測(cè)試的基本方法故障表方法的基本思想故障表方法的具體實(shí)施-固定計(jì)劃法，自適應(yīng)方法8第1.1節(jié) 數(shù)字電路測(cè)試的基本概念1.1.1 數(shù)字電路測(cè)試的定義-什么是數(shù)字電路測(cè)試？電子系統(tǒng)：模擬系統(tǒng)-處理模擬信息；時(shí)域測(cè)試：f(p,t)頻域測(cè)試：s(p,w)相互轉(zhuǎn)換關(guān)系-富氏變換： ftsf91.1.1 數(shù)字電路測(cè)試的定義數(shù)字系統(tǒng)-處理數(shù)字信息，即二進(jìn)制信息：f(Event,Word)=f(E,W) 事件 數(shù)據(jù)字 數(shù)字信息的特征：嚴(yán)格的時(shí)空觀-嚴(yán)格的時(shí)序和嚴(yán)格的空間（多線）概念；非周期性-難以觀察與測(cè)試；無(wú)規(guī)律性-難以模擬；不穩(wěn)定性-競(jìng)爭(zhēng)與冒險(xiǎn)，毛刺難以

4、測(cè)試；軟件信息與硬件信息難以區(qū)分-數(shù)據(jù)流測(cè)試；速率范圍大-ps-s量級(jí)，難以存儲(chǔ)和記憶；因此，用常規(guī)的模擬測(cè)試技術(shù)是無(wú)法實(shí)現(xiàn)數(shù)字信息的測(cè)試。CPUDBABCB101.1.1 數(shù)字電路測(cè)試的定義數(shù)字電路測(cè)試的定義：數(shù)字系統(tǒng)（電路）是處理二進(jìn)制信息的系統(tǒng)，二進(jìn)制信息常常稱(chēng)之為“數(shù)據(jù)”，因此，有關(guān)數(shù)字系統(tǒng)的信息測(cè)試和分析就稱(chēng)為“數(shù)字電路測(cè)試”，也稱(chēng)為“數(shù)字系統(tǒng)的故障診斷”。本章的內(nèi)容：數(shù)字電路測(cè)試?yán)碚摵头椒?，是全新的測(cè)試?yán)碚摵头椒ā?11.1.2 數(shù)字電路測(cè)試的重要性和復(fù)雜性數(shù)字系統(tǒng)是復(fù)雜的系統(tǒng)：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，智能儀器等；電子世界正在興起一場(chǎng)深刻的革命，這場(chǎng)革命以大規(guī)模集成電路(VLSI

5、)和微處理器標(biāo)志的數(shù)字系統(tǒng)，使許多傳統(tǒng)的測(cè)試?yán)碚?、方法和技術(shù)正為之改觀。重要性：VLSI及數(shù)字系統(tǒng)生產(chǎn)過(guò)程的質(zhì)量控制保證數(shù)字系統(tǒng)高的可靠性12數(shù)字電路測(cè)試的重要性數(shù)字電路測(cè)試重要性數(shù)字電路故障診斷的重要性13軍事裝備測(cè)試的重要性武器裝備的資源保障，提高任務(wù)成功性 (可靠性、安全性)武器裝備效能倍增器，強(qiáng)化軍事效益，提高戰(zhàn)斗力 (性能)提高戰(zhàn)備完好性 (測(cè)試性、維護(hù)性、保障性)武器裝備的重要組成部分武器裝備的測(cè)試費(fèi)用占武器裝備成本的50%到70%，隨著武器裝備復(fù)雜性的增加（數(shù)字化 DSP，小型化 ，高集成度、模塊化)而迅速增長(zhǎng)，國(guó)外預(yù)計(jì)到2014年超過(guò)14自動(dòng)測(cè)試技術(shù)美國(guó)海軍CASS集成自動(dòng)支持

