一種模擬集成電路的故障診斷及參數(shù)辨識方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種模擬集成電路的故障診斷及參數(shù)辨識方法。所述方法將器件參數(shù)的容差效應(yīng)，對應(yīng)為輸出響應(yīng)序列矩陣特征值的擾動，該對應(yīng)的正確性有代數(shù)學(xué)相關(guān)定理和統(tǒng)計物理基本原理保證，這使該方法中被測電路輸出響應(yīng)特征值的擾動程度，既可作為故障定位的判據(jù)，還可以作為器件參數(shù)辨識的依據(jù)。通過計算器件的最大特征值和最小特征值，以及通過計算器件容差上限的最大、最小特征值，還有器件容差下限的最大、最小特征值，并將上述量進(jìn)行比較，不僅可實現(xiàn)故障定位，還可實現(xiàn)參數(shù)辨識。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明對處理故障診斷中容差特性效果好，故障定位準(zhǔn)確，計算效率高，且將故障診斷與故障參數(shù)辨識一體化處理、易于工程實施。
【專利說明】一種模擬集成電路的故障診斷及參數(shù)辨識方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于集成電路測試領(lǐng)域，特別涉及一種模擬集成電路的故障診斷及參數(shù)辨 識方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 可觀測世界的信號主要是模擬信號，這決定了模擬電路具有不可替代性，模擬電 路故障診斷的重要性也日益突出，業(yè)界對系統(tǒng)級、電路板級和芯片級的高質(zhì)量故障診斷技 術(shù)有著緊迫的需求。當(dāng)前，相對日益成熟的數(shù)字集成電路的故障診斷方法，模擬集成電路故 障診斷技術(shù)明顯落后，因為模擬電路自身具有不同于數(shù)字電路的特點，例如：很難在不破壞 連接關(guān)系的情況下進(jìn)行電流測量，缺少像數(shù)字電路中廣泛使用的固定為"1"或"0"那樣簡 捷的故障模型，信號值有無限多個狀態(tài)，器件容差的影響，電路響應(yīng)和器件特征之間的非線 性關(guān)系等等°
[0003] 模擬集成電路的故障可分為災(zāi)難型故障（硬故障）和參數(shù)型故障（軟故障）；其 中，災(zāi)難型故障的診斷可以借鑒數(shù)字電路故障診斷方法，而參數(shù)型故障的容差特性卻是模 擬集成電路故障診斷和參數(shù)辨識中的難題。由于參數(shù)容差的影響，成功應(yīng)用于數(shù)字電路故 障診斷的故障模型難以適用于模擬電路參數(shù)型故障診斷，這就是前些年已經(jīng)提出的IEEE P1149. 4標(biāo)準(zhǔn)在模擬和混合信號電路中仍沒有得到廣泛實用的主要原因之一。另一方面，可 接觸的測試節(jié)點受限這一事實也增加了模擬電路參數(shù)型故障診斷的難度。模擬電路故障診 斷通常是指故障檢測和故障定位。為了提高定位精度，需要被測電路提供大量可接觸的測 試節(jié)點，但受封裝和系統(tǒng)集成的限制，這往往是難以滿足的，因為大量的實際電路往往只有 輸出端可以進(jìn)行可接觸的測量，這給模擬電路的參數(shù)型故障診斷提出了難題。
[0004] 目前，針對模擬集成電路進(jìn)行故障診斷的典型方法有：子帶濾波方法和基于靈敏 度計算的模糊分析方法。前者可以檢測模擬電路參數(shù)故障，但是該方法難于進(jìn)行故障定位。 后者可實現(xiàn)線性模擬電路的參數(shù)型故障診斷，并從理論上可以診斷單故障和多故障，但該 方法對處理故障診斷中容差特性效果欠佳。其它的模擬電路故障診斷方法還有采對非線性 關(guān)系的線性近似法，該方法需要解被測電路線性方程來實現(xiàn)故障特征提取，對電路中的非 線性效應(yīng)的處理結(jié)果不理想；還有斜率模型法，該方法對參數(shù)容差問題仍然沒有得到滿意 解決，還存在算法復(fù)雜度較大、計算時間過長的弊端。
