故障診斷課件1

1、電子電路系統(tǒng)的故障診斷與可測性設(shè)計-集成電路測試技術(shù)授課教師：馬敏 電子科大CAT室1課程安排學(xué)時：32學(xué)時，2學(xué)時/周；紀律：不曠課，不遲到，不早退，上課不講話；要求：上課認真聽講，作好筆記（例題），拷貝PPT；思維方法：跳躍思維，反向思維；平時成績（作業(yè)，紀律），曠課一次扣2分：30%，期終考試70%；教材：集成電路測試技術(shù)基礎(chǔ)參考書：陳光禹著，數(shù)字電路測試及儀器第三版，電子科大出版社 陳光禹 著，可測性設(shè)計技術(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）2參考書3參考書4參考書5課程內(nèi)容安排一.數(shù)字電路的測試與故障診斷 1.概述 2.組合電路測試與故障診斷 3.時序電路測試與故障診斷 4.微機系統(tǒng)的測試與故障診斷 5.計算機輔助測試技術(shù)6課程內(nèi)容安排二.可測性設(shè)計 1.可測性設(shè)計 2.內(nèi)建自測試三. 模擬電路的測試與故障診斷四. 混合信號測試技術(shù)簡介7第1章 數(shù)字電路測試概述第1.1節(jié) 數(shù)字電路測試的基本概念什么是數(shù)字電路測試；數(shù)字電路測試的重要性及復(fù)雜性數(shù)字電路測試的分析方法數(shù)字電路測試的基本任務(wù)及方法數(shù)字電路測試的可測性和完備性第1.2節(jié) 窮舉測試法-數(shù)字電路測試的簡單方法窮舉測試法的基本思想及特點

3、偽窮舉測試法的具體實施第1.3節(jié) 故障表方法-數(shù)字電路測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施-固定計劃法，自適應(yīng)方法8第1.1節(jié) 數(shù)字電路測試的基本概念1.1.1 數(shù)字電路測試的定義-什么是數(shù)字電路測試？電子系統(tǒng)：模擬系統(tǒng)-處理模擬信息；時域測試：f(p,t)頻域測試：s(p,w)相互轉(zhuǎn)換關(guān)系-富氏變換： ftsf91.1.1 數(shù)字電路測試的定義數(shù)字系統(tǒng)-處理數(shù)字信息，即二進制信息：f(Event,Word)=f(E,W) 事件 數(shù)據(jù)字 數(shù)字信息的特征：嚴格的時空觀-嚴格的時序和嚴格的空間（多線）概念；非周期性-難以觀察與測試；無規(guī)律性-難以模擬；不穩(wěn)定性-競爭與冒險，毛刺難以

4、測試；軟件信息與硬件信息難以區(qū)分-數(shù)據(jù)流測試；速率范圍大-ps-s量級，難以存儲和記憶；因此，用常規(guī)的模擬測試技術(shù)是無法實現(xiàn)數(shù)字信息的測試。CPUDBABCB101.1.1 數(shù)字電路測試的定義數(shù)字電路測試的定義：數(shù)字系統(tǒng)（電路）是處理二進制信息的系統(tǒng)，二進制信息常常稱之為“數(shù)據(jù)”，因此，有關(guān)數(shù)字系統(tǒng)的信息測試和分析就稱為“數(shù)字電路測試”，也稱為“數(shù)字系統(tǒng)的故障診斷”。本章的內(nèi)容：數(shù)字電路測試理論和方法，是全新的測試理論和方法。111.1.2 數(shù)字電路測試的重要性和復(fù)雜性數(shù)字系統(tǒng)是復(fù)雜的系統(tǒng)：計算機系統(tǒng)，自動測試系統(tǒng)，智能儀器等；電子世界正在興起一場深刻的革命，這場革命以大規(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)的測試理論、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)字電路測試的重要性數(shù)字電路測試重要性數(shù)字電路故障診斷的重要性13軍事裝備測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，強化軍事效益，提高戰(zhàn)斗力 (性能)提高戰(zhàn)備完好性 (測試性、維護性、保障性)武器裝備的重要組成部分武器裝備的測試費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，國外預(yù)計到2014年超過14自動測試技術(shù)美國海軍CASS集成自動支持

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

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

8、2年三月29日 GETS-1000 運行于臺灣某導(dǎo)彈基地17自動測試技術(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8662A * 信號發(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位通用計數(shù)器34401A 6 位數(shù)字萬用表E4419B 雙通道功率計N3306A 電子負載模塊N3305A 電子負載模塊18故障診斷重要性電路板測試及