6、系統(tǒng)CASS集成自動(dòng)支持系統(tǒng) (Consolidated Automated Support System) 是美國(guó)海軍建立的標(biāo)準(zhǔn)通用測(cè)試平臺(tái)15自動(dòng)測(cè)試技術(shù)AIWS 空中攔截武器系統(tǒng)AN/APG-73 (F/A-18) 跟蹤雷達(dá)AMRAAM 精密中程防空導(dǎo)彈AN/APN-217(V)5 多譜勒雷達(dá)AN/AAS-33A 轉(zhuǎn)塔式紅外探測(cè)系統(tǒng)AN/APS-137 機(jī)載預(yù)警雷達(dá)AN/ALE-47 AN/ARC-210 I/DAN/ALQ-126B RF SRASEA-6B AIP “徘徊者”電子戰(zhàn)機(jī)AN/ALQ-156EA-6B/ALQ-149AN/ALQ-165 (ASPJ)EA-6B RPGAN

7、/ALR-67 對(duì)抗及告警控制系統(tǒng)F-14D CRE WRAs “雄貓”戰(zhàn)斗機(jī)GPWS/HELOSH-60F/ALFSGPWS/TransportJTIDS 戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)系統(tǒng)Mini-DAMA ALE-50HARM “哈姆”高速反雷達(dá)導(dǎo)彈HARPOON “捕鯨叉”反艦導(dǎo)彈IRSTSCAINS IIMMR/APN-138 機(jī)載預(yù)警雷達(dá)PHOENIX “不死鳥(niǎo)”空對(duì)空導(dǎo)彈SH-60B Block II “海鷹”反潛直升機(jī)SAHRSNUWES Keyport Depot ATARS 高級(jí)戰(zhàn)術(shù)機(jī)載偵察系統(tǒng)Standard Compass SystemCASS系統(tǒng)現(xiàn)已用于項(xiàng)目的維護(hù)支持16自動(dòng)測(cè)試技術(shù)200

8、2年三月29日 GETS-1000 運(yùn)行于臺(tái)灣某導(dǎo)彈基地17自動(dòng)測(cè)試技術(shù)81110A 脈沖發(fā)生器E4440A 頻譜儀8757D 標(biāo)量分析儀8753ES S-參數(shù)矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀8514B S-參數(shù)測(cè)試設(shè)備8510C 網(wǎng)絡(luò)分析儀54825B Infiniium示波器N8973A 噪聲系數(shù)分析儀5335A * 頻率計(jì)8662A * 信號(hào)發(fā)生器81101A 脈沖/函數(shù)發(fā)生器83620B 合成器/函數(shù)發(fā)生器33250B 合成器/函數(shù)發(fā)生器53131A 10位通用計(jì)數(shù)器34401A 6 位數(shù)字萬(wàn)用表E4419B 雙通道功率計(jì)N3306A 電子負(fù)載模塊N3305A 電子負(fù)載模塊18故障診斷重要性電路板測(cè)試及

9、故障診斷19故障診斷技術(shù)20故障診斷技術(shù)軍工測(cè)試要求無(wú)須探測(cè)內(nèi)部節(jié)點(diǎn)，診斷到元器件故障精確的激勵(lì)和測(cè)試程序生成有保護(hù)涂層或電路密度太高，必須有接觸性及非接觸性診斷能力多種測(cè)試方法 (功能測(cè)試，掃描測(cè)試，存儲(chǔ)器測(cè)試)精確可靠的修理指令在飛行器或其它關(guān)鍵項(xiàng)目中禁止使用反驅(qū)動(dòng)診斷性能故障 (全速測(cè)試)重復(fù)可靠的激勵(lì)及測(cè)量高性能，高精度的測(cè)試系統(tǒng)硬件從測(cè)試機(jī)直接發(fā)運(yùn)現(xiàn)場(chǎng)必須在整個(gè)性能范圍內(nèi)進(jìn)行測(cè)試，驗(yàn)證產(chǎn)品的臨界工作范圍必須進(jìn)行真速測(cè)試21故障診斷技術(shù)22故障診斷技術(shù)23故障診斷技術(shù)24故障診斷技術(shù)25故障診斷技術(shù)261.1.2 數(shù)字電路測(cè)試的重要性和復(fù)雜性利用概率論，如果一個(gè)系統(tǒng)共有n種故障模式，且