[0005] 對一般的應(yīng)用場合，故障檢測和故障定位也能滿足需要，如在檢測與定位出故障 后，及時維修或更換故障器件或模塊，使電路或電子系統(tǒng)重新恢復(fù)正常工作。但隨著工程技 術(shù)領(lǐng)域?qū)煽啃缘母摺⒏量桃?，僅有故障檢測和故障定位是不夠的，例如，在電路與 電子系統(tǒng)的故障辨識、系統(tǒng)剩余壽命估計，以及器件失效機(jī)理分析、根據(jù)系統(tǒng)實用中的可靠 性特性以改進(jìn)系統(tǒng)設(shè)計等環(huán)節(jié)中，僅知道故障部位（故障定位）是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，這時還需要 知道故障狀態(tài)，即需要對故障器件進(jìn)行參數(shù)辨識以提供更多更具體的故障信息。一般而言， 相比故障診斷，故障參數(shù)的辨識要困難許多。高質(zhì)量地辨識模擬器件故障參數(shù)的成熟方法 目前鮮有報道，但此項工作是目前工程實際中的急需。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的就是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種對模擬器件兼有故障診斷和故 障參數(shù)辨識的模擬集成電路故障診斷及參數(shù)辨識方法，不僅對處理故障診斷中容差特性效 果好，故障定位準(zhǔn)確，計算效率高，而且將故障診斷與故障參數(shù)辨識一體化處理、易于工程 實施。
[0007] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0008] 本發(fā)明的基本原理是：根據(jù)采樣定理，當(dāng)采樣頻率高于信號最高頻率的2倍時，一 個連續(xù)時間信號完全可以用該信號在等時間間隔點上的樣本值來表示，并且可以用這些樣 本值把該信號全部恢復(fù)出來。這說明，按采樣定理對被測電路測試響應(yīng)信號的取樣，不會丟 失被測電路的狀態(tài)信息，將這些離散取樣值組織為方陣，將被測電路狀態(tài)的改變（如故障） 對應(yīng)為矩陣特征值的擾動，從這種擾動中得到被測電路的狀態(tài)信息，下文將較詳細(xì)說明這 種方法在數(shù)學(xué)上的正確性、工程實施上的可行性和技術(shù)優(yōu)勢。
[0009] 設(shè)Y(t)和

【權(quán)利要求】
1. 一種模擬集成電路的故障診斷及參數(shù)辨識方法，其特征在于：所述故障診斷及參數(shù) 辨識方法步驟如下： (1) 將被測電路中需要進(jìn)行故障診斷和參數(shù)辨識的η個器件從1到η進(jìn)行編號，η > 1 ;設(shè)置每一器件的參數(shù)為Ρ個狀態(tài)，Ρ > 2,其中一個狀態(tài)為該器件的標(biāo)稱參數(shù)狀態(tài),其余的 Ρ-1個狀態(tài)分別對應(yīng)該器件參數(shù)不同程度偏離其標(biāo)稱參數(shù)的狀態(tài)； (2) 針對步驟（1)中的η個器件，逐一選取其中一個器件，進(jìn)行以下步驟： a) 除被選器件外的其余器件參數(shù)均處于標(biāo)稱參數(shù)，分別對被選器件的ρ個狀態(tài)進(jìn)行仿 真，得到被選器件的P個輸出響應(yīng)信號，并由輸出響應(yīng)信號生成對應(yīng)的P個輸出響應(yīng)矩陣； b) 針對步驟a)中得到的ρ個輸出響應(yīng)矩陣，分別計算每個輸出響應(yīng)矩陣的最大特征值 和最小特征值，得到P個最大特征值和P個最小特征值； c) 將步驟b)中得到的ρ個最大特征值擬合成一條最大特征值直線，將步驟b)中得到 