9、故障診斷19故障診斷技術(shù)20故障診斷技術(shù)軍工測試要求無須探測內(nèi)部節(jié)點，診斷到元器件故障精確的激勵和測試程序生成有保護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試方法 (功能測試，掃描測試，存儲器測試)精確可靠的修理指令在飛行器或其它關(guān)鍵項目中禁止使用反驅(qū)動診斷性能故障 (全速測試)重復(fù)可靠的激勵及測量高性能，高精度的測試系統(tǒng)硬件從測試機直接發(fā)運現(xiàn)場必須在整個性能范圍內(nèi)進行測試，驗證產(chǎn)品的臨界工作范圍必須進行真速測試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)字電路測試的重要性和復(fù)雜性利用概率論，如果一個系統(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)，則整個系統(tǒng)的無故障概率或成品率y0為：y0=(1-p)n經(jīng)測試（排除故障）后的成品率y為：y=y0(1-d)其中，d-測試質(zhì)量，也稱故障診出率, 0=d=1經(jīng)測試并排除故障之后，系統(tǒng)的無故障概率由原來的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)字電路測試的重要性和復(fù)雜性28測試質(zhì)量d與測試費用$的關(guān)系：測試質(zhì)量d與測試費用$的關(guān)系：集成度愈高，引腳愈少-愈復(fù)雜，愈困難；測試費用高（常比系統(tǒng)費用高），費時，費力！現(xiàn)代VLSI及系統(tǒng)愈來愈龐大復(fù)雜，任何故障或失誤，都會導(dǎo)致奇災(zāi)大禍

11、。數(shù)字電路測試復(fù)雜，嚴密，有趣，實用注意：概念要清楚！$d0元件級測試：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 分塊進行窮舉測試： 24=16, 25=32總測試長度為16+32=48512! 大大減少；n愈大，分塊愈多，則減少愈多。681.2.2 窮舉測試法的實施實施關(guān)鍵：如何分塊才能使測試長度最短！引入圖論中“樹”的概念：將電路圖1.2.3 畫成樹。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)目稱為邊e的權(quán)，記為p(e)，并標(biāo)在相應(yīng)樹干的旁邊。分塊原則：若G是有n個輸入的無扇出電路，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試所需的測試長度最少。 42346713樹葉-原始輸入節(jié)點 門樹干輸入/輸出關(guān)系樹根原始輸出691.2.2 窮舉測試法的實施以上圖為例：n=13 窮舉測試需 29 =8192個測試。偽窮舉測試分為2塊p(e)=(n+1)/2=(13+1)/2=7 1.2.2 窮舉測試法的實施以上圖為例，n=13，窮舉測試長度為 29 =8192偽窮舉測試分為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，總的測試長度為：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樹葉-原始輸入節(jié)點 門樹干輸入/輸出關(guān)系樹根原始輸出偽輸入端(1)701.2.2 窮舉測試法的實施對于“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 窮舉測試法的實施以圖1.2.6(P20)為例，首先畫出樹結(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)，會加長測試長度！分塊后，再進行窮舉測試。1.2.2 窮舉測試法的實施l1l6l7l8l9l11l10l15l16l12l14l13l5l4l3l2l17731.3 故障表方法偽窮舉測試用分塊的方法，將測試長度大大減少。但分塊后除采用窮舉測試外，如何進一步減少測試長度呢？基本思想：以電路的真值表為基礎(chǔ)，將無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試集，從而再求出最小完備測試集。故障表方法是經(jīng)典的測試方法。實施方法：固定性計劃法：測試計劃的執(zhí)行不依賴于測試序列中個別的測試結(jié)果，即測試過程是按既定計劃執(zhí)行的；適應(yīng)性計劃法：測試計劃的執(zhí)行取決

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

19、aj (x)=15.求最小完備測試集刪除冗余測試完備性檢查，檢查最小完備測試集是否能診斷全部故障。+761.3.2 適應(yīng)性計劃法1.診斷樹將故障測試過程和結(jié)果用圖形“樹”表示，以供適應(yīng)性計劃使用。診斷樹由簡約故障表求出。例：由故障簡約表F*(x)作出故障樹。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固定性計劃法級數(shù)21345771.3.2 適應(yīng)性計劃法y7y4y1y011F* 表中第I行內(nèi)含“1”的個數(shù)F* 表中第I行內(nèi)含“0”的個數(shù)1.適應(yīng)性計劃法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”的個數(shù)F* 表中第i行含“0”的個數(shù)以此為例說明適應(yīng)性計劃法的實施過程：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