10、n種故障模式的出現(xiàn)是等概率的，并設(shè)為p，即不出現(xiàn)故障的概率為(1-p)，則整個(gè)系統(tǒng)的無(wú)故障概率或成品率y0為：y0=(1-p)n經(jīng)測(cè)試（排除故障）后的成品率y為：y=y0(1-d)其中，d-測(cè)試質(zhì)量，也稱(chēng)故障診出率, 0=d=1經(jīng)測(cè)試并排除故障之后，系統(tǒng)的無(wú)故障概率由原來(lái)的y0提高到y(tǒng)；d愈高，成品率就愈高，系統(tǒng)的可靠性也愈高！27電子科大CAT室1.1.2 數(shù)字電路測(cè)試的重要性和復(fù)雜性28測(cè)試質(zhì)量d與測(cè)試費(fèi)用$的關(guān)系：測(cè)試質(zhì)量d與測(cè)試費(fèi)用$的關(guān)系：集成度愈高，引腳愈少-愈復(fù)雜，愈困難；測(cè)試費(fèi)用高（常比系統(tǒng)費(fèi)用高），費(fèi)時(shí)，費(fèi)力！現(xiàn)代VLSI及系統(tǒng)愈來(lái)愈龐大復(fù)雜，任何故障或失誤，都會(huì)導(dǎo)致奇災(zāi)大禍

11、。數(shù)字電路測(cè)試復(fù)雜，嚴(yán)密，有趣，實(shí)用注意：概念要清楚！$d0元件級(jí)測(cè)試：d=0.95-0.98！小系統(tǒng)（30 SSI)：d=0.90中系統(tǒng)（100 SSI)：d=0.50大系統(tǒng)： d95%隔離分辨率90%虛警率2n1 +2n2 如：n=929=512 分成2塊： n1=4, n2=5 分塊進(jìn)行窮舉測(cè)試： 24=16, 25=32總測(cè)試長(zhǎng)度為16+32=48512! 大大減少；n愈大，分塊愈多，則減少愈多。681.2.2 窮舉測(cè)試法的實(shí)施實(shí)施關(guān)鍵：如何分塊才能使測(cè)試長(zhǎng)度最短！引入圖論中“樹(shù)”的概念：將電路圖1.2.3 畫(huà)成樹(shù)。權(quán)的概念：如果存在從i到e的有向通路，則邊e叫做依賴于原始輸入xi ,

12、而邊e依賴的原始輸入端的數(shù)目稱(chēng)為邊e的權(quán)，記為p(e)，并標(biāo)在相應(yīng)樹(shù)干的旁邊。分塊原則：若G是有n個(gè)輸入的無(wú)扇出電路，則邊e的權(quán)滿足p(e)=(n+1)/2取整 則從邊e處分塊將使電路分成兩塊的偽窮舉測(cè)試所需的測(cè)試長(zhǎng)度最少。 42346713樹(shù)葉-原始輸入節(jié)點(diǎn) 門(mén)樹(shù)干輸入/輸出關(guān)系樹(shù)根原始輸出691.2.2 窮舉測(cè)試法的實(shí)施以上圖為例：n=13 窮舉測(cè)試需 29 =8192個(gè)測(cè)試。偽窮舉測(cè)試分為2塊p(e)=(n+1)/2=(13+1)/2=7 1.2.2 窮舉測(cè)試法的實(shí)施以上圖為例，n=13，窮舉測(cè)試長(zhǎng)度為 29 =8192偽窮舉測(cè)試分為2塊：p(e)=(n+1)/2取整=（13+1）/2=

13、7在邊e的權(quán)為7處分塊，總的測(cè)試長(zhǎng)度為：NTP=27 +27 =2568192分為多（S）塊：l=(n+3-1)/s取整k=1,2,.s；則 NTP=各分塊測(cè)試之和。如s=3l3=（13+3-1）/3=5 取接近數(shù)NTP=26 +25 +24 =1122568192如s=4l4 =4,NTP=6411225681924234677樹(shù)葉-原始輸入節(jié)點(diǎn) 門(mén)樹(shù)干輸入/輸出關(guān)系樹(shù)根原始輸出偽輸入端(1)701.2.2 窮舉測(cè)試法的實(shí)施對(duì)于“帶匯聚扇出”的復(fù)雜電路為了分塊，引入相依率的概念。相依率定義：邊e對(duì)原始輸入端xi 的相依率R（e,i)定義為：1，當(dāng)e=i，即原始輸入端對(duì)自己的相依率為1，全相依