的P個最小特征值擬合成一條最小特征值直線； d) 將被選器件參數(shù)容差的上限值分別代入步驟c)中得到的最大特征值直線和最小特 征值直線，得到被選器件參數(shù)容差上限對應(yīng)的最大特征值和最小特征值；將被選器件參數(shù) 容差的下限值分別代入步驟c)中得到的最大特征值直線和最小特征值直線，得到被選器 件參數(shù)容差下限對應(yīng)的最大特征值和最小特征值； 最終得到η個器件中，每個器件的最大特征值直線和最小特征值直線，每個器件的參 數(shù)容差上限對應(yīng)的最大特征值和最小特征值，及每個器件的參數(shù)容差下限對應(yīng)的最大特征 值和最小特征值； (3) 用參數(shù)與步驟（2)a)中進(jìn)行仿真所用的仿真信號參數(shù)一樣的實際信號作為激勵信 號去實測被測電路，測量被測電路的輸出響應(yīng)信號，得到實測輸出響應(yīng)信號；根據(jù)實測輸出 響應(yīng)信號生成實測輸出響應(yīng)矩陣，并計算得到實測輸出響應(yīng)矩陣的最大特征值和最小特征 值； (4) 將步驟（3)中得到的實測輸出響應(yīng)矩陣的最大特征值分別代入步驟（2)中得到的 每個器件的最大特征值直線，計算得到每個器件的參數(shù)值，然后將得到的每個器件的參數(shù) 值分別代入步驟（2)中得到的相應(yīng)器件的最小特征值直線，計算得到η個假設(shè)情況下的最 小特征值； (5) 將步驟⑷中得到的η個假設(shè)情況下的最小特征值分別與步驟（3)中得到的實測 輸出響應(yīng)矩陣的最小特征值相減并求絕對值，得到最小特征值的絕對誤差向量； (6) 針對步驟（5)中得到的最小特征值的絕對誤差向量，求出最小特征值絕對誤差向 量中的最小元素及其對應(yīng)的下標(biāo)m，1 < m < η ;將步驟（3)中得到的實測輸出響應(yīng)矩陣的 最大特征值，與步驟（2)中得到的第m個器件參數(shù)容差上限對應(yīng)的最大特征值和第m個器 件參數(shù)容差下限對應(yīng)的最大特征值進(jìn)行對比，同時將步驟（3)中得到的實測輸出響應(yīng)矩陣 的最小特征值，與步驟（2)中得到的第m個器件參數(shù)容差上限對應(yīng)的最小特征值和第m個 器件參數(shù)容差下限對應(yīng)的最小特征值進(jìn)行對比；如果實測輸出響應(yīng)矩陣的最大特征值大于 等于第m個器件參數(shù)容差下限對應(yīng)的最大特征值、同時小于等于第m個器件參數(shù)容差上限 對應(yīng)的最大特征值，且實測輸出響應(yīng)矩陣的最小特征值大于等于第m個器件參數(shù)容差下限 對應(yīng)的最小特征值、同時小于等于第m個器件參數(shù)容差上限對應(yīng)的最小特征值，則判斷被 測電路無故障，診斷結(jié)束；否則，判斷被測電路存在故障，繼續(xù)步驟（7)進(jìn)行故障定位和故 障參數(shù)辨識； (7)根據(jù)步驟（6)中得到的m定位被測電路的第m個器件存在故障；步驟（4)中得到 的第m個器件的參數(shù)值就是故障器件的參數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬集成電路的故障診斷及參數(shù)辨識方法，其特征在于：步 驟（2) c)中利用最小二乘法原理擬合最大特征值直線和最小特征值直線。
【文檔編號】G01R31/28GK104297670SQ201410623903
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年11月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月7日
【發(fā)明者】謝永樂, 周啟忠, 謝三山, 李西峰, 畢東杰, 謝暄, 李帥霖 申請人:電子科技大學(xué), 宜賓學(xué)院, 成都工業(yè)學(xué)院