14、，或排它相依；0，當(dāng)i不為j，即任何原始輸入端對(duì)其它原始輸入端的相依率為0，不相依；1/f 累加 R(ck ,i)，j=1,2,.f，部分相依，0Rxp(e)；分塊原則：NTP=2p(e) +2n-xp(e)+1 p(e)=(n+1)/2取整 p(e)應(yīng)小，xp(e)應(yīng)大， 但因 p(e)xp(e)，一般在p(e)=xp(e)處分塊711.2.2 窮舉測(cè)試法的實(shí)施以圖1.2.6(P20)為例，首先畫(huà)出樹(shù)結(jié)構(gòu)。然后求出R(e,i),p(e),xp(e)。 R(e,i)路線x1 x2 x3 x4 x5 x6 x7 x8 p(e) xp(e)_l1 1 1 0 0 0 0 0 0 2 2l2 0 0

15、 0 0 1/2 0 0 0 1 0l3 0 0 0 0 1/2 0 0 0 1 0l4 0 0 0 0 0 0 1/2 0 1 0l5 0 0 0 0 0 0 1/2 0 1 0l6 0 0 1 1 1/2 0 0 0 3 2 l7 0 0 0 0 1/2 1 1/2 0 3 1l8 0 0 0 0 0 0 1/2 1 1 1l9 0 0 1 1 1 1 1/2 0 5 4 *l10 0 0 1/2 1/2 1/2 1/2 1/4 0 5 0 l11 0 0 1/2 1/2 1/2 1/2 1/4 0 5 0l12 0 0 1/2 1/2 1/2 1/2 3/4 1 6 1l13 0 0 1

16、/4 1/4 1/4 1/4 3/8 1/2 6 0l14 0 0 1/4 1/4 1/4 1/4 3/8 1/2 6 0l15 0 0 3/4 3/4 3/4 3/4 5/8 1/2 6 0l16 0 0 1/4 1/4 1/4 1/4 3/8 1/2 6 0l17 1 1 1 1 1 1 1 1 8 8 l1l6l7l8l9l11l10l15l16l12l14l13l5l4l3l2l17x1 x2 x3 x4 x5 x6 x7 x872根據(jù)分塊原則及上表，l9 處的p(9)=5，xp(9)=4。因此，在l9 處分塊。NTP=2p(9) + 2n-xp(9)+1 =25 + 28-4+1 =

17、32+32=64256注意：分塊選的不當(dāng)，會(huì)加長(zhǎng)測(cè)試長(zhǎng)度！分塊后，再進(jìn)行窮舉測(cè)試。1.2.2 窮舉測(cè)試法的實(shí)施l1l6l7l8l9l11l10l15l16l12l14l13l5l4l3l2l17731.3 故障表方法偽窮舉測(cè)試用分塊的方法，將測(cè)試長(zhǎng)度大大減少。但分塊后除采用窮舉測(cè)試外，如何進(jìn)一步減少測(cè)試長(zhǎng)度呢？基本思想：以電路的真值表為基礎(chǔ)，將無(wú)故障電路真值表與有故障電路真值表比較，求出各種故障的完備測(cè)試集，從而再求出最小完備測(cè)試集。故障表方法是經(jīng)典的測(cè)試方法。實(shí)施方法：固定性計(jì)劃法：測(cè)試計(jì)劃的執(zhí)行不依賴于測(cè)試序列中個(gè)別的測(cè)試結(jié)果，即測(cè)試過(guò)程是按既定計(jì)劃執(zhí)行的；適應(yīng)性計(jì)劃法：測(cè)試計(jì)劃的執(zhí)行取決

18、于測(cè)試序列前面的測(cè)試結(jié)果，即測(cè)試過(guò)程是根據(jù)前面的測(cè)試結(jié)果自動(dòng)調(diào)整的；741.3.1 固定性計(jì)劃法固定性計(jì)劃法的執(zhí)行步驟：1.建立故障表f(x)和簡(jiǎn)約故障表f*(x)故障表f(x)：在n維空間列出無(wú)故障真值表及全部故障的真值表；簡(jiǎn)約故障表f*(x)：刪除不可測(cè)故障：fa (x) f(x)=0合并不可區(qū)分故障：fai (x) faj (x)=02.建立故障偵查測(cè)試矩陣GD(x)由簡(jiǎn)約故障表：f* (x)GD (x)f*(x) f(x)=13.求最小偵查測(cè)試集在GD 矩陣中，刪除冗余測(cè)試； +751.3.1 固定性計(jì)劃法4.建立故障定位表GL 由簡(jiǎn)約故障表：f* (x)Gl (x)fai (x) f

19、aj (x)=15.求最小完備測(cè)試集刪除冗余測(cè)試完備性檢查，檢查最小完備測(cè)試集是否能診斷全部故障。+761.3.2 適應(yīng)性計(jì)劃法1.診斷樹(shù)將故障測(cè)試過(guò)程和結(jié)果用圖形“樹(shù)”表示，以供適應(yīng)性計(jì)劃使用。診斷樹(shù)由簡(jiǎn)約故障表求出。例：由故障簡(jiǎn)約表F*(x)作出故障樹(shù)。T y0 y1 y2 y3 y4 y5 y6 y7_0 0 0 0 0 0 0 1 01 0 0 0 0 0 1 1 02 0 0 1 0 0 0 1 03 1 1 1 1 0 1 1 04 0 0 0 1 0 0 1 05 0 0 0 1 0 1 1 06 1 0 1 1 1 1 1 07 1 1 1 1 1 1 1 0233555666

20、4y0,y1,y2,y3,y4,y5,y6,y7y2,y6y2,y6y6y2y0,y1,y3,y4,y5,y7y4,y7y4,y7y0,y1,y3,y5y3,y5y0,y1y7y4y1y0y3,y5y5y310010101010101010101固定性計(jì)劃法級(jí)數(shù)21345771.3.2 適應(yīng)性計(jì)劃法y7y4y1y011F* 表中第I行內(nèi)含“1”的個(gè)數(shù)F* 表中第I行內(nèi)含“0”的個(gè)數(shù)1.適應(yīng)性計(jì)劃法T y0 y1 y2 y3 y4 y5 y6 y7 wi0 - wi1 wi0 wi1適應(yīng)性判斷準(zhǔn)則：每一步_測(cè)試應(yīng)選擇在未區(qū)分0 0 0 0 0 0 0 1 0 6 7 的諸故障中能區(qū)分最大1 0

21、0 0 0 0 1 1 0 4 12數(shù)量故障的測(cè)試。2 0 0 1 0 0 0 1 0 4 12即：3 1 1 1 1 0 1 1 0 4 12wi0 - wi1 =min4 0 0 0 1 0 0 1 0 4 125 0 0 0 1 0 1 1 0 選此 2 156 1 0 1 1 1 1 1 0 4 127 1 1 1 1 1 1 1 0 6 7F* 表中第i行含“1”的個(gè)數(shù)F* 表中第i行含“0”的個(gè)數(shù)以此為例說(shuō)明適應(yīng)性計(jì)劃法的實(shí)施過(guò)程：781 y0 y1 y2 y3 y4 y5 y6 y7 wi0 - wi10 0 0 0 0 0 0 1 0 61 0 0 0 0 0 1 1 0 42

22、 0 0 1 0 0 0 1 0 43 1 1 1 1 0 1 1 0 44 0 0 0 1 0 0 1 0 45 0 0 0 1 0 1 1 0 2 6 1 0 1 1 1 1 1 0 47 1 1 1 1 1 1 1 0 6T y0 y1 y2 y4 y7 T y3 y5 y6 0 0 0 0 0 0 50 0 0 1 11 0 0 0 0 0 51 0 1 1 1 F0（5）=2 0 0 1 0 0 3 F1（5）= 2 0 0 1 13 1 1 1 0 0 13 1 1 1 34 0 0 0 0 0 54 1 0 1 16 1 0 1 1 0 16 1 1 1 37 1 1 1 1 0 37 1 1 1 3T y4 y7 T y0 y1 y2 T y3 y5 T y60 0 0 2 0 0 0 0 30 0 0 2 0 1 1 0 0 2 1 0 0 0 3 1 0 1 0 1 1 2 0 0 2 = F00（5,3） F01（5,3）= 2 0 0 1 1 F10（5,2）=3 1 1 2 F11（5,2）= 3 1 4 0 0 2 4 0 0 0 34 1 0 0 4 1 6 1 0 1 6 1 0 1 16 1 1 2 6 1 7 1 0 1 7 1 1 1 37 1 1 2 7 1 53201010179T y7 T y4 T y1 T